GPS旗子暗记根本上塔型室内定位系统设计研究-片头模版

关键词： GPS 伪卫星定位导航室内定位

GPS是GlobalPositioningSystem（环球定位系统）的简称，紧张运用于平面定位导航模式，由环球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星组成。
但是受景象、建筑物、噪声等成分的滋扰，GPS旗子暗记在传输过程中常常会发生一些不可控的偏差，精度也受到影响[1,2,3]。
在大部分城市楼房建筑内，GPS旗子暗记很难在室内进行分布扩散，强度也会大大减弱，乃至消逝。
目前市场上的多数导航软件均是基于GPS旗子暗记进行定位的，但是现有的GPS定位装置只能用于室外定位，比如常见的车载导航[4,5,6]。

传统的GPS伪卫星定位方法办理了部分室内设备无法吸收卫星导航旗子暗记的问题[7,8,9]。
这类系统多数是基于差分GPS定位方法，紧张包括一个位置已知的固定监测站，它实时吸收GPS旗子暗记并确定出伪距偏差，把此偏差作为“改正数”供应给用户，然后用户通过智能设备将此伪距差改动，从而得到测得的伪距，这样采取适当的设备就能使监测站附近几百公里范围内的定位精度提高到5m旁边[10,11]。
但是，其用户接口少、设置空间小，在室底细况下导航卫星旗子暗记失落效时每每无法进行单独组网定位。
因此，目前来讲，还没有与伪卫星技能结合的很好的室内定位设备。

1、塔型室内定位赞助装置的外不雅观设计

基于GPS旗子暗记的塔型室内定位赞助装置紧张包括塔形仪器箱和三角形稳定支架，个中塔形仪器箱由GPS旗子暗记吸收机、旗子暗记处理主机、伪卫星赞助纠正装置及旗子暗记发射机组成。
如图1所示，其干系参数如图2所示。

图1塔型室内定位赞助装置外不雅观图

1-塔形仪器箱；2-GPS旗子暗记吸收机；3-旗子暗记发射机；4-旗子暗记处理主机；5-伪卫星赞助纠正装置；6-外置主控屏幕；7-三角形稳定支架

图2塔型室内定位赞助装置俯视图

个中，GPS旗子暗记吸收机包括主反射器、副反射器和辐射源。
主反射器为旋转抛物面，副反射器为旋转双曲面，旋转双曲面的一个焦点与抛物面的焦点重合，双曲面的焦轴与抛物面的焦轴重合。
辐射源及馈源位于第一圆柱体连接体内部，辐射源是由副反射器对辐射源发出的电磁波进行的一次反射，将电磁波反射到主反射器上，然后再经主反射器反射后得到相应方向的平面波波束，实现定向发射。

旗子暗记处理主机包括变频器、旗子暗记通道、存储器、电源、主控屏幕等。
伪卫星赞助纠正装置包括伪卫星单元、纠正单元与赞助装置等。
旗子暗记发射机包括发射单元、旗子暗记剖析装置以及智能设备接口第一通孔，发射单元设置在旗子暗记发射机的内置圆柱体内，旗子暗记剖析装置设置在旗子暗记发射器的内置长方体内。

2、系统事情事理

2.1总体事情事理

塔型室内定位赞助装置在事情时，首先是GPS旗子暗记吸收机在室外吸收卫星发射的GPS旗子暗记，并将旗子暗记传入第一放大单元进行放大，将极微弱的电磁波旗子暗记转化为相应的电流旗子暗记。
然后经处理主机单元对放大的旗子暗记进行综合处理，并与伪定点基站赞助装置进行数据交互，同时对旗子暗记进行抗滋扰、跳频处理等。
末了，再经第二放大单元，将旗子暗记进行解调、发射和扩散，系统事情事理简图如图3所示。

图3系统事情事理简图

2.2旗子暗记吸收

GPS旗子暗记吸收机位于室外，紧张包括天线、吸收主机和电源等。
天线主体为卡塞格伦反射面天线，主反射器为抛物锥面，副反射器为双曲锥面。
馈源为后置馈源，能够缩短馈线长度，减少传输线带来的噪声。
前置放大器和后置馈源一同密封安装，天线与前置放大器密封为一体，以保障其正常事情，减少旗子暗记丢失。
卡塞格伦反射面天线的离心率越小，放大率越大，在此选择放大率M>3。
吸收主机紧张包括变频器、中频吸收放大器、旗子暗记通道、存储器、微处理器和显示器等。
其紧张实现对旗子暗记变频、解扩、解调，以得到相应的导航电文。
个中吸收机主机中的变频器和中频放大器能使吸收机通道得到稳定的高增益，并且使L频段的射频旗子暗记变成低频旗子暗记。

2.3旗子暗记处理

在处理吸收机输出的低频旗子暗记时，利用C/A码发生器和P码发生器完成对低频旗子暗记解扩与解调处理，得到多组导航电文D码伪码丈量数据、载波相位丈量数据等[12,13,14,15]。
并实时打算出GPS旗子暗记从卫星到吸收天线的韶光，以及监测站的三维位置、三维速率和韶光等。
并将上述数据存入GPS吸收机主机的存储器中，同时将处理后的数据显示在显示屏，实现对数据的不雅观察和掌握。
处理主机单元对经由一次放大的旗子暗记进行综合处理，并与伪定点基站赞助装置进行数据交互，二者组成一个伪卫星纠正系统。
个中，伪定点基站赞助装置具有3个伪基准站点，相互之间角度差为120°，以处理主机单元为中央，环绕其周围均匀分布。
伪基准站点与处理主机单元之间的直线间隔可调度，最大伸缩长度为5米，且可绕中央放置，以此来捕获不同点位的旗子暗记，从而实现对GPS旗子暗记的丈量与纠正。

2.3.1跳频处理

在跳频处理单元，采取稠浊扩频技能，即直序扩频、跳频扩频、跳时扩频及线性调制等。
紧张利用直序扩频技能和跳频扩频技能。
对付直序扩频技能，同步的数据旗子暗记可能是比特或是二进制信道编码符号，以模2加的运算办法形成码片，然后再进行相移调制。
收到的单用户扩频旗子暗记可以表示为：

个中，m(t）是数据序列；p(t）是PN（伪噪声序列）扩频序列。

数字信息与二进制伪码序列进行模2相加运算后，离散地掌握射频载波振荡器的输出频率，使发射旗子暗记的频率随伪码的变革而跳变，在传输至吸收单元的过程中，假设吸收单元已经达到同步，吸收到的旗子暗记通过宽带滤波器，然后与本地产生的PN序列p(t）相乘。
经乘法运算得到解扩旗子暗记：

由于S1(t）是BPSK((BinaryPhaseShiftKeying，即二进制相移键控）旗子暗记，相应地可以解调出数据序列m(t），从而通过扩频来增强系统的抗滋扰能力。

2.3.2GPS精度因子处理

GPS精度因子紧张分为位置精度因子（PDOP）、钟差精度因子（TDOP）和几何精度因子（GDOP），三者的关系为：

对以上编码进行解算并提高其灵敏度，提高实灵敏度的关键是在第一级的LNA（低噪声放大器）和输入匹配电路的设计，为此把吸收到的旗子暗记功率再细化的分为几个部分：

可得实际上对系统有效解码的旗子暗记是Psig＿LNA，因此提高灵敏度的路子为：降落从天线旗子暗记功率的衰减因子，降落LNA输入系统的反射功率。

因此，处理主机单元与伪定点基站赞助装置的多个伪基准站点进行数据交互时，形成新的伪卫星纠正系统，由于新的系统呈分布式，且有多个伪基准站点（3个）。
因此，天生新的GPS旗子暗记过程中，减小了从天线旗子暗记功率的衰减因子，降落了LNA输入系统的反射功率。

2.4旗子暗记发射

在旗子暗记通过发射机进行发射与扩散时，要担保其不影响室内固有设备的性能，通过Lambert-Beer定律，可行旗子暗记穿透深度为：

个中，I0/It称为透光率；c为吸光物质的浓度，单位为mol/L;b为接管层厚度；K为摩尔吸光系数，指波长一定时，溶液的浓度为1mol/L，光程为1cm时的吸光度值。
它与接管物质的性子及入射光的波长λ有关，实验表明，光的波长不同，其吸光系数也不同。
对付无线电旗子暗记来讲，波长越小，吸光系数越大。
因此，随着旗子暗记波长的减小（即更高频的旗子暗记），其衰减常数变得更大，并且穿透深度减小。
以是我们通过降落旗子暗记的频率，增加了旗子暗记的波长，从而使旗子暗记的穿透能力提升，进而实现GPS旗子暗记在室内的传输与扩散分布。

3、结语

在完成系统设计的根本上，我们利用实体设备搭建了大略单纯系统，并利用现在GPS终端在室内进行了丈量，在6层以下建筑物内，旗子暗记基本可以在室内扩散分布，达到与室内同等定位精度。
但是在高层建筑内（7层以上），目前的设备旗子暗记还不足稳定，不能够实现旗子暗记在室内的扩散分布，下步须要对该系统装置进一步改进完善，提高其旗子暗记放大和穿透性能，真正实现室闺阁外同步定位。