楊哲

【摘 要】近年來(lái)隨著信息技術(shù)在軍事中的廣泛應(yīng)用，國(guó)際上各種電子干擾裝備正在不斷發(fā)展，全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的脆弱性也逐漸暴露出來(lái)，因而羅蘭系統(tǒng)作為最佳補(bǔ)充和備份手段就顯得尤為重要。本文針對(duì)羅蘭系統(tǒng)精度低的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)誤差分析，利用差分技術(shù)分析研究誤差修正可行性，從而實(shí)現(xiàn)高精度羅蘭系統(tǒng)導(dǎo)航定位授時(shí)。

【關(guān)鍵詞】羅蘭;差分;誤差修正

中圖分類號(hào)： P228.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 2095-2457（2019）15-0049-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.15.023

Analysis and Research of Loran Difference Technology

YANG Zhe

（The 20th Research Institute of CETC，Xi an Shaanxi 710068，China）

【Abstract】In recent years， with the wide application of information technology in the military， various electronic interference devices are constantly developing in the world， and the vulnerability of the global satellite positioning system is gradually exposed. Therefore， the Loran is particularly important as the best supplement and backup method. In view of the low accuracy of the Loran， this paper analyzes the error of the system by using the difference technique to analyze the error correction feasibility， so as to realize the navigation positioning and timing of the high-precision Loran.

【Key words】Loran; Difference; Error correction

0 引言

羅蘭系統(tǒng)屬于陸基、低頻、脈沖相位導(dǎo)航體制，其工作載頻為100KHz。其一個(gè)臺(tái)鏈系統(tǒng)由至少3個(gè)發(fā)射臺(tái)組成，其中一個(gè)發(fā)射臺(tái)為主臺(tái)，其余為副臺(tái)[1]。系統(tǒng)脈沖信號(hào)以脈沖組的形式發(fā)射，主副臺(tái)間使用不同的脈沖相位編碼，不同臺(tái)鏈間選取不同的脈沖組重復(fù)周期。低頻的地波信號(hào)實(shí)現(xiàn)了傳播過(guò)程中較小的衰減，穩(wěn)定的相位幅度，是羅蘭系統(tǒng)能獲得遠(yuǎn)距離導(dǎo)航定位的保證。目前，羅蘭系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)最大海上作用距離900—1300海里，信號(hào)可利用性優(yōu)于99%，全球包括我國(guó)也都在沿海區(qū)域建立了大量羅蘭系統(tǒng)發(fā)射機(jī)。

1 羅蘭系統(tǒng)定位誤差分析

羅蘭系統(tǒng)工作中影響用戶定位精度的因素主要包括系統(tǒng)同步誤差、電波傳播誤差、用戶接收機(jī)測(cè)量誤差等。

羅蘭系統(tǒng)的發(fā)射方式為主臺(tái)發(fā)射脈沖信號(hào)，副臺(tái)在固定延遲之后同步發(fā)射脈沖信號(hào)，主臺(tái)與副臺(tái)之間發(fā)射的不同步導(dǎo)致的誤差稱之為系統(tǒng)同步誤差。

羅蘭系統(tǒng)電波傳播誤差是指脈沖信號(hào)從發(fā)射天線傳播至接收設(shè)備過(guò)程中產(chǎn)生的誤差。脈沖信號(hào)雖具有極強(qiáng)的抗干擾性，并沿地表傳播，電波傳播誤差研究過(guò)程中，一般用附加二次相位因子（ASF）來(lái)等效電波傳播誤差[2]。

羅蘭用戶接收機(jī)測(cè)量誤差是指用戶接收機(jī)在測(cè)量過(guò)程中所帶來(lái)的誤差，該誤差與接收點(diǎn)的信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)和信噪比等因素有關(guān)，隨著用戶距離發(fā)射臺(tái)的距離增加，測(cè)量誤差會(huì)逐漸增加。

用戶定位誤差可表示為系統(tǒng)同步誤差、電波傳播修正誤差、用戶接收測(cè)量誤差的合成結(jié)果乘以幾何因子。目前，系統(tǒng)同步精度可以達(dá)到幾十納秒，但是電波傳播誤差（ASF）相對(duì)要大得多，這是導(dǎo)致用戶定位精度不高的主要原因。ASF包括固定部分和隨時(shí)間變化部分[3]。固定部分與傳播路徑上導(dǎo)電率和地形等有關(guān)，在ASF中占主要地位，一般通過(guò)事先測(cè)量并結(jié)合模型獲得ASF，構(gòu)建ASF數(shù)據(jù)庫(kù)，由用戶設(shè)備保存使用。變化部分即可通過(guò)差分的方式，由用戶設(shè)備實(shí)時(shí)接收差分修正量，從而減少電波傳播等因素對(duì)用戶授時(shí)、定位的誤差影響。

2 羅蘭差分系統(tǒng)分析

2.1 羅蘭差分系統(tǒng)組成

羅蘭差分系統(tǒng)主要由差分站、通信鏈路、羅蘭發(fā)射臺(tái)、羅蘭接收機(jī)等部分組成。

羅蘭差分系統(tǒng)中，羅蘭差分站主要接收發(fā)射臺(tái)脈沖信號(hào)，處理生成差分修正量信息。差分站主要設(shè)備包括差分監(jiān)測(cè)接收機(jī)、銣鐘、時(shí)間比對(duì)設(shè)備、差分處理設(shè)備等。通信鏈路主要功能是將差分站生成的修正量信息實(shí)時(shí)傳輸至發(fā)射臺(tái)，其可利用互聯(lián)網(wǎng)、電話網(wǎng)或其他通信手段實(shí)現(xiàn)。發(fā)射臺(tái)主要功能是將傳回的差分修正量信息編碼并通過(guò)羅蘭脈沖信號(hào)發(fā)波至用戶。用戶設(shè)備作為終端，接收羅蘭脈沖信號(hào)，并提取所在差分區(qū)域內(nèi)的修正量信息，對(duì)自身測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，得到精確的定位、授時(shí)信息。

2.2 羅蘭差分系統(tǒng)工作原理

羅蘭差分系統(tǒng)基于羅蘭脈沖信號(hào)在局部區(qū)域內(nèi)傳播具有一定相關(guān)性的特點(diǎn)，在差分區(qū)域內(nèi)建立定點(diǎn)差分站，對(duì)羅蘭脈沖信號(hào)傳播誤差進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并將實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)值經(jīng)相關(guān)計(jì)算處理后，作為差分修正量廣播給相應(yīng)差分區(qū)域內(nèi)的接收設(shè)備，羅蘭用戶根據(jù)差分修正量信息對(duì)授時(shí)、定位結(jié)果進(jìn)行一定修正，從而得到更為準(zhǔn)確的用戶信息。

羅蘭接收設(shè)備正常工作中，接收羅蘭脈沖信息，通過(guò)對(duì)脈沖信息解調(diào)以及解碼，即可獲得羅蘭授時(shí)信息，時(shí)間對(duì)比設(shè)備對(duì)比得到羅蘭時(shí)間與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的偏差，即為ASF實(shí)測(cè)值。同時(shí)根據(jù)定位差分站位置已測(cè)得的ASF數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)值，計(jì)算處理可得差分修正量。

羅蘭發(fā)射臺(tái)實(shí)時(shí)通過(guò)公用網(wǎng)或?qū)Ｓ霉饫|接收各地羅蘭差分修正量信息，通過(guò)電文生成單元對(duì)差分修正量信息進(jìn)行編碼處理，最終由調(diào)制控制單元，將差分電文加載到羅蘭脈沖信號(hào)上，由天線廣播至用戶。羅蘭用戶接收羅蘭脈沖信號(hào)，對(duì)羅蘭信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和解碼，根據(jù)所在差分區(qū)域提取相對(duì)應(yīng)差分修正量信息，并對(duì)接收機(jī)測(cè)量信息進(jìn)行修正，從而實(shí)現(xiàn)用戶高精度定位與授時(shí)。

3 系統(tǒng)差分性能仿真驗(yàn)證

選取同地兩臺(tái)羅蘭接收機(jī)A、B，同時(shí)接收C發(fā)射臺(tái)脈沖信號(hào)，由于兩臺(tái)接收設(shè)備處于同地，因而ASF固定部分可視為相同。A、B兩臺(tái)接收機(jī)接收C臺(tái)信號(hào)解碼輸出1PPS秒脈沖信號(hào)，并將兩路秒脈沖信號(hào)分別與GNSS接收機(jī)輸出秒脈沖信號(hào)比對(duì)，分別記錄得到12小時(shí)數(shù)據(jù)。利用A接收機(jī)與GNSS比對(duì)數(shù)據(jù)，以5分鐘為一個(gè)周期，計(jì)算相關(guān)差分修正量，并對(duì)下一周期內(nèi)的B接收機(jī)與GNSS接收機(jī)比對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，統(tǒng)計(jì)修正后誤差量。

本文針對(duì)差分修正量的生成，采用直接取平均值、一次線性擬合、二次線性擬合、滑動(dòng)平均、低通濾波、卡爾曼濾波等6種方法處理生成差分?jǐn)?shù)據(jù)。B接收機(jī)與GNSS比對(duì)數(shù)據(jù)修正后誤差統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1。

通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比分析，可知直接取平均值、一次線性擬合和二次線性擬合的方法所得修正精度相當(dāng)，相比滑動(dòng)取平均值、卡爾曼濾波和低通濾波的方法，前三種方法不能有效去除數(shù)據(jù)中干擾噪聲對(duì)觀測(cè)值的影響，因而精度較差，同時(shí)，后三種方法所得精度也大體相當(dāng)，沒(méi)有較大的區(qū)別，因而在生成差分?jǐn)?shù)據(jù)的過(guò)程中，取滑動(dòng)平均、卡爾曼濾波和低通濾波三種方法中的一種都可以得到較為理想的差分修正量值，且修正后精度滿足需求。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)越來(lái)越復(fù)雜的電磁環(huán)境，羅蘭系統(tǒng)作為導(dǎo)航、授時(shí)的重要備份手段顯得更為重要。羅蘭系統(tǒng)中最主要的電波傳播誤差，可利用差分的方法，得到有效的解決。并通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)仿真以及對(duì)不同差分修正量生成方法的比較分析，初步驗(yàn)證了羅蘭系統(tǒng)差分技術(shù)的可用性。

【參考文獻(xiàn)】

[1]胡安平，龔濤.增強(qiáng)羅蘭導(dǎo)航技術(shù)的研究現(xiàn)狀和進(jìn)展[J].現(xiàn)代導(dǎo)航，2016（01）：74-78.

[2]劉辛濤，胡安平.長(zhǎng)波導(dǎo)航系統(tǒng)拓展應(yīng)用研究[J].現(xiàn)代導(dǎo)航，2013，4（2）：116-119.

[3]袁大天，陳亮，李太平.羅蘭C系統(tǒng)試飛中的ASF修正方法分析[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2015，38（13）：160-162.