locata定位系統(tǒng)課件

1、Locata定位系統(tǒng)概況二一三年一月9目 錄1Locata概述12Locata定位系統(tǒng)原理12.1Locata定位系統(tǒng)組成12.2Locata定位機(jī)理33Locata定位系統(tǒng)性能指標(biāo)44Locata定位系統(tǒng)工程應(yīng)用64.1Locata定位系統(tǒng)工程應(yīng)用方向64.2Locata白沙導(dǎo)彈試驗(yàn)場(chǎng)定位試驗(yàn)65Locata定位系統(tǒng)能否用于導(dǎo)彈制導(dǎo)8Locata定位系統(tǒng)概況1 Locata概述Locata是一種利用地面設(shè)備信號(hào)的定位系統(tǒng)，比GPS更精確，而且信號(hào)更強(qiáng)。Locata定位系統(tǒng)使用的是地面設(shè)備，而不是衛(wèi)星。它能在局部區(qū)域投射出比GPS強(qiáng)大一百萬倍的無線電信號(hào)。據(jù)稱無論是在室內(nèi)還是室外Locata均

2、表現(xiàn)優(yōu)異。而且，信號(hào)接收器可以小到裝進(jìn)一個(gè)普通的手機(jī)里。Locata定位系統(tǒng)實(shí)際上是偽衛(wèi)星定位技術(shù)的一種。其之所以能提供比GPS更高的精度，是因?yàn)閭涡l(wèi)星可以與GPS以多種模式組成系統(tǒng)進(jìn)行導(dǎo)航和定位，甚至偽衛(wèi)星可以完全替代GPS系統(tǒng)而進(jìn)行獨(dú)立定位，偽衛(wèi)星一個(gè)顯著的特點(diǎn)就是其高度角很低，而且信號(hào)不經(jīng)過電離層傳播。通過利用這種低高度角偽衛(wèi)星，GPS與其組合后能夠有效地改善定位幾何圖形結(jié)構(gòu)，極大提高了在垂直方向上的定位精度。2 Locata定位系統(tǒng)原理2.1 Locata定位系統(tǒng)組成Locata定位系統(tǒng)組成：GPS Satelites（太空）、LocataLites（地面固定靜止）和Locata（靜止

3、或者移動(dòng)）組成。其中如果LocataLites定位足夠精確后，可以不利用GPS Satelites信號(hào)即可單獨(dú)和Locata實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)完成定位。該系統(tǒng)至少由4座以上的LocataLites的基座和locata用戶組成，該系統(tǒng)組網(wǎng)后稱為L(zhǎng)ocataNet系統(tǒng)。Locata是一種接收機(jī)裝置，它可以被放置在移動(dòng)單元上進(jìn)行動(dòng)態(tài)航跡測(cè)量，能夠同時(shí)接收GPS信號(hào)和LocataLite信號(hào)。當(dāng)Locata追蹤到4顆或者更多的LocataLite信號(hào)時(shí)，給出的三維定位精度可以達(dá)到亞厘米級(jí)。圖1 Locatalite裝置示意圖LocataLite是澳大利亞Locata公司自行研制的一種時(shí)鐘同步偽衛(wèi)星收發(fā)器，它發(fā)射

4、類GPS衛(wèi)星信號(hào)利用載波相位測(cè)量可以達(dá)到厘米級(jí)精度，工作頻率為標(biāo)準(zhǔn)L1頻率，產(chǎn)生C/A碼偽距信號(hào)，針對(duì)LocataLite的接收機(jī)裝置叫做Locata。LocataLite收發(fā)裝置如上圖所示。系統(tǒng)工作如下圖所示：圖2 Locata定位系統(tǒng)工作示意圖LocataNet系統(tǒng)包括一組LocataLies收發(fā)器陣列和一個(gè)Locata，當(dāng)LocataLites的時(shí)鐘同步之后，整個(gè)系統(tǒng)不再需要參考站來差分消除偽衛(wèi)星和接收機(jī)的時(shí)鐘偏差，因?yàn)槊恳粋€(gè)LocataLite都會(huì)自動(dòng)與主LocataLite或者其他的LocataLite進(jìn)行時(shí)鐘同步。這項(xiàng)時(shí)鐘同步技術(shù)叫做TimeLoc。一旦LocataLites陣列時(shí)

5、鐘同步之后，可以測(cè)量出Locata的位置精度達(dá)到亞厘米級(jí)整個(gè)系統(tǒng)最主要的優(yōu)勢(shì)是時(shí)鐘同步之后陣列內(nèi)將不再存在時(shí)鐘偏差。2.2 Locata定位機(jī)理LocataNet系統(tǒng)采用TimeLoc技術(shù)來使得所有的LocataLites偽衛(wèi)星時(shí)鐘同步，可以分為以下幾個(gè)步驟： 首先利用一個(gè)LocataLiteA對(duì)4顆甚至更多的GPS衛(wèi)星進(jìn)行觀測(cè)，來精確定出自己所在的3維位置，然后LocataLiteA利用其Locata的信號(hào)開始發(fā)射C/A碼測(cè)距信號(hào)； 其次LocataLiteB追蹤并捕獲到從LocataLiteA發(fā)射的信號(hào)，也利用觀測(cè)4顆或更多的GPs衛(wèi)星來確定自身的三維位置。這里L(fēng)ocataLiteB采用一

6、個(gè)不同的PRN碼發(fā)射C/A碼和載波信號(hào)，并且利用直接數(shù)字合成技術(shù)調(diào)節(jié)自己的溫控晶振來減少其C/A碼信號(hào)與從LocataLiteA發(fā)射的C/A碼信號(hào)之間的差異，另外通過持續(xù)的監(jiān)測(cè)兩個(gè)信號(hào)來確保LocataLiteA和LocataLiteB時(shí)鐘同步。這種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)是利用低價(jià)的溫控晶振代替昂貴的原子鐘來獲取時(shí)鐘同步。 LocataLiteC接收到從LocataLiteA和B發(fā)射的信號(hào)，并且通過觀測(cè)GPS衛(wèi)星來確定自身出的位置。通過調(diào)節(jié)溫控晶振使得發(fā)射的C/A碼信號(hào)與LocataLiteA和B的C/A碼信號(hào)時(shí)鐘同步。 對(duì)于LocataLiteD也按照步驟3確定出自身位置，以及與LocataLiteA,

7、B和C信號(hào)時(shí)鐘同步，這樣4顆LocataLiteA,B,C和D都已經(jīng)確認(rèn)自身位置并且信號(hào)都實(shí)現(xiàn)了時(shí)鐘同步，然后通過雙向測(cè)距技術(shù)計(jì)算出兩兩之間的距離。這時(shí)不再需要GPS定位星座，由這4顆LocitaLite將構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的定位系統(tǒng)，當(dāng)一個(gè)Locata在系統(tǒng)中移動(dòng)時(shí)可以根據(jù)三角測(cè)量法確定其位置。3 Locata定位系統(tǒng)性能指標(biāo)澳大利亞Locata公司研制的Locata定位系統(tǒng)。目前的性能指標(biāo)已經(jīng)具備很強(qiáng)的工程應(yīng)用價(jià)值，具體指標(biāo)如下表所示：表1 第一代和當(dāng)前的locata系統(tǒng)指標(biāo)另外，從國(guó)外的資料和專家的評(píng)價(jià)來看，Locata不是為了取代GPS系統(tǒng)，而是作為GPS的一種延伸和擴(kuò)展。Locata可與G

8、PS協(xié)同工作，也可完全獨(dú)立于GPS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)的實(shí)時(shí)定位。特別是在2010年的各種試驗(yàn)表明其存在的潛能，其定位技術(shù)被GNSS行業(yè)稱之為第二代定位技術(shù)(即GPS2)。Locata系統(tǒng)信號(hào)體制采用的是TDMA+CDMA格式。它兼容了TDMA和CDMA多址方式的優(yōu)點(diǎn)，采用CDMA技術(shù)對(duì)其進(jìn)行碼區(qū)分，即使各Locata信號(hào)是以相同頻率發(fā)送，同時(shí)運(yùn)用TDMA技術(shù)來減少LocataLite(Locata發(fā)射機(jī))信號(hào)之間的干擾。另外，美國(guó)空軍最近在白沙導(dǎo)彈靶場(chǎng)測(cè)試Locata的準(zhǔn)確性，結(jié)果顯示Locata的誤差僅為18厘米。測(cè)試者克里斯托弗莫蘭（Christopher Morin）說，理論上它可以精確到

9、5厘米范圍內(nèi)。雖然不能保證Locata能在復(fù)雜的城市環(huán)境中運(yùn)行，但是其信號(hào)確實(shí)遠(yuǎn)比GPS的要強(qiáng)。表2 GPS和Locata系統(tǒng)的性能對(duì)比表4 Locata定位系統(tǒng)工程應(yīng)用4.1 Locata定位系統(tǒng)工程應(yīng)用方向目前，LocataLite已經(jīng)在軍事和工業(yè)上開展應(yīng)用。例如，在位于新墨西哥的美國(guó)空軍白沙導(dǎo)彈試驗(yàn)場(chǎng)上，該系統(tǒng)被用于跟蹤軍需品。而西澳大利亞的波丁頓金礦則正在利用其進(jìn)行高精度定位挖掘及鉆井設(shè)備。中國(guó)科學(xué)院遙感應(yīng)用研究所研究員崔宏偉向科學(xué)時(shí)報(bào)記者介紹說，我國(guó)研究者也正在采取類似的理論和方法，并且已經(jīng)在東南沿海地區(qū)建設(shè)了地面GPS系統(tǒng)，精度達(dá)到一米。但是，“LocataLite作為一套獨(dú)立定位

10、系統(tǒng)，需要進(jìn)行特別維護(hù)?！庇脩衄F(xiàn)階段可能仍然會(huì)選擇美國(guó)、俄羅斯的GPS服務(wù)，而避免繁雜的系統(tǒng)維護(hù)過程。4.2 Locata白沙導(dǎo)彈試驗(yàn)場(chǎng)定位試驗(yàn)試驗(yàn)的區(qū)域：2500平方英里。圖3 試驗(yàn)區(qū)域示意圖測(cè)試條件：10個(gè)LocataLites覆蓋800平方英里區(qū)域。測(cè)試的10個(gè)LocataLites位置，包括主LocataLites位置示意圖如下：圖4 LocataLites位置圖5 主LocataLites位置發(fā)射基座LocataLites示意圖如下：圖6 發(fā)射基座LocataLites示意圖Locata系統(tǒng)中的Locata用戶接收裝置如下，裝置安裝在飛機(jī)上，以驗(yàn)證高速移動(dòng)狀態(tài)下的定位精度是否能帶到預(yù)

11、期的指標(biāo)。圖7 飛機(jī)基座的Locata接收器圖8 接收器放大圖試驗(yàn)的結(jié)果如下：Locata信號(hào)的接收距離為40英里穩(wěn)定接收。Locata接收裝置的移動(dòng)速度為接收的精度為橫向6cm、縱向6cm以及高度精度為15cm。圖9 接收范圍圖10 移動(dòng)動(dòng)接收狀態(tài)圖11 接收精度結(jié)果5 Locata定位系統(tǒng)能否用于導(dǎo)彈制導(dǎo)Locata系統(tǒng)能否用于導(dǎo)彈制導(dǎo)取決于以下幾點(diǎn)： LocataLite基座。為導(dǎo)彈提供定位信息的基座需具備幾個(gè)基本的特征：一，作戰(zhàn)區(qū)域具備的基座布置的條件；二，基座布置后需要如何進(jìn)行自身位置的定位，如需要由GPS信號(hào)提供自身的定位，并且定位的精度不能低于提供Locata接收器的定位精度；三，如果Locatalite基座的定位為臨時(shí)布置，自身定位的時(shí)間需要多久，且要考慮戰(zhàn)時(shí)的GPS信號(hào)的可用性和干擾；四是，基座的提供的密度以及信號(hào)覆蓋的區(qū)域是否滿足導(dǎo)彈的全程飛行空域。 導(dǎo)彈上的Locata接收器。從現(xiàn)有資料來看，彈上的接收裝置很容易實(shí)現(xiàn)，一，接收裝置成本低，體積小；二，可以與GPS信號(hào)接收器切換使用。 目標(biāo)位置信息的定位。從