付承彪 田安紅 楊華芬

(曲靖師范學院計算機科學與工程學院，云南 曲靖 655011)

目標的位置信息包括目標處于任何環(huán)境中的位置信息，因此定位目標的位置信息，實質(zhì)上就涉及到無縫定位的問題。所謂無縫定位是一種全覆蓋的無線定位技術(shù)，目前單一手段的無線定位跟蹤技術(shù)在定位的空間、精度上都受到了很大的制約，這種制約在某種程度上是顛覆性的，或者是不可逾越的。例如，對于衛(wèi)星定位導航系統(tǒng)而言，準確有效的定位信息主要是依賴于接收機能夠接收到足夠多的可見衛(wèi)星數(shù)目。

1.GPS定位技術(shù)

GPS系統(tǒng)是美國國防部提出建立的一種可以定時和測距的導航系統(tǒng)。它不僅可以向全球用戶提供連續(xù)、實時、高精度的三維位置、速度和時間信息，而且它還可以利用相位干涉原理，采用天線布陣技術(shù)，實現(xiàn)載體的航向及姿態(tài)的測量。它的整個發(fā)展大概分為三個階段:

第一階段為原理方案可行性驗證階段。發(fā)射試驗衛(wèi)星，建立地面跟蹤網(wǎng)，研制地面GPS接收機，對系統(tǒng)的硬件和軟件進行了試驗，試驗結(jié)果令人滿意。

第二階段為系統(tǒng)的研制與試驗階段。研制了各種導航型接收機和測地型接收機，試驗表明，GPS的定位精度大大超過設(shè)計標準，其中粗碼 (C/A碼)的定位精度遠遠超過設(shè)計標準，高達20m。由此證明，GPS計劃是相當成功的。

第三階段為最后的工程發(fā)展與完成階段。高精度的導航型接收機和采用相位差分技術(shù)的GPS載體姿態(tài)測量接收機，滿足了精密導航與制導等一系列軍事目的要求。

眾所周知，全球定位系統(tǒng) (GPS)可以對全球目標用戶提供位置、速度以及時間信息等相關(guān)數(shù)據(jù)，在航空、海上以及陸地等諸多領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。然而它的高精度性能等優(yōu)點依賴于幾何精度因子的好壞程度，利用GPS系統(tǒng)確定目標的位置，一般情況下，至少是需要接收機能夠接收到4顆定位衛(wèi)星信號。此時，當目標用戶處于戶外時，采用它可以非常準確地定位出目標的位置信息。但是，當目標用戶運動到高樓聳立的城市環(huán)境中時，在這種受到遮擋的情況下，所能夠觀測到的GPS衛(wèi)星［1］及其幾何結(jié)構(gòu)通常都不理想，很難滿足精密定位的需要。而當目標用戶運動到一些更為極端的情況下時，如在室內(nèi)或隧洞中，接收機則根本完全接收不到衛(wèi)星信號，導致其無法進行工作。其次，GPS接收機系統(tǒng)在定位開始時，需要先進行冷啟動，而這個啟動工作一般情況下需要花費幾分鐘，如果說在這個啟動的時間段內(nèi)，正好存在著面臨生命危險的情況發(fā)生，則冷啟動的時間就會耽擱對生命的援救。再者，加上美國國防部對GPS采用選擇可用性政策，使得在某些特殊的情況下，比如說處于戰(zhàn)爭時期或者是兩國關(guān)系非常緊張的時期，在這個階段內(nèi)，其他國家想要繼續(xù)采用GPS衛(wèi)星來進行定位目標就會受到嚴重的干擾。最后，通過研究發(fā)現(xiàn)，GPS的較高精度性能主要是集中在水平方向上，由于受到電離層、對流層延遲誤差等眾多因素的影響，導致采用它來定位目標時，在垂直方向上精度較差，并且其誤差通常是水平方向上的2倍或者3倍左右，很難滿足一些精密應(yīng)用場合的要求。

2.實現(xiàn)無縫定位技術(shù)的方法

對于GPS的缺陷，在現(xiàn)階段的應(yīng)用中，主要是采用與其它導航定位衛(wèi)星系統(tǒng) (如俄羅斯GLONASS系統(tǒng))進行組合，又由于這些導航系統(tǒng)的定位原理與GPS系統(tǒng)大體上是相同的，采用它們進行聯(lián)合定位時，能夠觀測到的衛(wèi)星的數(shù)目得到增加，從而減少了導航定位盲區(qū)的概率。然而，這種聯(lián)合定位也存在著不足之處，比如，在接收機中需要額外設(shè)置專門的接收設(shè)備來接收對應(yīng)的導航信息，顯然這種配置對普通的目標用戶來說不是切實可行的。與此同時，這些都是基于不同衛(wèi)星的定位系統(tǒng)，由于衛(wèi)星信號從空中發(fā)射出來，一直傳播至地面的接收機時，需要經(jīng)過很長的距離，使得到達接收機后的信號強度比較微弱，非常容易受到周圍環(huán)境的干擾，因而在實際的應(yīng)用當中受到一定的限制，比如說在室內(nèi)或者是出現(xiàn)遮擋的情況下，仍舊無法順利完成定位的功能。

2.1 偽衛(wèi)星定位技術(shù)

基于上面的分析可以發(fā)現(xiàn)，偽衛(wèi)星技術(shù)［2］和基于地面廣播的數(shù)字電視 (DTV)系統(tǒng)是解決這些問題的有效途徑。通過設(shè)置地面?zhèn)涡l(wèi)星裝置，采用偽衛(wèi)星與GPS衛(wèi)星技術(shù)進行聯(lián)合，可以改善衛(wèi)星的幾何布局情況，基本上可以擺脫GPS所受到的種種約束限制，從而最終提高系統(tǒng)的定位精度性能。

2.2 DTV定位技術(shù)

從全世界的發(fā)展趨勢來看，中國也和世界上許多國家一樣，都在積極推動該業(yè)務(wù)的發(fā)展。我國基于地面廣播的數(shù)字電視［3］產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，在2006年8月18日《數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)、信道編碼和調(diào)制》標準正式發(fā)布，并且在2007年8月1日進行全面地實施，并計劃從2008年起全面推廣基于地面廣播的數(shù)字電視業(yè)務(wù)。基于地面廣播的數(shù)字電視信號，不僅可以完成其基本的功能，還能夠?qū)⑵渥鳛橐环N無線電輻射資源來使用，進而考慮應(yīng)用到各種軍事和民事當中。同時，它還具有很多優(yōu)勢，比如說電視塔發(fā)射臺設(shè)置在全國各個縣市，覆蓋范圍非常的廣泛，并且發(fā)射功率也很大，可以使用的頻譜資源也相當豐富。另外，該DTV系統(tǒng)的子載波數(shù)較大，具有非常強的抗衰落以及抗干擾的能力，還具有非常精確的定時同步性能，這些優(yōu)勢都為實現(xiàn)DTV信號的準確定位提供了前提。再者，該系統(tǒng)的定位精度能夠達到1m量級，且該定位技術(shù)所提供的設(shè)備價格比GPS技術(shù)所要求的設(shè)備更廉價，而功率也更低。最后，利用基于地面廣播的數(shù)字電視信號與GPS定位信號進行結(jié)合，能夠抵抗更強的干擾性能，當目標用戶處于室內(nèi)環(huán)境或者是處于衛(wèi)星信號受到遮擋的環(huán)境情況下的時候，系統(tǒng)仍能夠順利完成定位導航的功能，它可以作為衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)的有益補充。因此，采用廣泛分布的DTV基礎(chǔ)設(shè)施來定位無線設(shè)備，比當前可供選擇的任何一種方案都更經(jīng)濟有效。DTV定位技術(shù)與GPS定位技術(shù)的結(jié)合為單獨應(yīng)用GPS時所存在的上述問題提供了一個全新的可行解決方案。

3.總結(jié)

基于以上的討論分析，選擇偽衛(wèi)星和DTV定位技術(shù)與GPS定位技術(shù)的結(jié)合可以實現(xiàn)無縫定位。即將各種不同的觀測值在不同層面上結(jié)合起來，是使無線定位跟蹤技術(shù)達到高精度、無縫性以及高實用性的有效途徑。

［1］譚述森.衛(wèi)星導航定位工程［M］.北京:國防工業(yè)出版社，2007:1—15.

［2］王丹.偽衛(wèi)星動態(tài)定位方法及其增強GPS技術(shù)的研究 ［D］.哈爾濱工程大學碩士學位論文，2008:4—6.

［3］季明麗.一種基于數(shù)字電視信號定位的新技術(shù) ［D］，東南大學碩士學位論文，2006:1—8.