基于数字广播电视信号的无线电组合定位方法技术

基于数字广播电视信号的无线电组合定位导航方法是一种将ＤＴＶ的地面和卫星广播信号相融合以提高定位性能的空间－地面组合定位导航方法。通过接收多个空间坐标已知的民用数字电视地面发射台和／或数字电视广播卫星与导航卫星的信号，确定接收者空间位置；该方法是建立在无线电信号广播发射系统上，同时接收多种无线广播系统和观测多个发射源，以形成多种无线定位系统组合的系统结构和定位导航模式，得出组合定位系统导航解；本发明专利技术提出同时观测地面和空间两种无线定位系统，来构成一种全新工作模式的组合导航系统。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是一种通过接收多个空间坐标已知的民用数字电视地面发射台和/或数字电视广播卫星的信号，即可确定接收者的空间位置的方法，属于数字电视广播与无线电导航定位的复合

技术介绍
同时接收多个已知空间坐标和时间基准的无线电发射源的辐射信号，可以确定接收端用户所在的地理位置，即经度、纬度和高程(海拔高度)。而把无线电发射源设置在各种轨道卫星上的定位系统，例如美国的全球定位系统(GPS)、欧洲的伽利略(Galileo)系统、俄罗斯的GLONASS系统以及我国的“北斗”定位系统等，更凭借着广域覆盖的巨大优势，将无线电定位技术发展到一个新的高度。目前此类系统正从GPS时代向全球卫星导航系统(GNSS)时代发展。但是，GPS之类的卫星定位技术仍存在许多缺点GPS卫星从约20000公里高空向地面发射信号，由于多径效应、GPS卫星轨道误差、电离层延迟效应等会产生定位误差；GPS技术在市区内的定位概率为60％，而在室内的定位概率为零，因此使用GPS技术进行紧急救援定位困难；GPS技术定位实时性差，它在冷启动时需耗时30s或更长时间才能完成初始化和搜星工作，进而转入正常导航定位工作模式会贻误紧急救援工作；由于对GPS采用选择可用性(SA)政策，在特殊情况下使用GPS卫星定位会受到干扰。随着超大规模集成电路(VLSC)工艺的进步，基于电缆或卫星传输的数字电视(DTV)系统已在全球范围广为使用。DTV的地面广播系统也已开始大规模建设，在全球不同区域逐渐形成以各自广播标准为基础的数字电视和数字声音广播网。用户接收端除了能接收到有效的数字视频音频信息外，还可利用数字广播的载波和数字码流测定从发射塔到接收端的距离等空间参数，实现无线电定位。经论证在美国大陆采用美国电视标准委员会(ATSC)制式的DTV信号进行定位，误差可在1m量级。我国的DTV/HDTV广播的地面传输标准尚未最后确立，采用欧洲的数字视频广播地面传输(DVB-T)标准或我国自己的标准都有可能。但是，只要是数字化无线传输的广播电视信号，都可用于定位。不过，这一思路不适合于在海洋、沙漠、岛屿及其它接收不到DTV地面广播信号的地点定位，而基于卫星广播发送的DTV信号可以弥补此不足。因此，如果能恰当地将基于DTV地面广播信号定位的系统与来自DTV广播卫星(当然也可以是GPS之类的导航卫星)的信号进一步组合，就可望得到更高的定位精度，同时也能增强系统的可靠性和适应性。
技术实现思路
技术问题本专利技术的目的是提供一种可以利用DTV广播系统的，是一种将DTV的地面和卫星广播信号相融合以提高定位性能的空间-地面组合定位方法。技术方案1.测距原理作为数据信息、音频和视频多媒体流的数字广播系统，需要在发射端进行基于帧(或称之为符号)的信息编码、调制工作，以便在用户端能够接收连续的数据帧，在满足高数据率和实时接收信息的条件下，保证信息的准确性，满足系统的纠错需求。这也是数字化信息传输的本质所决定的，数据信息和多媒体信号都是基于包或块的数据流，需要一个打包发送和解包接收的过程，而数字广播系统中需要的是固定时间和长度的连续帧传输。为保证实时性和抗信道衰落干扰，一般无线数字广播系统每帧持续时间小于ms级，多数在几百us范围内。为了更好地识别数据帧头，系统在发射端都会加上可以识别的同步字符，甚至提高其发射功率来确保准确的帧同步。当数字广播接收机收到一个数据广播帧时，系统希望准确检测出该数据帧头的时间，其误差由信道干扰、系统钟差和接收机噪声等因素决定；同时可以准确得到每一数据帧的编号，由此计算出该帧发射时的系统时间。因此不难测量出每一帧在发射端和接收端的传播时间，得到两者间的伪距测量值。2.伪距数学模型数字广播定位系统通过测量广播数据帧传播时间来计算出发射站和接收机之间的视距，由于相对应的观测量中包含时钟误差、多径干扰等误差项，所以将其称之为伪距，两次观测量的差值称之为Δ伪距。假设一个排定传输顺序的数据帧发射时间为tT(sys)，被接收到的时间为tR(sys)，在没有信道干扰的情况下，其传播时延为τ＝tR(sys)-tT(sys)(1)以上所有对时间的测量值都是基于系统标准时系，不存在时钟误差。而在现实系统中，整个系统中存在各种误差干扰，需要对上式进行修正，并将发射时间测量值和接收时间测量值分别变换到发射站和接收机时系，可得下式τ+δtD＝(tR-δtR)-(tT-δtT) (2)式中tR，δtR，tT，δtT，δtD分别为接收机时钟测量得到接收时间、接收机时钟相对于系统时间的偏差、发射时发射站时钟时间、发射站时钟相对于系统时间的偏差、系统受多经干扰延迟和机收机噪声等的等效延迟偏差。整理(2)式得到伪距观测量ρ＝c(tR-tT)＝cτ+c(δtR-δtT+δtD)＝r+cδtR+δr (3)式中ρ，c，r，δr分别为伪距观测量、真空中光速、发射端和接收端之间的视距即几何距离、和其他距离误差等效值。3.定位原理DTV信号定位采用伪距法。这里的伪距是指数字广播发射机天线至接收机天线信号之间的几何距离加上各种系统误差，即第1节定义的伪距测量值。如图1所示，位置计算可以在用户终端实现。终端要测量每一个视距范围发射机的伪距，三个发射机的伪距足以解决使用者的经度、纬度和时钟偏差，DTV发射机的位置数据可以储存在用户终端或通过广播数据得到。为了计算用户端的精确位置，必须知道同步码传输的时限。但它不像基于卫星定位的情况，发射站的位置是不变的，不需要频繁地更新。定位系统所要确定的系统状态一般为系统动态特性和系统时钟误差项，即空间位置、速度、加速度和时钟偏差和时钟漂移。系统状态为P·RV·RA·R=0I000I000PRVRAR----(4)]]>δt·Rδt·R=0100δtRδt·R----(5)]]>式中T，δtRδt·RT]]>分别为系统位置、速度加速度三维坐标矢量以及接收时钟偏差和漂移矢量。通过以上系统方程可以解算出所需系统的动态特性与时钟误差，这里可以应用多种解法，例如闭合解、线性迭代、卡尔曼滤波等。4.组合导航基于DTV信号定位，无需改变数字电视台的设备，而且不像GPS，其信号不受发射机多普勒效应和电离层传播延迟的影响；由于DTV信号的高能量、低占空比，使信号处理的要求最低；定位精度可达1m量级；该定位技术所提供的设备比GPS技术所要求的更廉价、低速和低功率；该技术利用相当庞大的DTV基础设施来定位无线设备，比当前可供选择的任何一种方案都更经济有效。因此，借鉴DTV定位技术和我国的DTV传输体制、广播制式建立中国具有自主权的定位系统，非常必要。随着这些技术的发展与普及，可以衍生出各种组合定位技术，本专利技术提出1)地面DTV定位与GPS定位构成组合定位/导航系统；2)地面DTV定位与卫星DTV定位构成组合定位/导航系统；3)地面DTV定位与卫星DTV定位再加上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于数字广播电视信号的无线电组合定位导航方法，其特征在于通过接收多个空间坐标已知的民用数字电视地面发射台和／或数字电视广播卫星与导航卫星的信号，确定接收者空间位置；该方法是建立在无线电信号广播发射系统上，同时接收多种无线广播系统和观测多个发射源，以形成多种无线定位系统组合的系统结构和定位导航模式，得出组合定位系统导航解；系统的工作步骤为：１）．接收信号：射频部分通过天线接收到无线信号，然后将接收信号下变频为中频信号；２）．通过模拟／数字变换完成中频信号的数 字化和采样任务；３）．在数字信号处理器内完成信号的同步跟踪、解调和解码任务，建立信号载波和码同步跟踪回路；４）．将数字电视系统广播数据帧的时间间隔作为系统观测的基本时间单位，排定以数据帧间隔或其倍数作为观测间隔，确定观测时间 序列；５）．已预先排定的观测序列时间定时从同步跟踪环路模块提取出一个数字电视发射源的原始伪距观测值，以及通过解调和解码后的数据得到该发射源标识和空间坐标信息；６）．重复步骤５）观测跟踪所有在有效测量范围内的数字电视发射站和卫 星；将所有得到的信息送入定位解算方程，即从接收跟踪环路提取得到各发射源，即包括数字电视地面和卫星的伪距值和发射源空间坐标值，计算出最终接收天线的空间位置坐标，并换算为接收系统的定位信息：包括位置、速度和加速度，这些信息为基本导航定位信息；如果由于接收环境的影响在该观测时间点无法直接得到基本导航定位信息，可以通过辅助手段从其他导航设备或系统最近一次有效组合导航解外推作为该观测时间点的基本导航定位信息；７）．测量随后各个数字电视数据广播同步帧接收时刻，得到属于该观测时间点 所有有效同步帧头的伪距信息；８）．以步骤６）得到的基本导航定位信息，依次代入步骤７）中的伪距信息和接收时间信息，完成基于顺序双滤波器平滑算法的计算，最终输出系统最优组合导航定位信息。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴乐南，何峰，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]