地基伪卫星系统多址测距误差的校正算法

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1、中国空间科学技术—C—h—i—neseSpaceScienceandTechnology2015年10月第5期地基伪卫星系统多址测距误差的校正算法何成龙蔚保国(中国电子科技集团公司第五十四研究所，石家庄050081)摘要相对于卫星导航，地基伪卫星与接收机距离较近，测距中不涉及电离层传播等误差，易实现高精度测距和定位。但由于地基伪卫星位置固定，在信号连续发射模式下伪卫星信号间的多址干扰(MAI)会引起相对恒定的测距误差，针对地基伪卫星系统这一特点，提出一种基于反馈串行干扰抵消(SIC)的测距算法。首先对全部伪卫星信号进行捕获跟踪和功率估计，然后通

2、过串行干扰抵消算法降低强功率伪卫星信号对期望测距信号的干扰，通过反馈模式进一步提高干扰抵消算法的性能。仿真结果表明，该方法可有效改善地基伪卫星系统强远近效应区域内的测距性能，不考虑其他误差下在强远近效应区域内基于码环可将伪卫星测距性能从10m以上降低到约0．3m。关键词多址干扰；测距精度；反馈校正；串行干扰抵消；地基伪卫星；导航DOI：10．3780／j．issn．1000—758X．2015．05．0021引言地基伪卫星系统是基于地面固定设备发送类似导航卫星信号来提高导航系统在特定区域的可见性和几何分布，以此来增强卫星导航系统的可用性和性能[

3、1‘6]。由于星地时间同步精度有限[1。2]，在增强应用中定位精度通常在10～20Ill。数个地基伪卫星亦可作为独立的导航系统实现定位。由于伪卫星间的时间同步相对易达到纳秒至皮秒级精度，且不涉及电离层延迟和轨道误差，伪卫星系统具有相对较优的信号传输环境，在不依赖差分技术下易于实现高精度定位。近年来，针对高精度伪卫星系统的研究得到了极大关注，但由于接收机相对伪卫星距离变化大，伪卫星信号间的多址干扰(Multi—AccessInterference，MAI)影响将导致严重的远近效应[7。8]，特别是地基伪卫星系统中，由于伪卫星与静态接收机的相对距离

4、恒定，多址干扰成为影响测距性能的主要因素之一。针对伪卫星远近效应的影响，文献[9—11]研究了伪卫星脉冲调制方法和用于接收机处理的脉冲消隐技术，提高了伪卫星系统与卫星导航系统的兼容性，但并未涉及伪卫星信号问多址干扰对测距影响的分析和改善方法；文献[12—13]提出伪卫星采用跳时扩频信号体制来避免接收机在同时刻接收多个伪卫星信号，从而降低多址干扰的影响，并在相关产品的测试中达到了“厘米”级定位性能；文献[-14]分析了时分扩频信号体制下带宽、容量、跳时样式等参数间的关系和设计方法。然而在多伪卫星系统中，时分扩频信号需要伪卫星具有较高的伪码发送速率

5、，但其与具有窄带射频前端的民用接收机并不兼容，难以适用于面向大众应用的地基伪卫星导航系统。针对连续信号发射模式的地基伪卫星系统，本文研究了伪卫星信号间多址干扰对测距的影响及其区域分布特点，并针对接收机处理提出一种基于反馈串行干扰抵消算法降低多址干扰对测距影响的方法，进而提高伪卫星定位精度。国家高技术研究发展计划(2012AAl21801)资助项目收穰日期：201504—28。收修改稿日期：201506—302015年10月中国空间科学技术2地基伪卫星多址干扰对测距的影响在由扎个地基伪卫星组成的独立定位系统中，接收机接收信号可表示为∞。6]r(￡

6、)一∑s：(≠)+e一∑P，(￡)d。(f)户：(t)cos(2nf。t+仍)+￡(1)i=ll=1式中S，(f)为接收到的第i个伪卫星的信号；P。(￡)为信号瞬时接收功率；d。(￡)与P，(￡)为接收信号的电文与伪码；f。与9。为信号的接收频率与0时刻的接收载波相位；e为热噪声。若基于i一1的伪卫星信号与接收信号进行相关处理，相关结果为。■R(r)一∑P：(f)d：(￡)R1：(f～r)cos(2nf：t+似)cos[-2nfo(￡一r)+伽]+￡(2)i=l式中R，。(￡)表示与第i个伪卫星信号的相关值；r为期望信号相对本地信号延迟；f。和

7、‰为本地信号频率和载波初相。由于地基伪卫星处于静止状态，在静态定位及低动态定位下接收信号多普勒差异低，即f。一厂，_．．·一厂。一厂。若地基伪卫星发射功率为卢。，接收天线对各信号增益G相同，基于信号传播距离z，，接收机相关结果可以矩阵形式表示为R(r)一(diag(R。。。×K7))T×P。h。一R。。(一t)吼(-譬cl川＼c／i民(L学Jt)R11(0)叫学cl、t)＼c／；嘶学、t)×k11一k1k21一k2k。1一k。×枷。sIF0--％协小+争)]dzPzc。s[伽一Pz+2丌厂(r+鲁)]id。P。c。s[铷一仍+2兀厂(r+争)]

8、(3)式中矩阵R。。。表示与相关过程中关于码的计算；矩阵Ppha表示与相关过程中关于相位的计算；z：为第i个伪卫星信号的传播距离；c为光速；T。为伪码