地面數(shù)字電視信號定位系統(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，實現(xiàn)了惡劣環(huán)境定位操作。一般GPS超過4顆時，就可以借助數(shù)字地面電視信號改善GOOD，進而提高定位精確度。本文主要介紹了系統(tǒng)工作原理，借助計算機等先進技術(shù)實現(xiàn)了地面數(shù)字電視信號模擬和單點及多點移動定位，提高了定位精度。
關(guān)鍵詞：地面數(shù)字；電視信號；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，會受到衛(wèi)星定位個數(shù)的影響，所以必須實現(xiàn)地面數(shù)字電視信號和GPS結(jié)合的定位系統(tǒng)，利用數(shù)字電視提供的多種信號完成定位。
一、概述
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對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)字電視信號結(jié)合的定位系統(tǒng)，可以及時避免GPS定位存在的問題，實現(xiàn)了精確定位。本次主要對地面數(shù)字電視信號與GPS相結(jié)合的定位系統(tǒng)距離、如何獲得地面信號等問題進行探討，結(jié)合PN序列和接收信號等確定出幀頭位置，得到信號幀時間，然后結(jié)合地面數(shù)字電視幀和自燃時間等確定電視信號發(fā)射時間。
二、了解地面數(shù)字電視信號幀的結(jié)構(gòu)
中國地面數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)可分為信號幀、日幀、超幀和分幀四層結(jié)構(gòu)。日幀以公立日為周期，進行周期性循環(huán)，由144分幀組成，表示為24小時。在北京時間00:00:00時，日幀復(fù)位，開始新幀。超幀時間長度定義為125ms，8個超幀為一秒；分幀長度為一分鐘，由480個超幀組成，可以及時進行GPS時間校準(zhǔn)。PN序列是幀頭的主要部分，可以進行同步和信道評估。幀體由36個符號系統(tǒng)信息與3744個符號數(shù)據(jù)組成。從符號率角度分析，幀頭與幀體相同，均為7.56兆符號/秒。模式一幀頭有420個符號組成，由前同步、PN255序列和后同步組成。超幀中有225個信號幀，可以利用不同相位的PN信號作為信號幀識別符。模式二由596個符號和一個PN595序列組成。一個超幀中包含216個信號幀。每個超幀中各個信號幀幀頭均為相同PN序列。模式三與模式二類似，由945個符合組成，一個前同步、一個后同步及一個PN511序列。其中前后同步均由長度為217的符號組成。
三、分析系統(tǒng)工作原理
�。ㄒ唬┫到y(tǒng)模型分析下圖1中給出了地面數(shù)字電視信號與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，接收機主要接受來自GPS衛(wèi)星和電視塔地面數(shù)字電視信號，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，受樓層遮擋，不能看到4顆以上衛(wèi)星時，可以聯(lián)合地面數(shù)字電視信號與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)字電視信號與GPS結(jié)合的定位系統(tǒng)模型構(gòu)建實際分析時，可以將電視塔到接收機的距離理解為GPS偽距。電視塔和接收機距離，只需確定地面數(shù)字電視信號到電視塔的傳輸時間即可。本次分析時，將DTMB作為幀結(jié)構(gòu)特征，日幀在00:00:00或固定時間復(fù)位，采用幀頭相關(guān)計算得出數(shù)字電視信號幀發(fā)射時間。假設(shè)接收機請求定位時刻（t1）接收地面數(shù)字電視信號并與相應(yīng)模式中的PN序列相關(guān)，可得到最大值，進而確定出信號幀幀頭位置（a1）得到接收信號幀的時間s111attT其中sT表示符號長度（ssTf1，sf為符號率），進而確定出信號幀與電視塔發(fā)射時間為：)1(Tktt0，電視塔與接收機距離為：)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)求接收機坐標(biāo)方程即得出接收機坐標(biāo)。結(jié)合時間校準(zhǔn)，本次假設(shè)參考時刻電視塔從GPS獲得的真實時間誤差為ut，然后將GPS從衛(wèi)星獲得接收機的偽距離表示為：brctriuii，（crbi）其中，ir表示接收機到衛(wèi)星的真實距離，i=1,2,3，…第i個衛(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┯嬎惴抡�。結(jié)合衛(wèi)星跟蹤可以得到某時刻精確坐標(biāo)，將上空衛(wèi)星數(shù)量確定為6顆，然后計算衛(wèi)生到定點的距離，仿真計算時，可以利用隨機數(shù)方法模擬衛(wèi)星到定位點的偽距離，然后再計算GDDP。之后實現(xiàn)電視塔和GPS同步，計算GDDP，并與衛(wèi)星GDDP進行比較。從實際數(shù)據(jù)分析可知，地面數(shù)字電視信號定位聯(lián)合GPS可改善幾何分布，提高了定位精確度，實際應(yīng)用效果較理想。
五、結(jié)束語
本次研究主要對地面數(shù)字電視信號與GPS結(jié)合系統(tǒng)在復(fù)雜情況下的應(yīng)用進行分析。在科學(xué)技術(shù)的帶動下，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)字電視信號與GPS結(jié)合的方式得到精確定位，不斷擴展覆蓋范圍，解決GPS應(yīng)用中存在的問題，充分發(fā)揮定位系統(tǒng)的價值。
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作者簡介：張必成，國家新聞出版廣電總局北京地球站，助理工程師。
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