偽衛星技術在北斗定位系統中的作用

李彩容

摘要 文章首先針對北斗定位系統中，偽衛星的工作原理進行了分析，而后進一步針對偽衛星技術信號干擾排除相關細節加以討論，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 偽衛星 原理 干擾

北斗雙星定位系統，作為我國自主研發的衛星導航定位系統，能夠在其覆蓋區域內實現全天候導航和定位，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。該系統由位于赤道平面的兩顆地球同步微信以及一顆備份衛星組成，地面部分則由地面中心站和用戶端等部分組成。在這樣的系統中，由于衛星數量有限，因此北斗系統只能用于實現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中增加一個能夠實現全天候高精度的無源定位系統，用以滿足實際工作需求。實際工作中多在系統中增加一個能夠發送與衛星相同格式電信號的發射機，即偽衛星，此種技術在實現的過程中，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 偽衛星系統的工作原理

在偽衛星定位系統中，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勢。在偽衛星系統環境下，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為接收機與節點j之間的距離，δT為時鐘誤差，N表示接受與與對應節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 偽衛星系統的抗干擾方案

在展開偽衛星系統構建的過程中，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星的信號保持與衛星信號強度持平，但是在接收端不斷接近偽衛星的時候，必然會出現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星信號，并且又要確保其不至于對衛星信號形成干擾，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

此種技術框架之下，傳送偽衛星信號的短脈沖占空率低，對于衛星信號的干擾時間十分有限，因此在時分技術的支持之下，偽衛星信號會對未按偽衛星環境設計的接收機進行脈沖干擾。此種技術支持之下，偽衛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

此種方案之下，如果微衛星信號的偏離標稱值1575.42MHz約10-20MHz，則可以隔離正常碼的25dB偽衛星和北斗衛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，避免出現組合誤差。此種方式增加了接收機的成本，但是可以實現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

如果利用不同的C/A碼間相關進行分離，則有35dB無法實現有效分離，如果想要利用偽隨機碼實現對全部60dB的分離，則必須確保對應的碼率比C/A碼率提升多倍，才能實現對于微衛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，可以發現第一種方法在實際工作中具有顯著的優勢，因此得到相對廣泛的應用。

3 結論

對于偽衛星信號的研究，除了干擾問題收到一貫的關注以外，其信號結構、接收天線細節等，同樣是當前研究的重點領域。綜合而言，偽衛星技術在區域定位中的優勢十分顯著，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的覆蓋范圍，優化了導航幾何配置。除此以外，對于成本的有效控制，也成為偽衛星的重要優勢之一。諸多方面的核心價值體現，都決定了此種技術必然會在導航定位中發揮重要的作用，成為未來的中堅力量。

參考文獻

[1]王瑋，劉宗玉，謝榮榮，偽衛星增強的北斗雙星定位系統及其算法的研究[J].中國空間科學技術，2005，25 （03）.

[2]趙麗，劉建業，林雪原等，雙星定位系統改進方案與仿真研究[J].中國空間科學技術，2004，24 （04）.