偽衛(wèi)星技術在北斗定位系統(tǒng)中的作用

李彩容

摘要 文章首先針對北斗定位系統(tǒng)中，偽衛(wèi)星的工作原理進行了分析，而后進一步針對偽衛(wèi)星技術信號干擾排除相關細節(jié)加以討論，對于加深該領域的理解有著一定的積極意義。

[關鍵詞]北斗定位 偽衛(wèi)星 原理 干擾

北斗雙星定位系統(tǒng)，作為我國自主研發(fā)的衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)，能夠在其覆蓋區(qū)域內實現(xiàn)全天候導航和定位，并且支持簡信和授時，在我國導航定位領域有著廣泛的應用。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)星數量有限，因此北斗系統(tǒng)只能用于實現(xiàn)對用戶二維坐標的確定，并且有源工作方式獲取到定位數據的實時性較差，也不利于用戶隱蔽，因此就需要在北斗定位系統(tǒng)中增加一個能夠實現(xiàn)全天候高精度的無源定位系統(tǒng)，用以滿足實際工作需求。實際工作中多在系統(tǒng)中增加一個能夠發(fā)送與衛(wèi)星相同格式電信號的發(fā)射機，即偽衛(wèi)星，此種技術在實現(xiàn)的過程中，具有良好的靈活特征，并且成本也易于控制，抗干擾能力強等特點，因此很快得到廣泛應用。

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。其中前者是通過接收到的C/A碼，來計算出接收機與衛(wèi)星之間的距離，并且依據最小二乘法確定出接收端的位置。后者則是依據接收端觀測獲得的載波相位觀測量，根據對應的方程計算出接收端位置。二者相比，后者相對而言更為復雜，設備成本也也較高，但是定位精度同樣具有一定優(yōu)勢。在偽衛(wèi)星系統(tǒng)環(huán)境下，精度是重要的追求指標之一，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，其觀測方程參見式（1）以及式（2）：

在式（1）以及式（2）中，f為載波頻率，p為接收機與節(jié)點j之間的距離，δT為時鐘誤差，N表示接受與與對應節(jié)點之間的整周模糊度，t則用來對對流程進行修正，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，可以獲取到對于變量x、y、z的線性化處理，如式（3）：

在式（3）中，只是展開了一個理論層面的表達，其中對于誤差等方面都未納入考慮范圍之內。在此之后，可以利用最小二乘法構建系數矩陣，并且進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

在展開偽衛(wèi)星系統(tǒng)構建的過程中，遇到的一個重要問題就是信號的質量，這是直接關系到北斗定位系統(tǒng)精確程度的重要因素，因此不容忽視。通常來說，實際工作中需要確保偽衛(wèi)星的信號保持與衛(wèi)星信號強度持平，但是在接收端不斷接近偽衛(wèi)星的時候，必然會出現(xiàn)其信號強度提升的狀況，因此如何在最大范圍內提供足夠強的偽衛(wèi)星信號，并且又要確保其不至于對衛(wèi)星信號形成干擾，是當前的重要任務。具體而言有三個方案可供選擇：

2.1 利用TDMA時分信號技術實現(xiàn)

此種技術框架之下，傳送偽衛(wèi)星信號的短脈沖占空率低，對于衛(wèi)星信號的干擾時間十分有限，因此在時分技術的支持之下，偽衛(wèi)星信號會對未按偽衛(wèi)星環(huán)境設計的接收機進行脈沖干擾。此種技術支持之下，偽衛(wèi)星和用戶設備的造價都比較有限，成為此種技術的重要吸引力之一。

2.2 利用FDMA頻率偏值技術實現(xiàn)

此種方案之下，如果微衛(wèi)星信號的偏離標稱值1575.42MHz約10-20MHz，則可以隔離正常碼的25dB偽衛(wèi)星和北斗衛(wèi)星信號通過不同通道進入接收機。進一步謹慎確保兩條通路之間存在時延，避免出現(xiàn)組合誤差。此種方式增加了接收機的成本，但是可以實現(xiàn)在接收端改善濾波器和內部校準技術。

2.3 利用CDMA碼分多址技術實現(xiàn)

如果利用不同的C/A碼間相關進行分離，則有35dB無法實現(xiàn)有效分離，如果想要利用偽隨機碼實現(xiàn)對全部60dB的分離，則必須確保對應的碼率比C/A碼率提升多倍，才能實現(xiàn)對于微衛(wèi)星信號噪聲電平的控制。依據相關實驗，碼率需要達到20-25MHz水平，并且具備對應的帶寬。此種方式能夠解決信號干擾的問題，但是也會減少北斗信號的兼容水平，并且增加了接收機成本，在硬件方面可行度并不高。

通過對比，可以發(fā)現(xiàn)第一種方法在實際工作中具有顯著的優(yōu)勢，因此得到相對廣泛的應用。

3 結論

對于偽衛(wèi)星信號的研究，除了干擾問題收到一貫的關注以外，其信號結構、接收天線細節(jié)等，同樣是當前研究的重點領域。綜合而言，偽衛(wèi)星技術在區(qū)域定位中的優(yōu)勢十分顯著，其能夠有效應用于1559-1610MHz頻段的航空導航，為用戶在接收其信號的時候提供了便利，而不用再另外準備一套接收設備。并且其初相在北斗的時間中是被精確確定的，所以用戶設備能從偽衛(wèi)星獲得一個附加的偽距測量，這種工作方式有效增加了系統(tǒng)的覆蓋范圍，優(yōu)化了導航幾何配置。除此以外，對于成本的有效控制，也成為偽衛(wèi)星的重要優(yōu)勢之一。諸多方面的核心價值體現(xiàn)，都決定了此種技術必然會在導航定位中發(fā)揮重要的作用，成為未來的中堅力量。

參考文獻

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