探究基于北斗的高精度MLAT系統(tǒng)設(shè)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(tǒng)設(shè)計研究，主要因為現(xiàn)代化定位技術(shù)發(fā)展需求增加，傳統(tǒng)多點相關(guān)定位技術(shù)對GPS技術(shù)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(xué)設(shè)計。MLAT系統(tǒng)本身具有成本低以及容錯性理想的優(yōu)勢，在很多定位中均有需要。結(jié)合傳統(tǒng)系統(tǒng)情況融入高精度授時技術(shù)，經(jīng)過系統(tǒng)數(shù)據(jù)收集以及綜合處理，準確確定目標位置，有效改善傳統(tǒng)定位技術(shù)中目標無法識別或者定位不精準等問題。

1 MLAT系統(tǒng)設(shè)計原理剖析

對于部隊通信來講，安全、可靠、穩(wěn)定都是不可缺的定位元素。MLAT系統(tǒng)（多點相關(guān)定位）設(shè)計中，主要通過到達時間差位技術(shù)為基礎(chǔ)，及時分析測試目標運行期間所給出的信號，并且統(tǒng)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(xiàn)同步時多方位定位監(jiān)測[1]。MLAT技術(shù)在已有定位技術(shù)基礎(chǔ)上增加遠端接收站數(shù)量，并且選擇多點接收處理模式，及時對控制區(qū)域進行應(yīng)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(tǒng)設(shè)計期間，通過接收站為載體，及時對通信應(yīng)答信號進行接收處理，隨后根據(jù)站點詳細位置對信息接收所產(chǎn)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(tǒng)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(jīng)度x；緯度y；高程z；光速c；m站（經(jīng)度xm；緯度ym；高程zm）；n站應(yīng)答時間tn；m站應(yīng)答時間tm。

從上述內(nèi)容可以發(fā)現(xiàn)，MLAT系統(tǒng)定位三維數(shù)據(jù)在主要通過站點位置、時間精度為主。其一根據(jù)通信應(yīng)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(tǒng)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(diào)整，由此做到時間統(tǒng)一。其二結(jié)合部隊通信特點，在GNSS共視基礎(chǔ)上實現(xiàn)信息傳輸同步。通過不同站點對時間數(shù)據(jù)迅速接收，隨后對TOA數(shù)據(jù)進行測算，整理好相關(guān)信息資料后及時傳輸?shù)綌?shù)據(jù)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(xiàn)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(guān)信號進行獲取，隨后由NTP協(xié)議及時對時間服務(wù)進行發(fā)布，隨后時間信息在局域網(wǎng)中實現(xiàn)同步。

上述時間同步方法的應(yīng)用，都需要依靠電纜完成。但是在實際應(yīng)用中經(jīng)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?shù)母蓴_，以及復(fù)雜電磁環(huán)境下原子鐘運行穩(wěn)定受到威脅，出現(xiàn)異常抖動現(xiàn)象等，都會對時間同步造成影響[3]。在此基礎(chǔ)上MLAT系統(tǒng)針對其中的薄弱環(huán)節(jié)積極完善，將地質(zhì)以及震動、電磁干擾等影響降到最低，縮小時間信息動態(tài)范圍，從而改善誤差大的不足。

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

2 基于北斗的高精度MLAT系統(tǒng)研究

結(jié)合在北斗的高精度定位功能，MLAT系統(tǒng)設(shè)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(jiān)控系統(tǒng)、高精度位置處理系統(tǒng)、北斗高精度授時終端、TDOA處理服務(wù)器。中心站積極對北斗高精度授時終端進行科學(xué)部署，在北斗衛(wèi)星基礎(chǔ)上，及時對獲取的授時信號進行時間基準分析，同時結(jié)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(xiàn)高精度同步[4]。遠端站運行期間，對于已經(jīng)接收到的通信應(yīng)答信號，及時對信息內(nèi)容展開TOA數(shù)據(jù)解算，隨后將解算后的數(shù)據(jù)信息及時傳輸至中心站。及時對高精度位置的信號應(yīng)答信息輸入至處理服務(wù)器中，這樣就可以將各站點衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)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(wù)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(xiàn)高精度定位與信息數(shù)據(jù)快速處理。基于北斗的高精度MLAT系統(tǒng)設(shè)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(tǒng)中，中心站作為系統(tǒng)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(wèi)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(chǔ)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(wǎng)絡(luò)授時情況，由此對時間基準進行調(diào)整，實現(xiàn)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(shè)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(tǒng)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(wǎng)絡(luò)板及時插入，將時鐘的應(yīng)用功能及時擴展。緊接著是北斗高精度授時的設(shè)計，如果在通信服務(wù)中出現(xiàn)衛(wèi)星源不可用情況，抑或者外部鐘源出現(xiàn)問題，則需要北斗高精度系統(tǒng)授時模塊，接收到相關(guān)信息后及時為系統(tǒng)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(xiàn)了無損切換。不僅如此，還實現(xiàn)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(wèi)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(tǒng)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(tǒng)地支持，結(jié)合具體功能將系統(tǒng)站點劃分成兩種，其一為基準站；其二為監(jiān)測站。其中基準站為北斗高精度定位系統(tǒng)提供運行基準，不僅為系統(tǒng)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(jiān)測站相對布置范圍更廣泛，所有遠端站均需要設(shè)置監(jiān)測站。通過基準站以及監(jiān)測站，及時為中心站發(fā)送定時定位通信信息。以雙差結(jié)算的方法，對衛(wèi)星號、將為差以及偽距及相關(guān)標準差等最原始觀測值進行統(tǒng)計。隨后還要進行形變量統(tǒng)計，這期間涉及北斗衛(wèi)星星歷以及監(jiān)測點的精準位置，在數(shù)據(jù)分析對比后，將通信系統(tǒng)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(xiàn)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(jù)北斗高精度監(jiān)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(shè)備進行連接與監(jiān)測，確定初步軌跡范圍。北斗高精度衛(wèi)星定位基礎(chǔ)上絕對坐標準確可靠。隨后是通信期間的信息波動情況，當(dāng)前的衛(wèi)星導(dǎo)航，不僅將北斗模式納入其中，也增加基站數(shù)量，提高基站服務(wù)質(zhì)量。提高模塊智能化設(shè)計，尤其是各種智能化設(shè)備的加入，對通信軌跡準確識別，隨后轉(zhuǎn)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(tǒng)中的現(xiàn)場可編程邏輯門陣列芯片，及時對通信過程所產(chǎn)生的時間信息等進行算法處理，隨后創(chuàng)建信息分析構(gòu)架體系，將分析內(nèi)容備份并存儲至MLAT系統(tǒng)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(jié)束語

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