探究基于北斗的高精度MLAT系統設計

丁作亞

（中國人民解放軍91033部隊，山東 青島 266000）

基于北斗的高精度MLAT系統設計研究，主要因為現代化定位技術發展需求增加，傳統多點相關定位技術對GPS技術過度依賴，整體的安全性與精度得不到保證。在這種情況下必須從高精度角度進行深入科學設計。MLAT系統本身具有成本低以及容錯性理想的優勢，在很多定位中均有需要。結合傳統系統情況融入高精度授時技術，經過系統數據收集以及綜合處理，準確確定目標位置，有效改善傳統定位技術中目標無法識別或者定位不精準等問題。

1 MLAT系統設計原理剖析

對于部隊通信來講，安全、可靠、穩定都是不可缺的定位元素。MLAT系統（多點相關定位）設計中，主要通過到達時間差位技術為基礎，及時分析測試目標運行期間所給出的信號，并且統計其傳輸至不同地點的時間，通過對時間差的計算，確定通信目標具體三維位置，隨后進行身份與其他信息分析，實現同步時多方位定位監測[1]。MLAT技術在已有定位技術基礎上增加遠端接收站數量，并且選擇多點接收處理模式，及時對控制區域進行應答信號檢測，將受到的信息解碼處理后上傳到中心處理站，隨后確定具體坐標定位[2]。

MLAT系統設計期間，通過接收站為載體，及時對通信應答信號進行接收處理，隨后根據站點詳細位置對信息接收所產生的時間差進行計算，與此同時在相同平面條件下，對通信系統的三維信息進行計算，具體計算公式如下：

計算公式中包括經度x；緯度y；高程z；光速c；m站（經度xm；緯度ym；高程zm）；n站應答時間tn；m站應答時間tm。

從上述內容可以發現，MLAT系統定位三維數據在主要通過站點位置、時間精度為主。其一根據通信應答機運行期間的時間情況，不同通信站點分別接收到參考信號，MLAT系統利用解算的方式將不同站點參考信號接收的時間差異進行計算與調整，由此做到時間統一。其二結合部隊通信特點，在GNSS共視基礎上實現信息傳輸同步。通過不同站點對時間數據迅速接收，隨后對TOA數據進行測算，整理好相關信息資料后及時傳輸到數據處理中心站，隨后對TDOA進行綜合計算，由此做到時間同步。其三是利用原子鐘的方式實現時間同步。由中心站點為核心，通過高精度原子鐘及時將中心時間相關信號進行獲取，隨后由NTP協議及時對時間服務進行發布，隨后時間信息在局域網中實現同步。

上述時間同步方法的應用，都需要依靠電纜完成。但是在實際應用中經常會受到天線傳輸時延或者電纜時延等影響，加上電離層對信息傳輸的干擾，以及復雜電磁環境下原子鐘運行穩定受到威脅，出現異常抖動現象等，都會對時間同步造成影響[3]。在此基礎上MLAT系統針對其中的薄弱環節積極完善，將地質以及震動、電磁干擾等影響降到最低，縮小時間信息動態范圍，從而改善誤差大的不足。

以上述內容為基礎，我國積極對北斗衛星定位導航系統進行深入研究，并且在自主研發的同時，打造了全球衛星導航獨立運行系統，不僅能夠提供通信服務，同時在定位、導航以及授時等方面均有突出成就。當前部隊通信中，針對多點相關定位對GPS過度以來，但是全球定位系統（GPS）運行中，因為各方面因素影響，導致其時間系統運行過程中安全性下降。與此同時北斗三號已經完成組網研究，不僅服務性取得突破性進展，同時很多技術指標相較于GPS更加優異。MLAT系統高精度定位是北斗特色，不僅授時服務更加成熟，為部隊通信提供更多服務。

2 基于北斗的高精度MLAT系統研究

結合在北斗的高精度定位功能，MLAT系統設計，具體組成包括中心站、北斗基準站、遠端站。其中中心站包括監控系統、高精度位置處理系統、北斗高精度授時終端、TDOA處理服務器。中心站積極對北斗高精度授時終端進行科學部署，在北斗衛星基礎上，及時對獲取的授時信號進行時間基準分析，同時結合NTP以及1PPS等方式進行不同授時，從而確保中心站時間能夠與各個遠端站時間實現高精度同步[4]。遠端站運行期間，對于已經接收到的通信應答信號，及時對信息內容展開TOA數據解算，隨后將解算后的數據信息及時傳輸至中心站。及時對高精度位置的信號應答信息輸入至處理服務器中，這樣就可以將各站點衛星定位數據及時接收，確保高精度位置信息的及時獲取與分析。TDOA處理服務器通過高精度位置信息進行綜合計算與處理，從而幫助部位通信實現高精度定位與信息數據快速處理。基于北斗的高精度MLAT系統設計，具體將其劃分如下模塊。

2.1 北斗高精度授時處理模塊

北斗高精度MLAT系統中，中心站作為系統運行的核心，需要提前做好高精度授時處理，通過高精度授時終端，第一時間將GPS衛星信號以及北斗信號進行接收，如此便可做到“雙星”信息備份，為北斗高精度授時處理模塊提供及時、準確以及長期運行分析時標信息。在此基礎上，共同完成對外授時，迅速對外部輸入源展開分析，尤其是網絡授時情況，由此對時間基準進行調整，實現同步運行前提下及時對外授時[5]。具體授時處理模塊中，模塊化的設計，主要以靈活插卡式為載體，在高精度授時終端的主時鐘系統中插入GPS時鐘板，配合北斗為提供運行提供動力，隨后將B碼輸入板以及網絡板及時插入，將時鐘的應用功能及時擴展。緊接著是北斗高精度授時的設計，如果在通信服務中出現衛星源不可用情況，抑或者外部鐘源出現問題，則需要北斗高精度系統授時模塊，接收到相關信息后及時為系統運行提供處理后的高精度時間信息資源。冗余備份主要以輸入源為主，北斗高精度授時幫助其實現了無損切換。不僅如此，還實現了“雙星”源與其他輸入源的自動切換。如北斗與外部輸入源，或者GPS衛星源與北斗切換。及時將需要的B碼時間信息輸入至雙系統中，待冗余備份完成后將時標信息準確提取，這期間不同路徑的信息是可以進行自動切換，并且不會對時間信息造成任何影響。

2.2 北斗高精度定位處理模塊

北斗高精度定位處理模塊，依靠北斗高精度授時系統地支持，結合具體功能將系統站點劃分成兩種，其一為基準站；其二為監測站。其中基準站為北斗高精度定位系統提供運行基準，不僅為系統增加高精度北斗接收機，同時能夠完成通信信息與時間信息的妥善處理。監測站相對布置范圍更廣泛，所有遠端站均需要設置監測站。通過基準站以及監測站，及時為中心站發送定時定位通信信息。以雙差結算的方法，對衛星號、將為差以及偽距及相關標準差等最原始觀測值進行統計。隨后還要進行形變量統計，這期間涉及北斗衛星星歷以及監測點的精準位置，在數據分析對比后，將通信系統中的遠端站詳細位置與周圍情況等詳細了解，這樣一來就可以實現高精度下的水平垂直位置精度，將精度定位誤差降到最低。

2.3 高精度通信軌跡識別模塊

通信軌跡模塊主要根據北斗高精度監控中心展開，利用地面增強基站為其提供的便利條件，提前對通信源確定。隨后對周圍基站坐標以及終端設備進行連接與監測，確定初步軌跡范圍。北斗高精度衛星定位基礎上絕對坐標準確可靠。隨后是通信期間的信息波動情況，當前的衛星導航，不僅將北斗模式納入其中，也增加基站數量，提高基站服務質量。提高模塊智能化設計，尤其是各種智能化設備的加入，對通信軌跡準確識別，隨后轉換為語音模式，及時上傳到控制中心。通過北斗高精度MLAT系統中的現場可編程邏輯門陣列芯片，及時對通信過程所產生的時間信息等進行算法處理，隨后創建信息分析構架體系，將分析內容備份并存儲至MLAT系統管理單元。因為GPS與北斗之間能夠自由切換，所以在切換過程中信息變化等情況必須及時了解。

3 結束語

綜上所述，基于北斗高精度MLAT系統設計中，為通信定位服務提供更多幫助。通過對設計原理的分析，對MLAT系統有更全面地了解，同時準確認識北斗高精度相關技術。劃分不同模塊對MLAT系統設計加以完善，提高定位精準度基礎上，實現時間信息的同步，不同模塊之間的自由切換。