Analyses of the geolocation accuracy that can be obtained from shipborne sensors by use of time difference of arrival (TDOA), scanphase, and angle of arrival (AOA) measurements

I denne rapporten har vi gjort en teoretisk studie av hvilke geolokaliseringsnøyaktigheter man kan oppnå fra maritime sensorer ved bruk av lokaliseringsmetodene: 1) tidsdifferansemålinger (TDOA), 2) skannfasemålinger og 3) peilinger (AOA). Metodene er studert hver for seg og i ulike kombinasjoner. Flere forskjellige sensorgeometrier og bevegelsesmønstre har vært undersøkt. Programvaren for simuleringene ble skrevet i Matlab v7.7. Simuleringene viste at det var mulig å oppnå geolokaliseringsnøyaktigheter på rundt 5 m på 10 km avstand og 100 m på 50 km avstand fra sensorene etter 15 min med observasjoner når det ble brukt to sensorer. Dette forutsatte at emitteren sto tilnærmet i ro mens observasjonene ble gjort. Dersom kun én sensor ble brukt var tilsvarende nøyaktigheter 100 m og 3000 m. Momentan geolokalisering var mulig hvis to eller flere sensorer ble benyttet. Med fire sensorer var det da mulig å oppnå geolokaliseringsnøyaktigheter på ca 40 m på 10 km avstand og 800 m på 50 km avstand fra sensorene. Det ble også undersøkt hvordan feilen i geolokaliseringen avhenger av ulike parametere. Feilen i geolokaliseringen ble funnet å øke proporsjonalt med feilen i den målte parameteren, omvendt proporsjonalt med avstanden mellom sensorene, omvendt proporsjonalt med avstanden sensorene tilbakelegger og omvendt proporsjonalt med kvadratroten av antallet målinger som blir gjort. Videre viste simuleringene at feilen øker raskt med økende avstand fra sensorene. Andre faktorer som påvirker geolokaliseringsnøyaktigheten, men som ikke er tatt med i våre beregninger, er unøyaktighet i de angitte sensorposisjonene, emitterbevegelse i løpet av observasjonstiden samt begrensninger i pulssortering og dataoverføringskapasitet. Anbefalinger for valg av geometri og bevegelsesmønstre for sensorene er inkludert i rapporten.