探究基于北斗的高精度MLAT系统设计

2020-12-04丁作亚

数字通信世界 2020年11期

丁作亚

（中国人民解放军91033部队，山东青岛 266000）

基于北斗的高精度MLAT系统设计研究，主要因为现代化定位技术发展需求增加，传统多点相关定位技术对GPS技术过度依赖，整体的安全性与精度得不到保证。在这种情况下必须从高精度角度进行深入科学设计。MLAT系统本身具有成本低以及容错性理想的优势，在很多定位中均有需要。结合传统系统情况融入高精度授时技术，经过系统数据收集以及综合处理，准确确定目标位置，有效改善传统定位技术中目标无法识别或者定位不精准等问题。

1 MLAT系统设计原理剖析

对于部队通信来讲，安全、可靠、稳定都是不可缺的定位元素。MLAT系统（多点相关定位）设计中，主要通过到达时间差位技术为基础，及时分析测试目标运行期间所给出的信号，并且统计其传输至不同地点的时间，通过对时间差的计算，确定通信目标具体三维位置，随后进行身份与其他信息分析，实现同步时多方位定位监测[1]。MLAT技术在已有定位技术基础上增加远端接收站数量，并且选择多点接收处理模式，及时对控制区域进行应答信号检测，将受到的信息解码处理后上传到中心处理站，随后确定具体坐标定位[2]。

MLAT系统设计期间，通过接收站为载体，及时对通信应答信号进行接收处理，随后根据站点详细位置对信息接收所产生的时间差进行计算，与此同时在相同平面条件下，对通信系统的三维信息进行计算，具体计算公式如下：

计算公式中包括经度x；纬度y；高程z；光速c；m站（经度xm；纬度ym；高程zm）；n站应答时间tn；m站应答时间tm。

从上述内容可以发现，MLAT系统定位三维数据在主要通过站点位置、时间精度为主。其一根据通信应答机运行期间的时间情况，不同通信站点分别接收到参考信号，MLAT系统利用解算的方式将不同站点参考信号接收的时间差异进行计算与调整，由此做到时间统一。其二结合部队通信特点，在GNSS共视基础上实现信息传输同步。通过不同站点对时间数据迅速接收，随后对TOA数据进行测算，整理好相关信息资料后及时传输到数据处理中心站，随后对TDOA进行综合计算，由此做到时间同步。其三是利用原子钟的方式实现时间同步。由中心站点为核心，通过高精度原子钟及时将中心时间相关信号进行获取，随后由NTP协议及时对时间服务进行发布，随后时间信息在局域网中实现同步。

上述时间同步方法的应用，都需要依靠电缆完成。但是在实际应用中经常会受到天线传输时延或者电缆时延等影响，加上电离层对信息传输的干扰，以及复杂电磁环境下原子钟运行稳定受到威胁，出现异常抖动现象等，都会对时间同步造成影响[3]。在此基础上MLAT系统针对其中的薄弱环节积极完善，将地质以及震动、电磁干扰等影响降到最低，缩小时间信息动态范围，从而改善误差大的不足。

以上述内容为基础，我国积极对北斗卫星定位导航系统进行深入研究，并且在自主研发的同时，打造了全球卫星导航独立运行系统，不仅能够提供通信服务，同时在定位、导航以及授时等方面均有突出成就。当前部队通信中，针对多点相关定位对GPS过度以来，但是全球定位系统（GPS）运行中，因为各方面因素影响，导致其时间系统运行过程中安全性下降。与此同时北斗三号已经完成组网研究，不仅服务性取得突破性进展，同时很多技术指标相较于GPS更加优异。MLAT系统高精度定位是北斗特色，不仅授时服务更加成熟，为部队通信提供更多服务。

2 基于北斗的高精度MLAT系统研究

结合在北斗的高精度定位功能，MLAT系统设计，具体组成包括中心站、北斗基准站、远端站。其中中心站包括监控系统、高精度位置处理系统、北斗高精度授时终端、TDOA处理服务器。中心站积极对北斗高精度授时终端进行科学部署，在北斗卫星基础上，及时对获取的授时信号进行时间基准分析，同时结合NTP以及1PPS等方式进行不同授时，从而确保中心站时间能够与各个远端站时间实现高精度同步[4]。远端站运行期间，对于已经接收到的通信应答信号，及时对信息内容展开TOA数据解算，随后将解算后的数据信息及时传输至中心站。及时对高精度位置的信号应答信息输入至处理服务器中，这样就可以将各站点卫星定位数据及时接收，确保高精度位置信息的及时获取与分析。TDOA处理服务器通过高精度位置信息进行综合计算与处理，从而帮助部位通信实现高精度定位与信息数据快速处理。基于北斗的高精度MLAT系统设计，具体将其划分如下模块。

2.1 北斗高精度授时处理模块

北斗高精度MLAT系统中，中心站作为系统运行的核心，需要提前做好高精度授时处理，通过高精度授时终端，第一时间将GPS卫星信号以及北斗信号进行接收，如此便可做到“双星”信息备份，为北斗高精度授时处理模块提供及时、准确以及长期运行分析时标信息。在此基础上，共同完成对外授时，迅速对外部输入源展开分析，尤其是网络授时情况，由此对时间基准进行调整，实现同步运行前提下及时对外授时[5]。具体授时处理模块中，模块化的设计，主要以灵活插卡式为载体，在高精度授时终端的主时钟系统中插入GPS时钟板，配合北斗为提供运行提供动力，随后将B码输入板以及网络板及时插入，将时钟的应用功能及时扩展。紧接着是北斗高精度授时的设计，如果在通信服务中出现卫星源不可用情况，抑或者外部钟源出现问题，则需要北斗高精度系统授时模块，接收到相关信息后及时为系统运行提供处理后的高精度时间信息资源。冗余备份主要以输入源为主，北斗高精度授时帮助其实现了无损切换。不仅如此，还实现了“双星”源与其他输入源的自动切换。如北斗与外部输入源，或者GPS卫星源与北斗切换。及时将需要的B码时间信息输入至双系统中，待冗余备份完成后将时标信息准确提取，这期间不同路径的信息是可以进行自动切换，并且不会对时间信息造成任何影响。

2.2 北斗高精度定位处理模块

北斗高精度定位处理模块，依靠北斗高精度授时系统地支持，结合具体功能将系统站点划分成两种，其一为基准站；其二为监测站。其中基准站为北斗高精度定位系统提供运行基准，不仅为系统增加高精度北斗接收机，同时能够完成通信信息与时间信息的妥善处理。监测站相对布置范围更广泛，所有远端站均需要设置监测站。通过基准站以及监测站，及时为中心站发送定时定位通信信息。以双差结算的方法，对卫星号、将为差以及伪距及相关标准差等最原始观测值进行统计。随后还要进行形变量统计，这期间涉及北斗卫星星历以及监测点的精准位置，在数据分析对比后，将通信系统中的远端站详细位置与周围情况等详细了解，这样一来就可以实现高精度下的水平垂直位置精度，将精度定位误差降到最低。

2.3 高精度通信轨迹识别模块

通信轨迹模块主要根据北斗高精度监控中心展开，利用地面增强基站为其提供的便利条件，提前对通信源确定。随后对周围基站坐标以及终端设备进行连接与监测，确定初步轨迹范围。北斗高精度卫星定位基础上绝对坐标准确可靠。随后是通信期间的信息波动情况，当前的卫星导航，不仅将北斗模式纳入其中，也增加基站数量，提高基站服务质量。提高模块智能化设计，尤其是各种智能化设备的加入，对通信轨迹准确识别，随后转换为语音模式，及时上传到控制中心。通过北斗高精度MLAT系统中的现场可编程逻辑门阵列芯片，及时对通信过程所产生的时间信息等进行算法处理，随后创建信息分析构架体系，将分析内容备份并存储至MLAT系统管理单元。因为GPS与北斗之间能够自由切换，所以在切换过程中信息变化等情况必须及时了解。