偽衛(wèi)星技術(shù)在北斗定位系統(tǒng)中的作用

李彩容

摘要 文章首先針對(duì)北斗定位系統(tǒng)中，偽衛(wèi)星的工作原理進(jìn)行了分析，而后進(jìn)一步針對(duì)偽衛(wèi)星技術(shù)信號(hào)干擾排除相關(guān)細(xì)節(jié)加以討論，對(duì)于加深該領(lǐng)域的理解有著一定的積極意義。

[關(guān)鍵詞]北斗定位 偽衛(wèi)星 原理 干擾

北斗雙星定位系統(tǒng)，作為我國(guó)自主研發(fā)的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，能夠在其覆蓋區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)全天候?qū)Ш胶投ㄎ唬⑶抑С趾?jiǎn)信和授時(shí)，在我國(guó)導(dǎo)航定位領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。該系統(tǒng)由位于赤道平面的兩顆地球同步微信以及一顆備份衛(wèi)星組成，地面部分則由地面中心站和用戶端等部分組成。在這樣的系統(tǒng)中，由于衛(wèi)星數(shù)量有限，因此北斗系統(tǒng)只能用于實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶二維坐標(biāo)的確定，并且有源工作方式獲取到定位數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性較差，也不利于用戶隱蔽，因此就需要在北斗定位系統(tǒng)中增加一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)全天候高精度的無(wú)源定位系統(tǒng)，用以滿足實(shí)際工作需求。實(shí)際工作中多在系統(tǒng)中增加一個(gè)能夠發(fā)送與衛(wèi)星相同格式電信號(hào)的發(fā)射機(jī)，即偽衛(wèi)星，此種技術(shù)在實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中，具有良好的靈活特征，并且成本也易于控制，抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，因此很快得到廣泛應(yīng)用。

1 偽衛(wèi)星系統(tǒng)的工作原理

在偽衛(wèi)星定位系統(tǒng)中，主要包括偽距定位和載波相位定位兩種工作方式。其中前者是通過(guò)接收到的C/A碼，來(lái)計(jì)算出接收機(jī)與衛(wèi)星之間的距離，并且依據(jù)最小二乘法確定出接收端的位置。后者則是依據(jù)接收端觀測(cè)獲得的載波相位觀測(cè)量，根據(jù)對(duì)應(yīng)的方程計(jì)算出接收端位置。二者相比，后者相對(duì)而言更為復(fù)雜，設(shè)備成本也也較高，但是定位精度同樣具有一定優(yōu)勢(shì)。在偽衛(wèi)星系統(tǒng)環(huán)境下，精度是重要的追求指標(biāo)之一，因此載波相位定位方法成為首選。

在載波相位定位方法框架之下，其觀測(cè)方程參見(jiàn)式（1）以及式（2）：

在式（1）以及式（2）中，f為載波頻率，p為接收機(jī)與節(jié)點(diǎn)j之間的距離，δT為時(shí)鐘誤差，N表示接受與與對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)之間的整周模糊度，t則用來(lái)對(duì)對(duì)流程進(jìn)行修正，ε表示系統(tǒng)誤差，包括諸如噪聲以及多徑誤差等。將（2）代入（1）中，可以獲取到對(duì)于變量x、y、z的線性化處理，如式（3）：

在式（3）中，只是展開(kāi)了一個(gè)理論層面的表達(dá)，其中對(duì)于誤差等方面都未納入考慮范圍之內(nèi)。在此之后，可以利用最小二乘法構(gòu)建系數(shù)矩陣，并且進(jìn)一步確定出接收端的具體位置。

2 偽衛(wèi)星系統(tǒng)的抗干擾方案

在展開(kāi)偽衛(wèi)星系統(tǒng)構(gòu)建的過(guò)程中，遇到的一個(gè)重要問(wèn)題就是信號(hào)的質(zhì)量，這是直接關(guān)系到北斗定位系統(tǒng)精確程度的重要因素，因此不容忽視。通常來(lái)說(shuō)，實(shí)際工作中需要確保偽衛(wèi)星的信號(hào)保持與衛(wèi)星信號(hào)強(qiáng)度持平，但是在接收端不斷接近偽衛(wèi)星的時(shí)候，必然會(huì)出現(xiàn)其信號(hào)強(qiáng)度提升的狀況，因此如何在最大范圍內(nèi)提供足夠強(qiáng)的偽衛(wèi)星信號(hào)，并且又要確保其不至于對(duì)衛(wèi)星信號(hào)形成干擾，是當(dāng)前的重要任務(wù)。具體而言有三個(gè)方案可供選擇：

2.1 利用TDMA時(shí)分信號(hào)技術(shù)實(shí)現(xiàn)

此種技術(shù)框架之下，傳送偽衛(wèi)星信號(hào)的短脈沖占空率低，對(duì)于衛(wèi)星信號(hào)的干擾時(shí)間十分有限，因此在時(shí)分技術(shù)的支持之下，偽衛(wèi)星信號(hào)會(huì)對(duì)未按偽衛(wèi)星環(huán)境設(shè)計(jì)的接收機(jī)進(jìn)行脈沖干擾。此種技術(shù)支持之下，偽衛(wèi)星和用戶設(shè)備的造價(jià)都比較有限，成為此種技術(shù)的重要吸引力之一。

2.2 利用FDMA頻率偏值技術(shù)實(shí)現(xiàn)

此種方案之下，如果微衛(wèi)星信號(hào)的偏離標(biāo)稱值1575.42MHz約10-20MHz，則可以隔離正常碼的25dB偽衛(wèi)星和北斗衛(wèi)星信號(hào)通過(guò)不同通道進(jìn)入接收機(jī)。進(jìn)一步謹(jǐn)慎確保兩條通路之間存在時(shí)延，避免出現(xiàn)組合誤差。此種方式增加了接收機(jī)的成本，但是可以實(shí)現(xiàn)在接收端改善濾波器和內(nèi)部校準(zhǔn)技術(shù)。

2.3 利用CDMA碼分多址技術(shù)實(shí)現(xiàn)

如果利用不同的C/A碼間相關(guān)進(jìn)行分離，則有35dB無(wú)法實(shí)現(xiàn)有效分離，如果想要利用偽隨機(jī)碼實(shí)現(xiàn)對(duì)全部60dB的分離，則必須確保對(duì)應(yīng)的碼率比C/A碼率提升多倍，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)于微衛(wèi)星信號(hào)噪聲電平的控制。依據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)，碼率需要達(dá)到20-25MHz水平，并且具備對(duì)應(yīng)的帶寬。此種方式能夠解決信號(hào)干擾的問(wèn)題，但是也會(huì)減少北斗信號(hào)的兼容水平，并且增加了接收機(jī)成本，在硬件方面可行度并不高。

通過(guò)對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)第一種方法在實(shí)際工作中具有顯著的優(yōu)勢(shì)，因此得到相對(duì)廣泛的應(yīng)用。

3 結(jié)論

對(duì)于偽衛(wèi)星信號(hào)的研究，除了干擾問(wèn)題收到一貫的關(guān)注以外，其信號(hào)結(jié)構(gòu)、接收天線細(xì)節(jié)等，同樣是當(dāng)前研究的重點(diǎn)領(lǐng)域。綜合而言，偽衛(wèi)星技術(shù)在區(qū)域定位中的優(yōu)勢(shì)十分顯著，其能夠有效應(yīng)用于1559-1610MHz頻段的航空導(dǎo)航，為用戶在接收其信號(hào)的時(shí)候提供了便利，而不用再另外準(zhǔn)備一套接收設(shè)備。并且其初相在北斗的時(shí)間中是被精確確定的，所以用戶設(shè)備能從偽衛(wèi)星獲得一個(gè)附加的偽距測(cè)量，這種工作方式有效增加了系統(tǒng)的覆蓋范圍，優(yōu)化了導(dǎo)航幾何配置。除此以外，對(duì)于成本的有效控制，也成為偽衛(wèi)星的重要優(yōu)勢(shì)之一。諸多方面的核心價(jià)值體現(xiàn)，都決定了此種技術(shù)必然會(huì)在導(dǎo)航定位中發(fā)揮重要的作用，成為未來(lái)的中堅(jiān)力量。

參考文獻(xiàn)

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