年第 一期空间电子技术 !差分∀#∃定位技术王军于洪喜,曹桂兴 !刃%!西安空间无线电技术研究所西安∀#∃∃∋定位技术出现的背景着重讨论了差分动态定位简要叙述了差分&户,摘要主题词(&)∋的工作原理,最后对(∗护∋的应用作了简要说明卫星导航差分技术。全球定位系统(&)∋+&)∋简介,全球定位系统!&)∋%的出现和建立是导航和定位领域中的一场重大的技术革命、、。它可在全球范围内全天候地为陆地海上及空中用户提供连续实时高精度的三维位置速度和时间信息具有广泛的应用价值和发展潜力,。、、&)∋系统由,−颗卫星组成,其中,+颗是工作用基本星另外.颗为主轨道备用星,,。所有卫星运行在距地面−,∃+/.公里同赤道面夹角为0度的1个近圆轨道上每一轨道均匀分布,颗卫星,。&)∋全球卫星导航系统对外发射有。以2,、)两种码,提供标准定位服务!∋)∋%和精,密定位服务!))∋%,其中)码只供美国及其盟国的军事部门和特许的民用部门使用不对外,公开三维定位精度为,一+13测速精度为∃:9放在无选择可用性!∋午一段#+∃3,,+5词授时精度为#6578而日2码向全世界开一−∃3,;9=<#<2叱<姚<=;,%时水平位置精度为,∃在65测速精度为∃.词5垂直精度为+103授时精度为0∃∃72∋时为,&)∋,政策、目前几乎全世界所有需要导航定位的用户都被&)∋得天独厚的特点所吸引并得到,,许多部门的广泛使用还对&)∋实行了;<9=队!侧:,。但美国为了自身利益除了在系统设计方面采取了许多保密措施之外,,,,2∋政策降低&)∋的定位精度采取2∋一反电子诱骗技术避免他国使用。92刃>技术和,。=;<#%政策目的是使非特许用户!7>。技术来实现的。%不能获得高精度实Φ>技术是对卫星的基准信号!+∃,.ΓΗ%ΑΑ;>ΒΧ<Δ9ΕΔ,人为地引人一个高频抖动信号因此所有派生信号!载波伪噪声码数据码%都出现高频抖动降低了定位和测速的精度。技术是扰乱星历数据使&)∋卫星轨道参数!广播星历%的精度,、、,工程师研究员 高级工霞师Ι收稿日期,∃∃一+,一,∃ %空间电子技术 年第 一期降低,给定位造成一个大的慢变偏倚,使定位精度下降。该误差不是一个固定偏差,而是一个无规则变化的人为随机值。∃&∋八刀(卜∃环刀)∗眼+措施是用来反电子诱骗的。其目的在于防止敌方对#码进行精密导航定位的电子干扰。方法是将#码和机密的,码进行模和而形成−码。据透露,,码严格保密,只有在国家紧急状态下或者短期试验时,才启用,码,一般情况下,将不会采用−码∋&∃技术+。自从美国宣布∀#∃政策以来,为了突破美国的控制和限制,以充分开发、应用∀#∃的空中资源和可贵的导航信息,各国学者、专家,包括美国的一些用户,纷纷研究克服控制措施的技术,采取了一系列的措施和方法提高∀#∃定位精度。如./∃∋惯导+组合法,差分∀卫∃技术,载波相位测量相对定位技术,邵澎∀01/尤弱兼容#∀澎接收机等等。这里只介绍差分∀#∃技术,重点讨论伪距差分动态定位的方法和原理。2差分∀#∃差分动态定位34护∃∋5)丘江65(∗7∀#∃+,就是用两台接收机于两个测站上同时测量来自相同∀#∃卫星的导航定位信号,用以联合测得动态用户的精确位置。其中一个测站位于业已测定的已知点,设在该已知点∋基准点+的∀#∃信号接收机,叫做基准接收机。它和安装在运动载体上的∀)∃信号接收机∋简称为动态接收机+同时测量来自相同∀#∃卫星的导航定位信号。基准接收机所测得的三维位置与该点已知值进行比较,便可获得∀#∃定位数据的校正值。如果及时将∀#∃校正值发送给若千台共视卫星用户的动态接收机,而改正后者所测得的实时位置,这叫做实时差分动态定位8若用∀#∃校正值对若干台共视卫星用户的动态接收机所采集的定位数据进行测后修正,称之为后处理差分动态定位。右图为差分动态定位的原理框图。下面讨论伪距差分动态定位的基本工作原理。设基准站接收到∀#∃卫星∗的伪距9,‘:、‘;<∋△(,一乙(‘+;。内‘;‘∋ +9扩—接收机收到第￡颗∀圣召卫星.7‘;>几的伪距8=“基准站与第￡颗∀#∃卫星之间8山?—的真实距离接收机时钟相对于∀≅∃时系的偏差∋收钟偏差+8山‘第￡颗∀≅∃卫星时钟相对∀≅∃8<8却———于时系的偏差∋星钟偏差+电磁波的传播速度南‘∀矛污卫星星历误差所引起的距离偏差8成脚‘8己瓦——电离层时延所引起的距离偏差‘对流层时延所引起的距离偏差。根据基—准站的三维坐标已知值和卫星星历,可以精确算得真实距离、‘,而伪距9,‘是用基准接收机测得的,故7“:、‘一9。‘:一<∋山,一乙(‘+一如?‘一=.7‘一>几‘∋+上式的7、‘即为伪距的校正值。显然7、‘由收钟误差、星钟误差、卫星星历误差、电离 年第 一期差分∀#∃定位技术 Α层延迟误差和对流层延迟误差等组成。校正导航接收器器处理器基准Β佼正校正基准Χ,。奴佑Χ发射器处理器接收机机差分动态定位原理框图在基准接收机进行伪距测量的同时,动态接收机也对第∗颗∀#∃卫星进行伪距测量,按∋ +式可以写出动态接收机在距基准站一定距离处收到第∗颗∀#∃卫星的伪距尺,‘:“;‘∋山,一△(‘+;纸‘;己.,‘;7兀‘∋2+如果基准站将所测得的伪距校正值=Δ7‘适时地发送给动态用户,并改正后者所测得的伪距,亦即9,‘;7Δ?‘:“;<∋乙(”一△(‘+;纸‘;Ε.7‘;己兀‘一<∋山二一乙(‘+一乙内‘一7Φ矿一7几‘:“;<∋乙(,一乙(,+;∋纸‘一乙户阴‘+;∋7.二‘一.7二‘+;∋7兀‘一>几‘+∋Γ+当动态用户距离基准站在一2Η∗Φ∗以内时,可以认为卫星到基准站和动态用户的夹角相当小,而以上的一些误差的变化可以忽略不计,则有电‘:却杭‘,.7了:>几‘,7瓦‘:7几‘代人∋Γ+式得尺”‘;击份‘:Δ”‘;<∋△(,一△(,+:Ι∋Δ一弋+;∋犷一矶+;∋ϑ一及+Κ‘ ;胡∋Λ+基准Μ动态接收机的钟差所引起的距离偏差,记作乙3:。∋△(,一△(,+∋Ν+如果基准Μ动态接收机各观测了相同的Γ颗4Ο∃卫星,则按式∋+Λ可以列出Γ个方程式,它们有Π5、矶、5Θ和胡共Γ个未知数。解算这Γ个方程式,即可求得动态用户在时元(的三维位置。 空间电子技术∋+Π 年第 一期差分动态定位,消除了星钟误差配,在基准站彼盖范围内的动态用户,还可以消除或削弱星历误差、电离层延迟误差和对流层延迟误差,显著地提高了实时动态定位精度。在∃&措施以后,可有效地削弱广泛&∃的影响,其实时定位精度可由 +∋=提高到 一 Λ=,因此差分技术被采用,现在导航接收机大多都设置差分数据接口。但差分定位需要设立基准站,需要一套数据传翰系统支持,这是为提高定位精度所需付出的代价。在战时差分修正参数的传输易受电子战干扰,也是值得研究解决的问题。另外,34尸∃一个基准站只能有效地控制一2+∋5Η 范围,如在美国需设几百个基准站组成差分网,以提供全国范围的差分定位服务。为解决上述数据传输间题,目前有用地面无线发射台传送差分修正参数,也有采用低轨道徽型卫星作为差分基准网的数据转发器,传输信息。同时为克服3∀护∃控制面积小,需设基准站多的缺点,随着技术的发展和各种不同用户的需要,已形成有本地差分系统∋0&3∃+、本地增强系统∋.人&∃+、广域差分系统∋,&0Ν+及广域增强系统∋,匆铭+等。据斯坦福大学计算机模拟试验,采用广域差分定位,在美国只需设置 个主控站和 Λ个地面基准站,即可提供差分定位服务,提高定位精度。Γ结束语由于美国实施∃&政策,导致∀#∃单点定位的精度降低∋ΡΦΣ=+,而差分导航定位技术∋34护∃+是提高局部区域定位精度,克服干扰的有效措施之一目前旧4护∃已使区域实时导航定位的精度提高到Φ=以内,&∃。可为野外救生、地展监测、石油地质勘探、飞机进场着陆等提供导航服务,亦可为各种区域地面测量和海洋测量定位服务。另外,3∀#∃在城市交通管理方面发展迅速,利用它可以进行公路交通管制、银行运钞车的监控、旅游者或旅游车的景点导游等等。目前,∀#∃和3∀#∃技术已渗透到人类社会生活的各个方面,正在改变着人们的传统观念,并将极大地提高生产力,产生巨大的经济效益。参考文献张守信石Τ∃卫Υ洲圣定位理论与应用长沙ς国防科技大学出版杜, ΑΑΝ!王军全球卫星定位系统空间电于技术, ΑΑ,∋+王广运等盖分∀#∃定位技术与应用北京ς电于工业出版杜, ΑΝ场心6Ω9∃泊山。运(Ξ6#&∗Φ#Ψ<石=)Σ6Ξ(∀以川5ς成石侧苗Ζ5Ω[([助Σ(〕)他即∗(吐9万∗(∗喇Ζ5Ο6<Ξ∗5以9甲橄从+ %,∴讨]6而(ΩΣ)/七⊥_Δ⎯Φ坦雨<Η,Σ=妇Ψ, Α%Γ