罗兰差分技术分析与研究

杨哲

【摘 要】近年来随着信息技术在军事中的广泛应用，国际上各种电子干扰装备正在不断发展，全球卫星定位系统的脆弱性也逐渐暴露出来，因而罗兰系统作为最佳补充和备份手段就显得尤为重要。本文针对罗兰系统精度低的问题，通过对系统误差分析，利用差分技术分析研究误差修正可行性，从而实现高精度罗兰系统导航定位授时。

【关键词】罗兰;差分;误差修正

中图分类号： P228.4文献标识码： A文章编号： 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

罗兰系统属于陆基、低频、脉冲相位导航体制，其工作载频为100KHz。其一个台链系统由至少3个发射台组成，其中一个发射台为主台，其余为副台[1]。系统脉冲信号以脉冲组的形式发射，主副台间使用不同的脉冲相位编码，不同台链间选取不同的脉冲组重复周期。低频的地波信号实现了传播过程中较小的衰减，稳定的相位幅度，是罗兰系统能获得远距离导航定位的保证。目前，罗兰系统已经实现最大海上作用距离900—1300海里，信号可利用性优于99%，全球包括我国也都在沿海区域建立了大量罗兰系统发射机。

1 罗兰系统定位误差分析

罗兰系统工作中影响用户定位精度的因素主要包括系统同步误差、电波传播误差、用户接收机测量误差等。

罗兰系统的发射方式为主台发射脉冲信号，副台在固定延迟之后同步发射脉冲信号，主台与副台之间发射的不同步导致的误差称之为系统同步误差。

罗兰系统电波传播误差是指脉冲信号从发射天线传播至接收设备过程中产生的误差。脉冲信号虽具有极强的抗干扰性，并沿地表传播，电波传播误差研究过程中，一般用附加二次相位因子（ASF）来等效电波传播误差[2]。

罗兰用户接收机测量误差是指用户接收机在测量过程中所带来的误差，该误差与接收点的信号场强和信噪比等因素有关，随着用户距离发射台的距离增加，测量误差会逐渐增加。

用户定位误差可表示为系统同步误差、电波传播修正误差、用户接收测量误差的合成结果乘以几何因子。目前，系统同步精度可以达到几十纳秒，但是电波传播误差（ASF）相对要大得多，这是导致用户定位精度不高的主要原因。ASF包括固定部分和随时间变化部分[3]。固定部分与传播路径上导电率和地形等有关，在ASF中占主要地位，一般通过事先测量并结合模型获得ASF，构建ASF数据库，由用户设备保存使用。变化部分即可通过差分的方式，由用户设备实时接收差分修正量，从而减少电波传播等因素对用户授时、定位的误差影响。

2 罗兰差分系统分析

2.1 罗兰差分系统组成

罗兰差分系统主要由差分站、通信鏈路、罗兰发射台、罗兰接收机等部分组成。

罗兰差分系统中，罗兰差分站主要接收发射台脉冲信号，处理生成差分修正量信息。差分站主要设备包括差分监测接收机、铷钟、时间比对设备、差分处理设备等。通信链路主要功能是将差分站生成的修正量信息实时传输至发射台，其可利用互联网、电话网或其他通信手段实现。发射台主要功能是将传回的差分修正量信息编码并通过罗兰脉冲信号发波至用户。用户设备作为终端，接收罗兰脉冲信号，并提取所在差分区域内的修正量信息，对自身测量数据进行修正，得到精确的定位、授时信息。

2.2 罗兰差分系统工作原理

罗兰差分系统基于罗兰脉冲信号在局部区域内传播具有一定相关性的特点，在差分区域内建立定点差分站，对罗兰脉冲信号传播误差进行实时监测，并将实时监测值经相关计算处理后，作为差分修正量广播给相应差分区域内的接收设备，罗兰用户根据差分修正量信息对授时、定位结果进行一定修正，从而得到更为准确的用户信息。

罗兰接收设备正常工作中，接收罗兰脉冲信息，通过对脉冲信息解调以及解码，即可获得罗兰授时信息，时间对比设备对比得到罗兰时间与标准时间的偏差，即为ASF实测值。同时根据定位差分站位置已测得的ASF数据库数值，计算处理可得差分修正量。

罗兰发射台实时通过公用网或专用光缆接收各地罗兰差分修正量信息，通过电文生成单元对差分修正量信息进行编码处理，最终由调制控制单元，将差分电文加载到罗兰脉冲信号上，由天线广播至用户。罗兰用户接收罗兰脉冲信号，对罗兰信号进行解调和解码，根据所在差分区域提取相对应差分修正量信息，并对接收机测量信息进行修正，從而实现用户高精度定位与授时。

3 系统差分性能仿真验证

选取同地两台罗兰接收机A、B，同时接收C发射台脉冲信号，由于两台接收设备处于同地，因而ASF固定部分可视为相同。A、B两台接收机接收C台信号解码输出1PPS秒脉冲信号，并将两路秒脉冲信号分别与GNSS接收机输出秒脉冲信号比对，分别记录得到12小时数据。利用A接收机与GNSS比对数据，以5分钟为一个周期，计算相关差分修正量，并对下一周期内的B接收机与GNSS接收机比对数据进行修正，统计修正后误差量。

本文针对差分修正量的生成，采用直接取平均值、一次线性拟合、二次线性拟合、滑动平均、低通滤波、卡尔曼滤波等6种方法处理生成差分数据。B接收机与GNSS比对数据修正后误差统计结果见表1。

通过数据对比分析，可知直接取平均值、一次线性拟合和二次线性拟合的方法所得修正精度相当，相比滑动取平均值、卡尔曼滤波和低通滤波的方法，前三种方法不能有效去除数据中干扰噪声对观测值的影响，因而精度较差，同时，后三种方法所得精度也大体相当，没有较大的区别，因而在生成差分数据的过程中，取滑动平均、卡尔曼滤波和低通滤波三种方法中的一种都可以得到较为理想的差分修正量值，且修正后精度满足需求。

4 结束语

随着现代战场越来越复杂的电磁环境，罗兰系统作为导航、授时的重要备份手段显得更为重要。罗兰系统中最主要的电波传播误差，可利用差分的方法，得到有效的解决。并通过实测数据仿真以及对不同差分修正量生成方法的比较分析，初步验证了罗兰系统差分技术的可用性。

【参考文献】

[1]胡安平，龚涛.增强罗兰导航技术的研究现状和进展[J].现代导航，2016（01）：74-78.

[2]刘辛涛，胡安平.长波导航系统拓展应用研究[J].现代导航，2013，4（2）：116-119.

[3]袁大天，陈亮，李太平.罗兰C系统试飞中的ASF修正方法分析[J].现代电子技术，2015，38（13）：160-162.