基于lGSO衛星的廣域實時精密定位系統設計

張樂

（晉中職業技術學院，山西晉中，030600）

0 引言

目前，廣域實時精密定位系統廣泛地應用于我國各個領域，受到了強烈推薦，在應用的同時，通過定位系統，減少部分工作的工作任務量，提高工作效率，但是也展現出一些不足，比如一些重復的地名，系統有時會將地理定位信息混淆，造成定位出錯[1-2]。

傳統的廣域實時精密定位系統的定位依據GPS導航技術，但由于我國每個區域會隨時進行位置名稱更改或者進行區域重新劃分，GPS技術不能實時進行地理信息更新，因此降低了廣域實時精密定位系統的精密性和有效性。IGSO衛星也被稱為傾斜地球同步軌道衛星，對于我國各個地理位置來說，具有唯一性。

為了提高廣域實時精密定位系統的精密性和有效性，本文引入傾斜地球同步軌道衛星技術，根據IGSO衛星技術，從廣域實時精密定位系統硬件區域和軟件區域共同出發，分別設計，共同組建一個全新的廣域實時精密定位系統。針對技術的優勢，使廣域實時精密定位系統得出更加精確、穩定有效的定位信息，促進我國定位領域的發展。

1 基于lGSO衛星的廣域實時精密定位系統硬件設計

本文提出的基于IGSO衛星的廣域實時精密定位系統硬件主要由定位器、導航器、信號接收器組成，系統硬件結構如圖1所示。

圖1 基于IGSO衛星的廣域實時精密定位系統硬件結構

1.1 定位器

定位器是基于IGSO衛星的廣域實時精密定位系統硬件區域的關鍵器件，定位器主要完成的任務是根據發布的定位任務進行區域定位，定位時需要信號接收器收集的信號為依據進行定位[3]。為了滿足系統的性能需要，本文選擇HGD-87系列的定位器，此定位器采用6000毫安的大容量移動電池，低功耗MCU加持下可以工作6000天，另外定位器具有4重定位校準功能，精度高達99.99%，避免出現錯誤定位情況，保證定位系統的高效率。定位器內置IPX5級的防水防電功能，可以排除外界的一切干擾，保證定位信息的準確性。最重要的是定位器具備基站540萬全網覆蓋，對于任何偏遠地區都可以無線信號全覆蓋[4-5]。

1.2 接口設計

在廣域實時精密定位系統硬件區域內，各個器件的關聯十分重要，因此本文專門設計不同型號的接口完成器件連接，保證系統工作的效率和信息傳輸的安全性。在設備接口中，考慮硬件和軟件區域的需求，本文主要設計了移動接口、智能接口以及RTCM 接口。所有接口都遵守差分參數發播協議，為了方便各個器件之間的信息調用，所有接口具有自動更改數據格式的權限，并且格式統一。移動接口和智能接口是最普通的接口，主要區別是根據器件的功能進行合理分配，此接口的數據傳輸速率可以達到700bps，接口傳輸頻段采用B3頻段，接口的工作頻率為3700MHZ。RTCM 接口是用于硬件區域和軟件區域無線跳接工作，接口的調制方式為BPSK，發射帶寬為20MHZ，信息傳輸速率為2000BPS，用于精密定位服務。

1.3 導航器

導航器的工作是協助定位器完成廣域實時精密定位任務，本文導航器的數據來源于中國地圖信息系統，一旦系統對于我國內的信息進行更新，導航器也會同時完成數據更新，保證定位系統的實時性和數據準確性。導航器的導航檢索時間為30秒，導航偏差精度為1米，單點定位精度為單頻方式，導航向其他器件提交的數據格式為TXT格式。導航器采用404通道完成地理位置的導航，工作溫度在-40°～+75°范圍內。

1.4 信號接收器

基于IGSO衛星的廣域實時精密定位系統的信號接收器主要是用于接收系統軟件區域定位過程中的信號，并將信號轉發到定位器中，以便完成定位工作。

信號接收器的信號重捕獲時間小于1.5秒，為了保證信號的百分百接收，信號增益設置為70db。信號接收器的輸出功率為25W，為系統提供高穩定的信息信號，另外信號接收器的駐波比小于1.8V*S*W*R，工作電壓為220V。

2 基于lGSO衛星的廣域實時精密定位系統軟件設計

IGSO衛星也被稱為傾斜地球同步軌道衛星，軌道長度約為35700千米，傾角是大于0°的任意軌道，傾斜地球同步軌道衛星是24小時公轉衛星，其最大的優勢是三顆或者三顆以上的同步衛星共同覆蓋定位范圍最廣。此IGSO系統的服務目標非常多，傾斜地球同步軌道衛星適用于我國周邊地區的服務，它主要應用于地理信息采集、導航系統、搜索救援領域，此技術的精確度極高，可以精確到10平方厘米，用戶只要有一絲的信號就可以無障礙的接入定位系統的服務。為了達到廣域實時精密定位系統的需求，本文主要研究傾斜地球同步軌道衛星的軌道設計原理、信號機制以及運行模式三個方面。

IGSO衛星在進行廣域實時定位時，在不同階段需要不同的信號進行信息發送，保證定位信息傳輸的安全性。傾斜地球同步軌道衛星在定位過程中主要采用LEX信號、E6C信號以及B3J信號三種信號進行交互，完成地點的定位操作。LEX信號的頻率是1278MHZ，信號的傳遞速度為1700bps，數據信號和導頻信號采用1:1的十分復用比例，此信號表示IGSO衛星處于定位跟蹤狀態。E6C信號的頻率為1276MHZ，信號的傳遞速度為2500bps，偽碼速率是5Mcps，采用調制方法進行信號供給，此信號代表衛星處于地點定位狀態，完成后，將定位信息的頻段轉發到系統內部。B3J信號工作的頻段為B3，頻率為1700MHZ，信號的傳遞速度為1500bps，偽碼速率是10Mcps，數據信號和導頻信號采用1:2的十分復用比例，此信號代表衛星處于定位信息提取狀態。

綜合以上對基于IGSO衛星的廣域實時精密定位系統硬件器件和IGSO衛星技術的分析研究，本文根據系統硬件區域和軟件區域的功能，規劃出定位系統的調用工作流程，如圖2所示。

圖2 基于IGSO衛星的廣域實時精密定位系統工作流程

（1）首先系統對接收到的定位任務進行分析，然后將任務發送到硬件區域內的定位器、導航器以及信息接收器中，各個器件根據自己的功能，分別得到有關的定位信息，共同統一將信息返回系統；

（2）然后定位器根據信號接收器傳輸的信號頻段進行廣域實時精密定位，定位成功后，進行精度定位分析；

（3）最后調用IGSO衛星技術對定位的地點進行定位信息提取，將提取的信息傳輸到系統的軟件區域，發送到用戶客戶端內，則系統完成一個周期的定位工作。

3 實驗分析

為了驗證本文設計基于IGSO衛星的廣域實時精密定位系統的有效性，進行對比試驗，本文設置的對照系統為基于GPS衛星的廣域實時精密定位系統和基于衛星的廣域實時精密定位系統。

為了保證對比試驗的科學性和合理性，選擇定位的地區在試驗前進行抽簽選取，并且兩個系統對同一地點進行精確定位，因為人工記錄數據可能會出現一定的數據誤差，所以本文記錄系統完成的時間均以系統向所連接的計算機提交定位地點的信息的時間為最終的完成時間。試驗的過程是首先對兩個系統進行差錯檢測，防止系統與計算機出現亂碼的情況，影響后期的試驗進度，預處理完成后，現場的工作人員在準備好的試驗任務內抽取一個實驗任務，選取后同時向兩個系統下發定位任務，計算機在試驗過程中會記錄試驗的相關數據，工作人員只需要完成監督作用即可，直到最后一個定位系統提交地理信息后，結束實驗，根據計算機后臺記錄的數據，進行試驗結果數據的整合。

得到的定位實時性實驗結果如圖3所示。

圖3 定位實時性實驗結果

得到的定位精度實驗結果如圖4所示。

圖4 位精度實驗結果

根據上圖可知，最終得出的結果是本文設計的基于IGSO衛星的廣域實時精密定位系統比傳統的廣域實時精密定位系統完成的時間快，并且提交定位信息準確，信息量大。

綜上所述，本文研究的IGSO衛星的廣域實時精密定位系統具有精確性和靈敏性性，可以投入使用。