丁作亞

（中國(guó)人民解放軍91033部隊(duì)，山東 青島 266000）

基于北斗的高精度MLAT系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究，主要因?yàn)楝F(xiàn)代化定位技術(shù)發(fā)展需求增加，傳統(tǒng)多點(diǎn)相關(guān)定位技術(shù)對(duì)GPS技術(shù)過度依賴，整體的安全性與精度得不到保證。在這種情況下必須從高精度角度進(jìn)行深入科學(xué)設(shè)計(jì)。MLAT系統(tǒng)本身具有成本低以及容錯(cuò)性理想的優(yōu)勢(shì)，在很多定位中均有需要。結(jié)合傳統(tǒng)系統(tǒng)情況融入高精度授時(shí)技術(shù)，經(jīng)過系統(tǒng)數(shù)據(jù)收集以及綜合處理，準(zhǔn)確確定目標(biāo)位置，有效改善傳統(tǒng)定位技術(shù)中目標(biāo)無法識(shí)別或者定位不精準(zhǔn)等問題。

1 MLAT系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理剖析

對(duì)于部隊(duì)通信來講，安全、可靠、穩(wěn)定都是不可缺的定位元素。MLAT系統(tǒng)（多點(diǎn)相關(guān)定位）設(shè)計(jì)中，主要通過到達(dá)時(shí)間差位技術(shù)為基礎(chǔ)，及時(shí)分析測(cè)試目標(biāo)運(yùn)行期間所給出的信號(hào)，并且統(tǒng)計(jì)其傳輸至不同地點(diǎn)的時(shí)間，通過對(duì)時(shí)間差的計(jì)算，確定通信目標(biāo)具體三維位置，隨后進(jìn)行身份與其他信息分析，實(shí)現(xiàn)同步時(shí)多方位定位監(jiān)測(cè)[1]。MLAT技術(shù)在已有定位技術(shù)基礎(chǔ)上增加遠(yuǎn)端接收站數(shù)量，并且選擇多點(diǎn)接收處理模式，及時(shí)對(duì)控制區(qū)域進(jìn)行應(yīng)答信號(hào)檢測(cè)，將受到的信息解碼處理后上傳到中心處理站，隨后確定具體坐標(biāo)定位[2]。

MLAT系統(tǒng)設(shè)計(jì)期間，通過接收站為載體，及時(shí)對(duì)通信應(yīng)答信號(hào)進(jìn)行接收處理，隨后根據(jù)站點(diǎn)詳細(xì)位置對(duì)信息接收所產(chǎn)生的時(shí)間差進(jìn)行計(jì)算，與此同時(shí)在相同平面條件下，對(duì)通信系統(tǒng)的三維信息進(jìn)行計(jì)算，具體計(jì)算公式如下：

計(jì)算公式中包括經(jīng)度x；緯度y；高程z；光速c；m站（經(jīng)度xm；緯度ym；高程zm）；n站應(yīng)答時(shí)間tn；m站應(yīng)答時(shí)間tm。

從上述內(nèi)容可以發(fā)現(xiàn)，MLAT系統(tǒng)定位三維數(shù)據(jù)在主要通過站點(diǎn)位置、時(shí)間精度為主。其一根據(jù)通信應(yīng)答機(jī)運(yùn)行期間的時(shí)間情況，不同通信站點(diǎn)分別接收到參考信號(hào)，MLAT系統(tǒng)利用解算的方式將不同站點(diǎn)參考信號(hào)接收的時(shí)間差異進(jìn)行計(jì)算與調(diào)整，由此做到時(shí)間統(tǒng)一。其二結(jié)合部隊(duì)通信特點(diǎn)，在GNSS共視基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)信息傳輸同步。通過不同站點(diǎn)對(duì)時(shí)間數(shù)據(jù)迅速接收，隨后對(duì)TOA數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)算，整理好相關(guān)信息資料后及時(shí)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心站，隨后對(duì)TDOA進(jìn)行綜合計(jì)算，由此做到時(shí)間同步。其三是利用原子鐘的方式實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步。由中心站點(diǎn)為核心，通過高精度原子鐘及時(shí)將中心時(shí)間相關(guān)信號(hào)進(jìn)行獲取，隨后由NTP協(xié)議及時(shí)對(duì)時(shí)間服務(wù)進(jìn)行發(fā)布，隨后時(shí)間信息在局域網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)同步。

上述時(shí)間同步方法的應(yīng)用，都需要依靠電纜完成。但是在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常會(huì)受到天線傳輸時(shí)延或者電纜時(shí)延等影響，加上電離層對(duì)信息傳輸?shù)母蓴_，以及復(fù)雜電磁環(huán)境下原子鐘運(yùn)行穩(wěn)定受到威脅，出現(xiàn)異常抖動(dòng)現(xiàn)象等，都會(huì)對(duì)時(shí)間同步造成影響[3]。在此基礎(chǔ)上MLAT系統(tǒng)針對(duì)其中的薄弱環(huán)節(jié)積極完善，將地質(zhì)以及震動(dòng)、電磁干擾等影響降到最低，縮小時(shí)間信息動(dòng)態(tài)范圍，從而改善誤差大的不足。

以上述內(nèi)容為基礎(chǔ)，我國(guó)積極對(duì)北斗衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行深入研究，并且在自主研發(fā)的同時(shí)，打造了全球衛(wèi)星導(dǎo)航獨(dú)立運(yùn)行系統(tǒng)，不僅能夠提供通信服務(wù)，同時(shí)在定位、導(dǎo)航以及授時(shí)等方面均有突出成就。當(dāng)前部隊(duì)通信中，針對(duì)多點(diǎn)相關(guān)定位對(duì)GPS過度以來，但是全球定位系統(tǒng)（GPS）運(yùn)行中，因?yàn)楦鞣矫嬉蛩赜绊懀瑢?dǎo)致其時(shí)間系統(tǒng)運(yùn)行過程中安全性下降。與此同時(shí)北斗三號(hào)已經(jīng)完成組網(wǎng)研究，不僅服務(wù)性取得突破性進(jìn)展，同時(shí)很多技術(shù)指標(biāo)相較于GPS更加優(yōu)異。MLAT系統(tǒng)高精度定位是北斗特色，不僅授時(shí)服務(wù)更加成熟，為部隊(duì)通信提供更多服務(wù)。

2 基于北斗的高精度MLAT系統(tǒng)研究

結(jié)合在北斗的高精度定位功能，MLAT系統(tǒng)設(shè)計(jì)，具體組成包括中心站、北斗基準(zhǔn)站、遠(yuǎn)端站。其中中心站包括監(jiān)控系統(tǒng)、高精度位置處理系統(tǒng)、北斗高精度授時(shí)終端、TDOA處理服務(wù)器。中心站積極對(duì)北斗高精度授時(shí)終端進(jìn)行科學(xué)部署，在北斗衛(wèi)星基礎(chǔ)上，及時(shí)對(duì)獲取的授時(shí)信號(hào)進(jìn)行時(shí)間基準(zhǔn)分析，同時(shí)結(jié)合NTP以及1PPS等方式進(jìn)行不同授時(shí)，從而確保中心站時(shí)間能夠與各個(gè)遠(yuǎn)端站時(shí)間實(shí)現(xiàn)高精度同步[4]。遠(yuǎn)端站運(yùn)行期間，對(duì)于已經(jīng)接收到的通信應(yīng)答信號(hào)，及時(shí)對(duì)信息內(nèi)容展開TOA數(shù)據(jù)解算，隨后將解算后的數(shù)據(jù)信息及時(shí)傳輸至中心站。及時(shí)對(duì)高精度位置的信號(hào)應(yīng)答信息輸入至處理服務(wù)器中，這樣就可以將各站點(diǎn)衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)及時(shí)接收，確保高精度位置信息的及時(shí)獲取與分析。TDOA處理服務(wù)器通過高精度位置信息進(jìn)行綜合計(jì)算與處理，從而幫助部位通信實(shí)現(xiàn)高精度定位與信息數(shù)據(jù)快速處理?；诒倍返母呔萂LAT系統(tǒng)設(shè)計(jì)，具體將其劃分如下模塊。

2.1 北斗高精度授時(shí)處理模塊

北斗高精度MLAT系統(tǒng)中，中心站作為系統(tǒng)運(yùn)行的核心，需要提前做好高精度授時(shí)處理，通過高精度授時(shí)終端，第一時(shí)間將GPS衛(wèi)星信號(hào)以及北斗信號(hào)進(jìn)行接收，如此便可做到“雙星”信息備份，為北斗高精度授時(shí)處理模塊提供及時(shí)、準(zhǔn)確以及長(zhǎng)期運(yùn)行分析時(shí)標(biāo)信息。在此基礎(chǔ)上，共同完成對(duì)外授時(shí)，迅速對(duì)外部輸入源展開分析，尤其是網(wǎng)絡(luò)授時(shí)情況，由此對(duì)時(shí)間基準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)行前提下及時(shí)對(duì)外授時(shí)[5]。具體授時(shí)處理模塊中，模塊化的設(shè)計(jì)，主要以靈活插卡式為載體，在高精度授時(shí)終端的主時(shí)鐘系統(tǒng)中插入GPS時(shí)鐘板，配合北斗為提供運(yùn)行提供動(dòng)力，隨后將B碼輸入板以及網(wǎng)絡(luò)板及時(shí)插入，將時(shí)鐘的應(yīng)用功能及時(shí)擴(kuò)展。緊接著是北斗高精度授時(shí)的設(shè)計(jì)，如果在通信服務(wù)中出現(xiàn)衛(wèi)星源不可用情況，抑或者外部鐘源出現(xiàn)問題，則需要北斗高精度系統(tǒng)授時(shí)模塊，接收到相關(guān)信息后及時(shí)為系統(tǒng)運(yùn)行提供處理后的高精度時(shí)間信息資源。冗余備份主要以輸入源為主，北斗高精度授時(shí)幫助其實(shí)現(xiàn)了無損切換。不僅如此，還實(shí)現(xiàn)了“雙星”源與其他輸入源的自動(dòng)切換。如北斗與外部輸入源，或者GPS衛(wèi)星源與北斗切換。及時(shí)將需要的B碼時(shí)間信息輸入至雙系統(tǒng)中，待冗余備份完成后將時(shí)標(biāo)信息準(zhǔn)確提取，這期間不同路徑的信息是可以進(jìn)行自動(dòng)切換，并且不會(huì)對(duì)時(shí)間信息造成任何影響。

2.2 北斗高精度定位處理模塊

北斗高精度定位處理模塊，依靠北斗高精度授時(shí)系統(tǒng)地支持，結(jié)合具體功能將系統(tǒng)站點(diǎn)劃分成兩種，其一為基準(zhǔn)站；其二為監(jiān)測(cè)站。其中基準(zhǔn)站為北斗高精度定位系統(tǒng)提供運(yùn)行基準(zhǔn)，不僅為系統(tǒng)增加高精度北斗接收機(jī)，同時(shí)能夠完成通信信息與時(shí)間信息的妥善處理。監(jiān)測(cè)站相對(duì)布置范圍更廣泛，所有遠(yuǎn)端站均需要設(shè)置監(jiān)測(cè)站。通過基準(zhǔn)站以及監(jiān)測(cè)站，及時(shí)為中心站發(fā)送定時(shí)定位通信信息。以雙差結(jié)算的方法，對(duì)衛(wèi)星號(hào)、將為差以及偽距及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)差等最原始觀測(cè)值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。隨后還要進(jìn)行形變量統(tǒng)計(jì)，這期間涉及北斗衛(wèi)星星歷以及監(jiān)測(cè)點(diǎn)的精準(zhǔn)位置，在數(shù)據(jù)分析對(duì)比后，將通信系統(tǒng)中的遠(yuǎn)端站詳細(xì)位置與周圍情況等詳細(xì)了解，這樣一來就可以實(shí)現(xiàn)高精度下的水平垂直位置精度，將精度定位誤差降到最低。

2.3 高精度通信軌跡識(shí)別模塊

通信軌跡模塊主要根據(jù)北斗高精度監(jiān)控中心展開，利用地面增強(qiáng)基站為其提供的便利條件，提前對(duì)通信源確定。隨后對(duì)周圍基站坐標(biāo)以及終端設(shè)備進(jìn)行連接與監(jiān)測(cè)，確定初步軌跡范圍。北斗高精度衛(wèi)星定位基礎(chǔ)上絕對(duì)坐標(biāo)準(zhǔn)確可靠。隨后是通信期間的信息波動(dòng)情況，當(dāng)前的衛(wèi)星導(dǎo)航，不僅將北斗模式納入其中，也增加基站數(shù)量，提高基站服務(wù)質(zhì)量。提高模塊智能化設(shè)計(jì)，尤其是各種智能化設(shè)備的加入，對(duì)通信軌跡準(zhǔn)確識(shí)別，隨后轉(zhuǎn)換為語音模式，及時(shí)上傳到控制中心。通過北斗高精度MLAT系統(tǒng)中的現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列芯片，及時(shí)對(duì)通信過程所產(chǎn)生的時(shí)間信息等進(jìn)行算法處理，隨后創(chuàng)建信息分析構(gòu)架體系，將分析內(nèi)容備份并存儲(chǔ)至MLAT系統(tǒng)管理單元。因?yàn)镚PS與北斗之間能夠自由切換，所以在切換過程中信息變化等情況必須及時(shí)了解。

3 結(jié)束語

綜上所述，基于北斗高精度MLAT系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，為通信定位服務(wù)提供更多幫助。通過對(duì)設(shè)計(jì)原理的分析，對(duì)MLAT系統(tǒng)有更全面地了解，同時(shí)準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)北斗高精度相關(guān)技術(shù)。劃分不同模塊對(duì)MLAT系統(tǒng)設(shè)計(jì)加以完善，提高定位精準(zhǔn)度基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)時(shí)間信息的同步，不同模塊之間的自由切換。