基于多陣元的室內(nèi)導(dǎo)航偽衛(wèi)星系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李雋12甘興利12史寶玲12

(1.衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與裝備技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，石家莊 050081；2.中國(guó)電子科技集團(tuán)公司 第五十四研究所，石家莊 050081)

0 引言

當(dāng)前“衛(wèi)星導(dǎo)航定位”或“移動(dòng)基站定位”對(duì)于室內(nèi)環(huán)境而言，衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)微弱，無(wú)法穿透建筑物而在室內(nèi)定位中失去作用；移動(dòng)基站的定位精度太低，不能滿(mǎn)足室內(nèi)定位應(yīng)用要求[1-2]。目前主要定位技術(shù)包括藍(lán)牙、WiFi、ZieBee、RFID、超寬帶、偽衛(wèi)星等，但是藍(lán)牙、WiFi、ZieBee技術(shù)定位精度差，而RFID、超寬帶技術(shù)都需要特定終端，不利于普及[3-4]。偽衛(wèi)星是指導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)地面模擬發(fā)射站，部署于地面上發(fā)射衛(wèi)星導(dǎo)航相似信號(hào)，甚至某些特殊用途的偽衛(wèi)星可采用自定義信號(hào)格式[5-6]。所以通過(guò)偽衛(wèi)星發(fā)射導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)或相似信號(hào)，使得用戶(hù)不需要改動(dòng)接收機(jī)硬件，只需進(jìn)行軟件升級(jí)就可以實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外無(wú)縫定位功能，為手機(jī)終端室內(nèi)定位的推廣提供了條件[7-9]。

為了實(shí)現(xiàn)偽衛(wèi)星信號(hào)與GNSS信號(hào)的共融，偽衛(wèi)星信號(hào)與GNSS信號(hào)在擴(kuò)頻碼、電文、調(diào)制方式上需保持高度的兼容性，同時(shí)考慮到偽衛(wèi)星與接收機(jī)間的遠(yuǎn)近效應(yīng)，可選用TDMA時(shí)分多址和CDMA碼分多址復(fù)用的模式播發(fā)偽衛(wèi)星信號(hào)[10-11]。以上只是保證了在使用通用接收機(jī)的前提下能夠?qū)崿F(xiàn)偽衛(wèi)星信號(hào)的接收，而要想實(shí)現(xiàn)高精度定位，發(fā)射基站間的時(shí)間同步以及合適的定位方法必須被考慮。對(duì)此本文提出了一種基于多陣元的偽衛(wèi)星系統(tǒng)，該系統(tǒng)可保證發(fā)射信號(hào)間的嚴(yán)格同步。設(shè)計(jì)了應(yīng)用與該系統(tǒng)的信號(hào)體制,并利用載波相位單差消除偽衛(wèi)星與接收機(jī)間的鐘差實(shí)現(xiàn)定位[12]。

1 基于多陣元的偽衛(wèi)星系統(tǒng)

在利用載波相位進(jìn)行定位時(shí)，接收機(jī)能正確測(cè)得的是載波相位中不足整數(shù)周的部分，因此在其測(cè)量過(guò)程中就會(huì)存在整周期未知數(shù)，同時(shí)衛(wèi)星信號(hào)接收時(shí)，也有可能因?yàn)橥饨绛h(huán)境影響，導(dǎo)致信號(hào)中斷，造成載波周期測(cè)量錯(cuò)誤。如何求解整周期模糊度[1]以及周跳的探測(cè)和修復(fù)成為影響定位的關(guān)鍵問(wèn)題。針對(duì)以上情況，提出了一種多陣元偽衛(wèi)星系統(tǒng)。

該偽衛(wèi)星系統(tǒng)是一種新式偽衛(wèi)星定位系統(tǒng)，在復(fù)雜的室內(nèi)環(huán)境中，該系統(tǒng)具有良好的定位能力。陣列偽衛(wèi)星系統(tǒng)的工作原理是以TDOA為基礎(chǔ)，在發(fā)射天線(xiàn)相位中心已知的情況下，通過(guò)計(jì)算陣列偽衛(wèi)星各個(gè)陣列元之間的載波相位差建立與接收機(jī)坐標(biāo)間的關(guān)系等式，最后應(yīng)用泰勒展開(kāi)，最小二乘得到接收機(jī)的位置。

該偽衛(wèi)星系統(tǒng)屬于同源四陣元系統(tǒng)，由于四陣元使用共同的PLL，我們認(rèn)為4個(gè)陣元輸出的信號(hào)具有共同的載波與碼特性，因此產(chǎn)生的鐘差也相同。四陣元的分布服從兩兩間距為播發(fā)頻率信號(hào)的半個(gè)波長(zhǎng)，即任意兩個(gè)陣元間的載波相位差均小于等于半個(gè)波長(zhǎng)。因此在計(jì)算的過(guò)程中，我們認(rèn)為任意單元到達(dá)接收機(jī)的載波相位整周數(shù)相同，載波相位差的計(jì)算僅與小數(shù)部分的碼相位有關(guān)。

1.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

偽衛(wèi)星的發(fā)射機(jī)制如圖1所示。每顆偽衛(wèi)星具備4個(gè)通道信號(hào)的生成能力，分別生成GPS L1頻段兩個(gè)偽衛(wèi)星信號(hào)(C1、C2通道)和北斗B1頻段兩個(gè)頻點(diǎn)的信號(hào)(C3、C4通道)，或者只發(fā)射單一信號(hào)。當(dāng)4個(gè)通道的信號(hào)通過(guò)分頻、碼與電文和載波完成調(diào)制后分別將GPS01和BD01、GPS02和BD02進(jìn)行中頻放大得到對(duì)應(yīng)的發(fā)射信號(hào)，經(jīng)過(guò)4個(gè)天線(xiàn)發(fā)出，即每個(gè)天線(xiàn)均發(fā)射兩個(gè)頻點(diǎn)的信號(hào)，且天線(xiàn)之間的距離小于GPS L1波長(zhǎng)的一半，即95.15 mm。

圖1 天線(xiàn)陣列式偽衛(wèi)星系統(tǒng)

1.2 偽衛(wèi)星信號(hào)產(chǎn)生單元

偽衛(wèi)星信號(hào)產(chǎn)生單元，采用基于“DSP+FPGA”的構(gòu)造一個(gè)具有開(kāi)放性、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的通用硬件平臺(tái)。偽衛(wèi)星模塊體系結(jié)構(gòu)主要由天線(xiàn)、射頻前端、模擬中頻、寬帶DA、通用數(shù)字信號(hào)處理器組成。

圖2 “DSP+FPGA”架構(gòu)的偽衛(wèi)星信號(hào)產(chǎn)生單元

偽衛(wèi)星核心板卡主要由FPGA模塊，DSP模塊、AD模塊、電壓轉(zhuǎn)換模塊、串口模塊、晶振模塊、SDRAM模塊、SMA接頭、晶振接頭和flash模塊等組成。其中FPGA采用CycloneⅣ系列芯片,DSP采用C6747浮點(diǎn)型芯片,AD模塊采用AD9361，SDRAM采用2ED47D9DHT型號(hào)存儲(chǔ)器，flash模塊用EPCS64型號(hào)，實(shí)物如圖3所示。

圖3 偽衛(wèi)星信號(hào)產(chǎn)生單元

2 偽衛(wèi)星系統(tǒng)的定位算法

針對(duì)該偽衛(wèi)星系統(tǒng)提出了一種載波向相位單差定位方法。同時(shí)值得注意的是當(dāng)接收機(jī)正常跟蹤偽衛(wèi)星信號(hào)時(shí)，跟蹤信號(hào)通常會(huì)有載波相位180度翻轉(zhuǎn)的問(wèn)題，因此在計(jì)算載波相位差時(shí)必須充分該因素的影響。相位偵測(cè)可以根據(jù)北斗導(dǎo)航電文中的同步碼，當(dāng)同步碼翻轉(zhuǎn)時(shí)，載波相位必須加上0.5將其翻轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)。本文以北斗B1信號(hào)為例對(duì)算法進(jìn)行介紹：

1)建立偽衛(wèi)星天線(xiàn)陣列的載波相位觀測(cè)量方程組。

(1)

其中:λB1為L(zhǎng)1頻點(diǎn)的波長(zhǎng)；rB1,u為對(duì)應(yīng)的天線(xiàn)到接收機(jī)的距離；δ偽衛(wèi)星與接收機(jī)的鐘差NB1為B1頻點(diǎn)中估計(jì)的整周數(shù)；εB1,φ為相應(yīng)的其他噪聲誤差。

2)對(duì)方程組(1)中公式做差處理，使公式(1)分別減去其余公式。由于發(fā)射信號(hào)間同步，且使用同一接收機(jī)，因此各公式中δ相同，做差后可得:

(2)

(3)

由此可以看出，接收機(jī)位置的解算僅與載波相位的小數(shù)部分有關(guān)，不用再去解算整周模糊度，有效地減少了定位時(shí)間。

4)對(duì)式(3)中方程左右兩邊同時(shí)乘以λB1，將其轉(zhuǎn)化為距離形式為：

(4)

式中,γB1,φ為接收機(jī)到4個(gè)天線(xiàn)間的距離測(cè)量值差值。

5)由于觀測(cè)量等式為非線(xiàn)性等式，令:

(5)

6)將公式(5)代入公式(4)得:

(6)

7)假設(shè)接收機(jī)的初始位置ru0=(x0,y0,z0)，利用牛頓迭代法加最小二乘法求解新的接收機(jī)位置，并多次迭代，得出收斂后的接收機(jī)位置。具體求解過(guò)程可參見(jiàn)參考文獻(xiàn)[5]。

3 偽衛(wèi)星信號(hào)設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的GPS導(dǎo)航系統(tǒng)利用L1和L2兩個(gè)載波頻率播發(fā)導(dǎo)航信號(hào)[2]，其中基準(zhǔn)頻率f0為10.23 MHz，GPSC/A碼是公開(kāi)信號(hào)，利用C/A碼可以獲得標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)(SPS)。C/A碼由二進(jìn)制(+1、-1)符號(hào)隨機(jī)序列組成的短碼，具有隨機(jī)白噪聲特性，碼周期為1 ms，碼長(zhǎng)為1023。數(shù)據(jù)速率為50 bps，與C/A碼周期的關(guān)系為1:20。調(diào)制過(guò)程中，首先將的數(shù)據(jù)與CA碼進(jìn)行相乘(模二加)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的擴(kuò)頻調(diào)制，擴(kuò)頻調(diào)制可以有效提高信號(hào)的抗干擾特性。利用多個(gè)擴(kuò)頻調(diào)制信號(hào)，即可實(shí)現(xiàn)多路衛(wèi)星的表示，實(shí)現(xiàn)碼分多址(CDMA)的功能和偽距測(cè)量功能。最后在調(diào)制方式上，傳統(tǒng)衛(wèi)星利用BPSK實(shí)現(xiàn)擴(kuò)頻信號(hào)與載波的調(diào)制[8]。

3.1 頻段選擇

室內(nèi)偽衛(wèi)星信號(hào)采用L頻段，兼容GPS的L1頻段信號(hào)和北斗B1頻段信號(hào)如表1所示，偽衛(wèi)星信號(hào)的波長(zhǎng)均約為0.19 m，大多數(shù)情況下遠(yuǎn)小于室內(nèi)障礙物尺寸，故可得出偽衛(wèi)星信號(hào)在室內(nèi)以直射波形式傳播，同時(shí)一般的商用接收機(jī)只需改動(dòng)軟件就可以捕獲到到偽衛(wèi)星信號(hào)，提高了偽衛(wèi)星定位的普及性。

表1 頻段選擇

3.2 脈沖調(diào)制

為滿(mǎn)足偽衛(wèi)星信號(hào)與導(dǎo)航信號(hào)的兼容，降低偽衛(wèi)星信號(hào)的遠(yuǎn)近效應(yīng)。偽衛(wèi)星將使用GPS和北斗控制接口文件中所定義的調(diào)制類(lèi)型，同時(shí)，也支持RTCA/DO 246B-2001定義的脈沖調(diào)制方式[9]。

脈沖調(diào)制：對(duì)于從1%～100%的每個(gè)所需脈沖占空因數(shù)都生成了一個(gè)必要脈沖方案周期的脈沖調(diào)制序列，并存儲(chǔ)在內(nèi)存中。

該脈沖方案對(duì)擴(kuò)展碼的每個(gè)碼片都進(jìn)行定義，不管其是ON還是OFF，這種方式對(duì)任意可能的脈沖方案提供了最大靈活性，同時(shí)保持了所需的脈沖/碼片相干性。最小脈沖或間隙持續(xù)時(shí)間等于脈沖調(diào)制信號(hào)一個(gè)單個(gè)碼片的長(zhǎng)度。

內(nèi)存中脈沖調(diào)制序列的編碼定義如下：

圖4 脈沖調(diào)制序列編碼

第一位指示脈沖應(yīng)該開(kāi)還是關(guān)，15個(gè)最低有效位指示對(duì)多少碼片這是有效的。采用這種方式可對(duì)0～32767個(gè)碼片進(jìn)行編碼。如果打算將更多的碼片作為一個(gè)脈沖或脈沖間隙，可以使用兩個(gè)具有相同首位的這種雙字節(jié)表示法。

使用0x0000這個(gè)特定值來(lái)重復(fù)脈沖調(diào)制周期，并指示脈沖調(diào)制序列結(jié)束。

脈沖調(diào)制序列的長(zhǎng)度需要覆蓋約1 s的最快使用擴(kuò)展碼序列，即10.23 MHz。因此，必須覆蓋10.230.000碼片的脈沖調(diào)制序列長(zhǎng)度。

3.3 擴(kuò)頻碼選擇

擴(kuò)頻碼是偽衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)中的第二層內(nèi)容。空間北斗/GPS衛(wèi)星時(shí)刻向用戶(hù)廣播調(diào)制有C/A碼的擴(kuò)頻信號(hào)，北斗/GPS系統(tǒng)將C/A碼+導(dǎo)航數(shù)據(jù)的擴(kuò)頻信號(hào)以二進(jìn)制移相鍵控調(diào)制方式調(diào)制到L1載波上播發(fā)給地面用戶(hù)[3]。

為了實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有導(dǎo)航接收機(jī)的信號(hào)兼容，偽衛(wèi)星的擴(kuò)頻碼選用與北斗/GPS系統(tǒng)相同的碼族，在GPS的接口控制文件中，明確規(guī)定PRN33-PRN37用于地面?zhèn)涡l(wèi)星信號(hào)發(fā)射器，而在北斗的接口控制文件中沒(méi)有明確規(guī)定。

3.4 偽衛(wèi)星導(dǎo)航電文

在當(dāng)前的偽衛(wèi)星技術(shù)研究中，關(guān)于偽衛(wèi)星電文的設(shè)計(jì)目前還沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)格式。通常情況下偽衛(wèi)星電文的設(shè)計(jì)主要從電文內(nèi)容的簡(jiǎn)效性和信息的兼容性考慮，即既要保證電文內(nèi)容的充分有效，又要盡可能地與其他系統(tǒng)兼容，因此在設(shè)計(jì)電文的過(guò)程中，考慮到偽衛(wèi)星的位置固定且主要布設(shè)在近地場(chǎng)所附近，結(jié)構(gòu)上在設(shè)計(jì)盡可能保留GPSL1和北斗B1 MEO的形式，即兩個(gè)頻點(diǎn)的導(dǎo)航電文部分每幀導(dǎo)航電文(1500bit，計(jì)30 s)包含5個(gè)子幀，每子幀(300bit，計(jì)6 s)由10個(gè)字組成，每個(gè)字30bit(計(jì)0.6 s)。其中前三子幀用于相關(guān)星歷信息的定義，四五子幀用于播發(fā)歷書(shū)，其編碼格式分別按照各自的格式進(jìn)行。

而針對(duì)不同的室內(nèi)定位情形，陣列偽衛(wèi)星系統(tǒng)的信號(hào)設(shè)計(jì)可選擇與GPS衛(wèi)星相同的導(dǎo)航電文或者設(shè)計(jì)一套專(zhuān)用的導(dǎo)航電文。比如在小型區(qū)域(單個(gè)偽衛(wèi)星系統(tǒng)即可覆蓋)，我們可以使陣列偽衛(wèi)星系統(tǒng)發(fā)射與GPS導(dǎo)航信號(hào)完全一致的偽衛(wèi)星信號(hào)，因?yàn)閱蝹€(gè)偽衛(wèi)星系統(tǒng)不存在多系統(tǒng)信號(hào)重疊的情況，PRN33-PRN37可以用來(lái)區(qū)分單個(gè)系統(tǒng)中的4路信號(hào)。而在大型區(qū)域(需要多個(gè)系統(tǒng)才能覆蓋)，可以通過(guò)改變偽衛(wèi)星的電文參數(shù)來(lái)區(qū)分系統(tǒng)間的導(dǎo)航信號(hào)。

3.4.1 小型區(qū)域電文設(shè)計(jì)

在小型區(qū)域我們發(fā)射與GPS導(dǎo)航信號(hào)一致的偽衛(wèi)星信號(hào)，電文格式如圖5所示，具體參數(shù)設(shè)計(jì)可參見(jiàn)文獻(xiàn)[5]，此種情況下不需要對(duì)接收做任何改動(dòng)即可接收偽衛(wèi)星信號(hào)。我們知道在GPS定位中需要根據(jù)星歷參數(shù)來(lái)實(shí)時(shí)結(jié)算衛(wèi)星的位置來(lái)實(shí)現(xiàn)最終的定位運(yùn)算，但是在偽衛(wèi)星系統(tǒng)中信號(hào)發(fā)射端的位置是已知的，我們不需要求解偽衛(wèi)星發(fā)射端的位置，我們只需要接收端可以解析偽衛(wèi)星信號(hào)，輸出觀測(cè)值，然后建立載波相位單差方程[6]，求解定位結(jié)果。所以我們只需要設(shè)置一套固定的導(dǎo)航衛(wèi)星電文參數(shù)即可實(shí)現(xiàn)最終的偽衛(wèi)星定位。

圖5 導(dǎo)航電文格式

3.4.2 大型區(qū)域電文設(shè)計(jì)

在大型區(qū)域就要涉及多系統(tǒng)間的聯(lián)合定位。因?yàn)樵诖笮蛥^(qū)域單偽衛(wèi)星系統(tǒng)很難全部覆蓋，但是使用多系統(tǒng)定位時(shí)，就不可避免地發(fā)生多系統(tǒng)間信號(hào)覆蓋的情況，而前面已經(jīng)提到在GPS的接口控制文件中，明確規(guī)定PRN33-PRN37用于地面?zhèn)涡l(wèi)星信號(hào)發(fā)射器，所以我們很難使用PRN來(lái)區(qū)分多個(gè)系統(tǒng)間的所有信號(hào)，這時(shí)就需要對(duì)電文參數(shù)做改動(dòng)來(lái)標(biāo)識(shí)偽衛(wèi)星系統(tǒng)，這樣我們就可以通過(guò)偽衛(wèi)星標(biāo)識(shí)加PRN碼來(lái)區(qū)分偽衛(wèi)星信號(hào)，本文將每一子幀的字4到字10改成偽衛(wèi)星位置參數(shù)，并對(duì)接收機(jī)軟件做微小改動(dòng)使接收機(jī)可以輸出觀測(cè)數(shù)據(jù)，具體電文參數(shù)設(shè)計(jì)如圖6所示。

圖6 電文參數(shù)設(shè)計(jì)

4 偽衛(wèi)星信號(hào)分析

為滿(mǎn)足高精度的室內(nèi)的偽衛(wèi)星，我們需要對(duì)陣列偽衛(wèi)星發(fā)射端信號(hào)質(zhì)量以及接收端觀測(cè)值進(jìn)行分析，首先本文從頻域、時(shí)域以及相干域?qū)涡l(wèi)星信號(hào)質(zhì)量進(jìn)行了分析，其次利用通用接收機(jī)對(duì)偽衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行接收處理，并從偽衛(wèi)星信號(hào)與GPS信號(hào)的兼容、偽衛(wèi)星系統(tǒng)通道間的信號(hào)延遲一致性、單個(gè)系統(tǒng)間的信號(hào)載波相位單差穩(wěn)定性進(jìn)行了分析。

4.1 發(fā)射端信號(hào)質(zhì)量分析

單載波監(jiān)測(cè)與分析的目的是排除擴(kuò)頻信號(hào)的影響，單純的分析某顆衛(wèi)星發(fā)射的載波信號(hào)各方面的指標(biāo)，導(dǎo)航信號(hào)時(shí)域指標(biāo)主要對(duì)導(dǎo)航信號(hào)中偽碼信號(hào)分量的進(jìn)行監(jiān)測(cè)，相關(guān)域分析是導(dǎo)航信號(hào)質(zhì)量分析的重要一環(huán)，由于各大導(dǎo)航系統(tǒng)使用擴(kuò)頻信號(hào)作為發(fā)射信號(hào)，信號(hào)與本地碼之間的一些相關(guān)特性需要相關(guān)域的分析來(lái)完成。

功率譜可以直觀監(jiān)測(cè)偽衛(wèi)星信號(hào)的質(zhì)量，監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖7所示，信號(hào)質(zhì)量完好。時(shí)域波形的恢復(fù)可得到信號(hào)波形畸變的程度；眼圖通過(guò)周期內(nèi)碼片的疊加，反映調(diào)制品質(zhì)、信號(hào)非理想性以及信號(hào)失真，同時(shí)可以觀察出碼間串?dāng)_和噪聲的影響，從而估計(jì)系統(tǒng)優(yōu)劣程度，監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖8所示，信號(hào)質(zhì)量完好。相關(guān)函數(shù)是關(guān)于最大相關(guān)峰位置對(duì)稱(chēng)的。但是，導(dǎo)航信號(hào)異常會(huì)使相關(guān)函數(shù)變形，其對(duì)稱(chēng)性遭到破壞。因此，通過(guò)檢測(cè)相關(guān)函數(shù)的對(duì)稱(chēng)性，可以檢測(cè)偽衛(wèi)星信號(hào)的質(zhì)量，檢測(cè)結(jié)果如圖9所示，信號(hào)質(zhì)量完好。

圖7 信號(hào)功率譜

圖8 時(shí)域信號(hào)分析

圖9 支路信號(hào)相關(guān)峰

4.2 接收端信號(hào)兼容性分析

首先找到一個(gè)可以同時(shí)檢測(cè)到偽衛(wèi)星信號(hào)與衛(wèi)星信號(hào)的地方，觀測(cè)偽衛(wèi)星信號(hào)與衛(wèi)星信號(hào)的接收數(shù)據(jù)，然后關(guān)掉偽衛(wèi)星信號(hào)只接收衛(wèi)星信號(hào)并進(jìn)行數(shù)據(jù)觀測(cè)。

圖10 接收機(jī)觀測(cè)值

通過(guò)對(duì)圖10中觀測(cè)數(shù)據(jù)處理會(huì)發(fā)現(xiàn)利用通用接收機(jī)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航衛(wèi)星與偽衛(wèi)星信號(hào)的同時(shí)接收，但是偽距、載波相位比實(shí)際值大很多，這是因?yàn)槲覀冴嚵袀涡l(wèi)星系統(tǒng)與接收機(jī)間存在鐘差導(dǎo)致的，進(jìn)行載波相位單差處理可以消除該鐘差影響，為該系統(tǒng)的最終定位提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

4.3 通道信號(hào)延遲一致性分析

通過(guò)有線(xiàn)測(cè)試對(duì)單系統(tǒng)間的信號(hào)載波相位差作分析，得到通道間的信號(hào)延遲一致性，將兩路信號(hào)經(jīng)相同長(zhǎng)的線(xiàn)纜輸入到接收機(jī)端，觀測(cè)載波相位單差數(shù)據(jù)，如果通道間信號(hào)延遲一致性良好，差值應(yīng)穩(wěn)定在0值，結(jié)果如圖11所示。

圖11 通道時(shí)延一致性

單系統(tǒng)間的信號(hào)延遲一致性良好，可以避免因通道一致性差帶來(lái)的定位誤差。

4.4 接收載波相位單差穩(wěn)定性

通過(guò)接收機(jī)定點(diǎn)無(wú)線(xiàn)接收偽衛(wèi)星信號(hào)，然后通過(guò)對(duì)各路信號(hào)的載波相位單差，分析其穩(wěn)定性，結(jié)果如圖12所示。

分析圖12可知，由于受環(huán)境影響載波相位差值可能會(huì)有輕微波動(dòng)，其穩(wěn)定性也決定了使用載波相位單差方程進(jìn)行定位結(jié)算的精度。

通過(guò)以上分析可以得到針對(duì)陣列偽衛(wèi)星系統(tǒng)，選擇與GPS信號(hào)一致的偽衛(wèi)星信號(hào)設(shè)計(jì)，不僅能夠滿(mǎn)足偽衛(wèi)星信號(hào)與導(dǎo)航信號(hào)的兼容接收，其穩(wěn)定的載波相位單差也為其高精度的室內(nèi)定位提供了基礎(chǔ)。單系統(tǒng)間的信號(hào)延遲一致性良好，可以避免因通道一致性差帶來(lái)的定位誤差。最后通過(guò)對(duì)各路信號(hào)載波相位單差分析可得，其載波相位波動(dòng)在0.1 rad以?xún)?nèi)，可保證較高的定位精度。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文在多陣元偽衛(wèi)星系統(tǒng)的基礎(chǔ)上提出了一種專(zhuān)用于該系統(tǒng)的定位方法，該方法通過(guò)利用載波相位單差可以避免整周模糊度的求解，為實(shí)現(xiàn)高精度定位提供了基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)了可以應(yīng)用于該系統(tǒng)的信號(hào)體制，并通過(guò)搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了偽衛(wèi)星信號(hào)的生成，并從偽衛(wèi)星信號(hào)的頻域、時(shí)域、相干域?qū)涡l(wèi)星信號(hào)質(zhì)量進(jìn)行分析。最后使用通用接收機(jī) 對(duì)偽衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行了接收處理，并從偽衛(wèi)星信號(hào)與衛(wèi)星信 號(hào)的兼容性，通道信號(hào)延遲一致性，載波相位單差穩(wěn)定性 方面對(duì)信號(hào)進(jìn)行了分析，分析結(jié)果表明采用固定導(dǎo)航電文 參數(shù)設(shè)計(jì)的偽衛(wèi)星信號(hào)，可以滿(mǎn)足該偽衛(wèi)星系統(tǒng)的定位要 求，對(duì)今后的實(shí)際工程應(yīng)用有一定的借鑒意義。

圖12 載波相位差值