locata定位系統(tǒng)

1、Locata定位系統(tǒng)概況二一三年一月目 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)彈試驗場定位試驗65Locata定位系統(tǒng)能否用于導(dǎo)彈制導(dǎo)81 Locata概述Locata是一種利用地面設(shè)備信號的定位系統(tǒng)，比GPS更精確，而且信號更強。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強大一百萬倍的無線電信號。據(jù)稱無論是在室內(nèi)還是室外Locata均表現(xiàn)優(yōu)異。而且，信號接收器

2、可以小到裝進一個普通的手機里。Locata定位系統(tǒng)實際上是偽衛(wèi)星定位技術(shù)的一種。其之所以能提供比GPS更高的精度，是因為偽衛(wèi)星可以與GPS以多種模式組成系統(tǒng)進行導(dǎo)航和定位，甚至偽衛(wèi)星可以完全替代GPS系統(tǒng)而進行獨立定位，偽衛(wèi)星一個顯著的特點就是其高度角很低，而且信號不經(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（靜止或者移動）組成。其中如果L

3、ocataLites定位足夠精確后，可以不利用GPS Satelites信號即可單獨和Locata實現(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LocataNet系統(tǒng)。Locata是一種接收機裝置，它可以被放置在移動單元上進行動態(tài)航跡測量，能夠同時接收GPS信號和LocataLite信號。當(dāng)Locata追蹤到4顆或者更多的LocataLite信號時，給出的三維定位精度可以達到亞厘米級。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鐘同步偽衛(wèi)星收發(fā)器，它發(fā)射類GPS衛(wèi)星信號利用載波相

4、位測量可以達到厘米級精度，工作頻率為標(biāo)準(zhǔn)L1頻率，產(chǎn)生C/A碼偽距信號，針對LocataLite的接收機裝置叫做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Locata，當(dāng)LocataLites的時鐘同步之后，整個系統(tǒng)不再需要參考站來差分消除偽衛(wèi)星和接收機的時鐘偏差，因為每一個LocataLite都會自動與主LocataLite或者其他的LocataLite進行時鐘同步。這項時鐘同步技術(shù)叫做TimeLoc。一旦LocataLites陣列時鐘同步之后，可以測量出Lo

5、cata的位置精度達到亞厘米級整個系統(tǒng)最主要的優(yōu)勢是時鐘同步之后陣列內(nèi)將不再存在時鐘偏差。2.2 Locata定位機理LocataNet系統(tǒng)采用TimeLoc技術(shù)來使得所有的LocataLites偽衛(wèi)星時鐘同步，可以分為以下幾個步驟： 首先利用一個LocataLiteA對4顆甚至更多的GPS衛(wèi)星進行觀測，來精確定出自己所在的3維位置，然后LocataLiteA利用其Locata的信號開始發(fā)射C/A碼測距信號； 其次LocataLiteB追蹤并捕獲到從LocataLiteA發(fā)射的信號，也利用觀測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采用一個不同的PRN碼發(fā)射C/A

6、碼和載波信號，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碼信號與從LocataLiteA發(fā)射的C/A碼信號之間的差異，另外通過持續(xù)的監(jiān)測兩個信號來確保LocataLiteA和LocataLiteB時鐘同步。這種技術(shù)的優(yōu)勢是利用低價的溫控晶振代替昂貴的原子鐘來獲取時鐘同步。 LocataLiteC接收到從LocataLiteA和B發(fā)射的信號，并且通過觀測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碼信號與LocataLiteA和B的C/A碼信號時鐘同步。 對于LocataLiteD也按照步驟3確定出自身位置，以及與LocataLiteA,B和C信號時鐘同步，這樣4

7、顆LocataLiteA,B,C和D都已經(jīng)確認自身位置并且信號都實現(xiàn)了時鐘同步，然后通過雙向測距技術(shù)計算出兩兩之間的距離。這時不再需要GPS定位星座，由這4顆LocitaLite將構(gòu)成一個獨立的定位系統(tǒng)，當(dāng)一個Locata在系統(tǒng)中移動時可以根據(jù)三角測量法確定其位置。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)具備很強的工程應(yīng)用價值，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，從國外的資料和專家的評價來看，Locata不是為了取代GPS系統(tǒng)，而是作為GPS的一種延伸和擴展。Locata可與GPS協(xié)同工作，也可完全獨立

8、于GPS系統(tǒng)，實現(xiàn)厘米級的實時定位。特別是在2010年的各種試驗表明其存在的潛能，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，采用CDMA技術(shù)對其進行碼區(qū)分，即使各Locata信號是以相同頻率發(fā)送，同時運用TDMA技術(shù)來減少LocataLite(Locata發(fā)射機)信號之間的干擾。另外，美國空軍最近在白沙導(dǎo)彈靶場測試Locata的準(zhǔn)確性，結(jié)果顯示Locata的誤差僅為18厘米。測試者克里斯托弗·莫蘭（Christopher Morin）說，理論上它可以精確到5厘米范圍內(nèi)。

9、雖然不能保證Locata能在復(fù)雜的城市環(huán)境中運行，但是其信號確實遠比GPS的要強。表2 GPS和Locata系統(tǒng)的性能對比表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空軍白沙導(dǎo)彈試驗場上，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行高精度定位挖掘及鉆井設(shè)備。中國科學(xué)院遙感應(yīng)用研究所研究員崔宏偉向科學(xué)時報記者介紹說，我國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)，精度達到一米。但是，“LocataLite作為一套獨立定位系統(tǒng)，需要進行

10、特別維護?！庇脩衄F(xiàn)階段可能仍然會選擇美國、俄羅斯的GPS服務(wù)，而避免繁雜的系統(tǒng)維護過程。4.2 Locata白沙導(dǎo)彈試驗場定位試驗試驗的區(qū)域：2500平方英里。圖3 試驗區(qū)域示意圖測試條件：10個LocataLites覆蓋800平方英里區(qū)域。測試的10個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，裝置安裝在飛機上，以驗證高速移動狀態(tài)下的定位精度是否能帶到預(yù)期的指標(biāo)。圖7

11、 飛機基座的Locata接收器圖8 接收器放大圖試驗的結(jié)果如下：Locata信號的接收距離為40英里穩(wěn)定接收。Locata接收裝置的移動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 移動動接收狀態(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： LocataLite基座。為導(dǎo)彈提供定位信息的基座需具備幾個基本的特征：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行自身位置的定位，如需要由GPS信號提供自身的定位，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基座的定位為臨時布置，自身定位的時間需要多久，且要考慮戰(zhàn)時的GPS信號的可用性和干擾；四是，基座的提供的密度以及信號覆蓋的區(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現(xiàn)，一，接收裝置成本低，體積??；二，可以與GPS信號接收器切換使用。 目標(biāo)位置信息的定位。從