伪卫星技术在北斗定位系统中的作用

李彩容

摘要 文章首先针对北斗定位系统中，伪卫星的工作原理进行了分析，而后进一步针对伪卫星技术信号干扰排除相关细节加以讨论，对于加深该领域的理解有着一定的积极意义。

[关键词]北斗定位 伪卫星 原理 干扰

北斗双星定位系统，作为我国自主研发的卫星导航定位系统，能够在其覆盖区域内实现全天候导航和定位，并且支持简信和授时，在我国导航定位领域有着广泛的应用。该系统由位于赤道平面的两颗地球同步微信以及一颗备份卫星组成，地面部分则由地面中心站和用户端等部分组成。在这样的系统中，由于卫星数量有限，因此北斗系统只能用于实现对用户二维坐标的确定，并且有源工作方式获取到定位数据的实时性较差，也不利于用户隐蔽，因此就需要在北斗定位系统中增加一个能够实现全天候高精度的无源定位系统，用以满足实际工作需求。实际工作中多在系统中增加一个能够发送与卫星相同格式电信号的发射机，即伪卫星，此种技术在实现的过程中，具有良好的灵活特征，并且成本也易于控制，抗干扰能力强等特点，因此很快得到广泛应用。

1 伪卫星系统的工作原理

在伪卫星定位系统中，主要包括伪距定位和载波相位定位两种工作方式。其中前者是通过接收到的C/A码，来计算出接收机与卫星之间的距离，并且依据最小二乘法确定出接收端的位置。后者则是依据接收端观测获得的载波相位观测量，根据对应的方程计算出接收端位置。二者相比，后者相对而言更为复杂，设备成本也也较高，但是定位精度同样具有一定优势。在伪卫星系统环境下，精度是重要的追求指标之一，因此载波相位定位方法成为首选。

在载波相位定位方法框架之下，其观测方程参见式（1）以及式（2）：

在式（1）以及式（2）中，f为载波频率，p为接收机与节点j之间的距离，δT为时钟误差，N表示接受与与对应节点之间的整周模糊度，t则用来对对流程进行修正，ε表示系统误差，包括诸如噪声以及多径误差等。将（2）代入（1）中，可以获取到对于变量x、y、z的线性化处理，如式（3）：

在式（3）中，只是展开了一个理论层面的表达，其中对于误差等方面都未纳入考虑范围之内。在此之后，可以利用最小二乘法构建系数矩阵，并且进一步确定出接收端的具体位置。

2 伪卫星系统的抗干扰方案

在展开伪卫星系统构建的过程中，遇到的一个重要问题就是信号的质量，这是直接关系到北斗定位系统精确程度的重要因素，因此不容忽视。通常来说，实际工作中需要确保伪卫星的信号保持与卫星信号强度持平，但是在接收端不断接近伪卫星的时候，必然会出现其信号强度提升的状况，因此如何在最大范围内提供足够强的伪卫星信号，并且又要确保其不至于对卫星信号形成干扰，是当前的重要任务。具体而言有三个方案可供选择：

2.1 利用TDMA时分信号技术实现

此种技术框架之下，传送伪卫星信号的短脉冲占空率低，对于卫星信号的干扰时间十分有限，因此在时分技术的支持之下，伪卫星信号会对未按伪卫星环境设计的接收机进行脉冲干扰。此种技术支持之下，偽卫星和用户设备的造价都比较有限，成为此种技术的重要吸引力之一。

2.2 利用FDMA频率偏值技术实现

此种方案之下，如果微卫星信号的偏离标称值1575.42MHz约10-20MHz，则可以隔离正常码的25dB伪卫星和北斗卫星信号通过不同通道进入接收机。进一步谨慎确保两条通路之间存在时延，避免出现组合误差。此种方式增加了接收机的成本，但是可以实现在接收端改善滤波器和内部校准技术。

2.3 利用CDMA码分多址技术实现

如果利用不同的C/A码间相关进行分离，则有35dB无法实现有效分离，如果想要利用伪随机码实现对全部60dB的分离，则必须确保对应的码率比C/A码率提升多倍，才能实现对于微卫星信号噪声电平的控制。依据相关实验，码率需要达到20-25MHz水平，并且具备对应的带宽。此种方式能够解决信号干扰的问题，但是也会减少北斗信号的兼容水平，并且增加了接收机成本，在硬件方面可行度并不高。

通过对比，可以发现第一种方法在实际工作中具有显著的优势，因此得到相对广泛的应用。

3 结论

对于伪卫星信号的研究，除了干扰问题收到一贯的关注以外，其信号结构、接收天线细节等，同样是当前研究的重点领域。综合而言，伪卫星技术在区域定位中的优势十分显著，其能够有效应用于1559-1610MHz频段的航空导航，为用户在接收其信号的时候提供了便利，而不用再另外准备一套接收设备。并且其初相在北斗的时间中是被精确确定的，所以用户设备能从伪卫星获得一个附加的伪距测量，这种工作方式有效增加了系统的覆盖范围，优化了导航几何配置。除此以外，对于成本的有效控制，也成为伪卫星的重要优势之一。诸多方面的核心价值体现，都决定了此种技术必然会在导航定位中发挥重要的作用，成为未来的中坚力量。

参考文献

[1]王玮，刘宗玉，谢荣荣，伪卫星增强的北斗双星定位系统及其算法的研究[J].中国空间科学技术，2005，25 （03）.

[2]赵丽，刘建业，林雪原等，双星定位系统改进方案与仿真研究[J].中国空间科学技术，2004，24 （04）.