地面數字電視信號定位系統的應用研究分析論文
摘要：一般情況下，GPS衛星少于4顆無法定位。地面數字電視信號與GPS結合的定位系統是一種利用借助地面數字電視信號，實現了惡劣環境定位操作。一般GPS超過4顆時，就可以借助數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工作原理，借助計算機等先進技術實現了地面數字電視信號模擬和單點及多點移動定位，提高了定位精度。
關鍵詞：地面數字；電視信號；GPS定位系統
GPS是一種應用較廣的定位系統，可以在全球范圍內實現定位，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，尤其在惡劣環境下，會受到衛星定位個數的影響，所以必須實現地面數字電視信號和GPS結合的定位系統，利用數字電視提供的多種信號完成定位。
一、概述
隨著科學技術的發展，人們對GPS系統也提出了較高要求。但是由于其接受功率低，而且抗干擾能力差，影響了GPS的發展。由于地面信號的功率較高，而且電視塔位置恒定，已經成為定位的理想選擇。GPS與地面數字電視信號結合的定位系統，可以及時避免GPS定位存在的問題，實現了精確定位。本次主要對地面數字電視信號與GPS相結合的定位系統距離、如何獲得地面信號等問題進行探討，結合PN序列和接收信號等確定出幀頭位置，得到信號幀時間，然后結合地面數字電視幀和自燃時間等確定電視信號發射時間。
二、了解地面數字電視信號幀的結構
中國地面數字電視標準可分為信號幀、日幀、超幀和分幀四層結構。日幀以公立日為周期，進行周期性循環，由144分幀組成，表示為24小時。在北京時間00:00:00時，日幀復位，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。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個符號系統信息與3744個符號數據組成。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、分析系統工作原理
（一）系統模型分析下圖1中給出了地面數字電視信號與GPS組合定位系統模型。用戶在A位置上可看到4顆或以上衛星，接收機主要接受來自GPS衛星和電視塔地面數字電視信號，電視塔主要輔佐衛星方位，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顆以上衛星時，可以聯合地面數字電視信號與GPS完成定位，提升GPS定位精度，解決GPS定位問題。圖1地面數字電視信號與GPS結合的定位系統模型構建實際分析時，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作為幀結構特征，日幀在00:00:00或固定時間復位，采用幀頭相關計算得出數字電視信號幀發射時間。假設接收機請求定位時刻（t1）接收地面數字電視信號并與相應模式中的PN序列相關，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得到衛星坐標、衛星與節后及偽距離后、節后及與電視塔及電視塔坐標后，借助傳統求接收機坐標方程即得出接收機坐標。結合時間校準，本次假設參考時刻電視塔從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表示接收機到衛星的真實距離，i=1,2,3，…第i個衛星。
四、探討仿真結果
結合相關資料得知，GPS衛星水量超過4顆或大于4顆的`開闊區域實施計算仿真。結合衛星跟蹤可以得到某時刻精確坐標，將上空衛星數量確定為6顆，然后計算衛生到定點的距離，仿真計算時，可以利用隨機數方法模擬衛星到定位點的偽距離，然后再計算GDDP。之后實現電視塔和GPS同步，計算GDDP，并與衛星GDDP進行比較。從實際數據分析可知，地面數字電視信號定位聯合GPS可改善幾何分布，提高了定位精確度，實際應用效果較理想。
五、結束語
本次研究主要對地面數字電視信號與GPS結合系統在復雜情況下的應用進行分析。在科學技術的帶動下，數字電視技術、電視塔和單頻網已經取得了新的發展，可以利用地面數字電視信號與GPS結合的方式得到精確定位，不斷擴展覆蓋范圍，解決GPS應用中存在的問題，充分發揮定位系統的價值。
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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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