地面數(shù)字電視信號(hào)定位系統(tǒng)的應(yīng)用研究分析論文
摘要：一般情況下，GPS衛(wèi)星少于4顆無法定位。地面數(shù)字電視信號(hào)與GPS結(jié)合的定位系統(tǒng)是一種利用借助地面數(shù)字電視信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了惡劣環(huán)境定位操作。一般GPS超過4顆時(shí)，就可以借助數(shù)字地面電視信號(hào)改善GOOD，進(jìn)而提高定位精確度。本文主要介紹了系統(tǒng)工作原理，借助計(jì)算機(jī)等先進(jìn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了地面數(shù)字電視信號(hào)模擬和單點(diǎn)及多點(diǎn)移動(dòng)定位，提高了定位精度。
關(guān)鍵詞：地面數(shù)字；電視信號(hào)；GPS定位系統(tǒng)
GPS是一種應(yīng)用較廣的定位系統(tǒng)，可以在全球范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)定位，方便了人們的日常工作。但是其具有抗干擾能力差和接受功率低下等缺陷，尤其在惡劣環(huán)境下，會(huì)受到衛(wèi)星定位個(gè)數(shù)的影響，所以必須實(shí)現(xiàn)地面數(shù)字電視信號(hào)和GPS結(jié)合的定位系統(tǒng)，利用數(shù)字電視提供的多種信號(hào)完成定位。
一、概述
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)GPS系統(tǒng)也提出了較高要求。但是由于其接受功率低，而且抗干擾能力差，影響了GPS的發(fā)展。由于地面信號(hào)的功率較高，而且電視塔位置恒定，已經(jīng)成為定位的理想選擇。GPS與地面數(shù)字電視信號(hào)結(jié)合的定位系統(tǒng)，可以及時(shí)避免GPS定位存在的問題，實(shí)現(xiàn)了精確定位。本次主要對(duì)地面數(shù)字電視信號(hào)與GPS相結(jié)合的定位系統(tǒng)距離、如何獲得地面信號(hào)等問題進(jìn)行探討，結(jié)合PN序列和接收信號(hào)等確定出幀頭位置，得到信號(hào)幀時(shí)間，然后結(jié)合地面數(shù)字電視幀和自燃時(shí)間等確定電視信號(hào)發(fā)射時(shí)間。
二、了解地面數(shù)字電視信號(hào)幀的結(jié)構(gòu)
中國(guó)地面數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)可分為信號(hào)幀、日幀、超幀和分幀四層結(jié)構(gòu)。日幀以公立日為周期，進(jìn)行周期性循環(huán)，由144分幀組成，表示為24小時(shí)。在北京時(shí)間00:00:00時(shí)，日幀復(fù)位，開始新幀。超幀時(shí)間長(zhǎng)度定義為125ms，8個(gè)超幀為一秒；分幀長(zhǎng)度為一分鐘，由480個(gè)超幀組成，可以及時(shí)進(jìn)行GPS時(shí)間校準(zhǔn)。PN序列是幀頭的主要部分，可以進(jìn)行同步和信道評(píng)估。幀體由36個(gè)符號(hào)系統(tǒng)信息與3744個(gè)符號(hào)數(shù)據(jù)組成。從符號(hào)率角度分析，幀頭與幀體相同，均為7.56兆符號(hào)/秒。模式一幀頭有420個(gè)符號(hào)組成，由前同步、PN255序列和后同步組成。超幀中有225個(gè)信號(hào)幀，可以利用不同相位的PN信號(hào)作為信號(hào)幀識(shí)別符。模式二由596個(gè)符號(hào)和一個(gè)PN595序列組成。一個(gè)超幀中包含216個(gè)信號(hào)幀。每個(gè)超幀中各個(gè)信號(hào)幀幀頭均為相同PN序列。模式三與模式二類似，由945個(gè)符合組成，一個(gè)前同步、一個(gè)后同步及一個(gè)PN511序列。其中前后同步均由長(zhǎng)度為217的符號(hào)組成。
三、分析系統(tǒng)工作原理
（一）系統(tǒng)模型分析下圖1中給出了地面數(shù)字電視信號(hào)與GPS組合定位系統(tǒng)模型。用戶在A位置上可看到4顆或以上衛(wèi)星，接收機(jī)主要接受來自GPS衛(wèi)星和電視塔地面數(shù)字電視信號(hào)，電視塔主要輔佐衛(wèi)星方位，提高了定位精確度。但用戶站在B位置時(shí)，受樓層遮擋，不能看到4顆以上衛(wèi)星時(shí)，可以聯(lián)合地面數(shù)字電視信號(hào)與GPS完成定位，提升GPS定位精度，解決GPS定位問題。圖1地面數(shù)字電視信號(hào)與GPS結(jié)合的定位系統(tǒng)模型構(gòu)建實(shí)際分析時(shí)，可以將電視塔到接收機(jī)的距離理解為GPS偽距。電視塔和接收機(jī)距離，只需確定地面數(shù)字電視信號(hào)到電視塔的傳輸時(shí)間即可。本次分析時(shí)，將DTMB作為幀結(jié)構(gòu)特征，日幀在00:00:00或固定時(shí)間復(fù)位，采用幀頭相關(guān)計(jì)算得出數(shù)字電視信號(hào)幀發(fā)射時(shí)間。假設(shè)接收機(jī)請(qǐng)求定位時(shí)刻（t1）接收地面數(shù)字電視信號(hào)并與相應(yīng)模式中的PN序列相關(guān)，可得到最大值，進(jìn)而確定出信號(hào)幀幀頭位置（a1）得到接收信號(hào)幀的時(shí)間s111attT其中sT表示符號(hào)長(zhǎng)度（ssTf1，sf為符號(hào)率），進(jìn)而確定出信號(hào)幀與電視塔發(fā)射時(shí)間為：)1(Tktt0，電視塔與接收機(jī)距離為：)t(ctl010，c表示光速，采用GPS得到衛(wèi)星坐標(biāo)、衛(wèi)星與節(jié)后及偽距離后、節(jié)后及與電視塔及電視塔坐標(biāo)后，借助傳統(tǒng)求接收機(jī)坐標(biāo)方程即得出接收機(jī)坐標(biāo)。結(jié)合時(shí)間校準(zhǔn)，本次假設(shè)參考時(shí)刻電視塔從GPS獲得的真實(shí)時(shí)間誤差為ut，然后將GPS從衛(wèi)星獲得接收機(jī)的偽距離表示為：brctriuii，（crbi）其中，ir表示接收機(jī)到衛(wèi)星的真實(shí)距離，i=1,2,3，…第i個(gè)衛(wèi)星。
四、探討仿真結(jié)果
結(jié)合相關(guān)資料得知，GPS衛(wèi)星水量超過4顆或大于4顆的`開闊區(qū)域?qū)嵤┯?jì)算仿真。結(jié)合衛(wèi)星跟蹤可以得到某時(shí)刻精確坐標(biāo)，將上空衛(wèi)星數(shù)量確定為6顆，然后計(jì)算衛(wèi)生到定點(diǎn)的距離，仿真計(jì)算時(shí)，可以利用隨機(jī)數(shù)方法模擬衛(wèi)星到定位點(diǎn)的偽距離，然后再計(jì)算GDDP。之后實(shí)現(xiàn)電視塔和GPS同步，計(jì)算GDDP，并與衛(wèi)星GDDP進(jìn)行比較。從實(shí)際數(shù)據(jù)分析可知，地面數(shù)字電視信號(hào)定位聯(lián)合GPS可改善幾何分布，提高了定位精確度，實(shí)際應(yīng)用效果較理想。
五、結(jié)束語
本次研究主要對(duì)地面數(shù)字電視信號(hào)與GPS結(jié)合系統(tǒng)在復(fù)雜情況下的應(yīng)用進(jìn)行分析。在科學(xué)技術(shù)的帶動(dòng)下，數(shù)字電視技術(shù)、電視塔和單頻網(wǎng)已經(jīng)取得了新的發(fā)展，可以利用地面數(shù)字電視信號(hào)與GPS結(jié)合的方式得到精確定位，不斷擴(kuò)展覆蓋范圍，解決GPS應(yīng)用中存在的問題，充分發(fā)揮定位系統(tǒng)的價(jià)值。
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作者簡(jiǎn)介：張必成，國(guó)家新聞出版廣電總局北京地球站，助理工程師。
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