一、概述

 

　　傳統(tǒng)的差分GPS的組成包括一個位置已知的固定監(jiān)測站，它實時接收GPS信號并確定出偽距誤差，把此誤差作為改正數(shù)提供給本地用戶，用戶則用此改正自己測得的偽距，使計算出的位置精度更高。這樣，采用適當(dāng)?shù)脑O(shè)備就能使監(jiān)測站附近幾百公里范圍內(nèi)的定位精度提高到5m。

　

　　除了獲得較好的定位精度外，通過對GPS信號的監(jiān)測改正，差分GPS還能提高導(dǎo)航的可靠性，甚至當(dāng)GPS衛(wèi)星顯示不健康信號時仍能工作。由于基準(zhǔn)站在衛(wèi)星測距信號無法校正時，能立刻通知用戶，所以改進了系統(tǒng)的完整性。

　

　　但是，不管差分GPS如何提高導(dǎo)航精度、可靠性和完好性，也不能克服掉由于衛(wèi)星星座幾何圖形不佳而造成的缺陷。以目前GPS衛(wèi)星的配置方案，一旦有一顆衛(wèi)星發(fā)生故障，或者由于某種原因接收不到GPS 信號，幾何配置不當(dāng)?shù)娜毕輰油怀?。對可用性要求更高的航空用戶為了保證GPS在一些特定地區(qū)為特殊用途時的精確性和可靠性，提出了偽衛(wèi)星的概念，即在該地區(qū)建立類似于GPS衛(wèi)星的固定基準(zhǔn)站，行使GPS衛(wèi)星的功能。

　

　　從本質(zhì)上看，偽衛(wèi)星僅僅是差分GPS應(yīng)用的特殊方案。因此偽衛(wèi)星電文格式也和其他差分GPS的電文格式一樣。

　　

　　監(jiān)測站接收所有可見的GPS衛(wèi)星信號和偽衛(wèi)星信號，并把它們和已知監(jiān)測站位置及偽衛(wèi)星天線位置進行比較。監(jiān)測站控制偽衛(wèi)星發(fā)射并提供差分GPS電文。因為偽衛(wèi)星是精確地在GPS L1頻率1575.42MHZ上發(fā)射信號的，所以GPS用戶設(shè)備可以同時接收GPS信號和偽衛(wèi)星信號。

　

概括起來，利用偽衛(wèi)星系統(tǒng)具有下列優(yōu)點：

　

　　根據(jù)國際和美國無線電管理的規(guī)定，1559～1610MHZ頻段用于航空導(dǎo)航與天線電衛(wèi)星導(dǎo)航。GPS采用了其中一個頻率1575.42MHZ，而偽衛(wèi)星仍選用這一頻率。所以，GPS用戶設(shè)備可同時接收GPS 信號和偽衛(wèi)星信號，不必再設(shè)置另一套接收差分GPS基準(zhǔn)站信號的設(shè)備。 

　

　　由于偽衛(wèi)星信號處相在GPS時間中是被精確確定的，所以用戶設(shè)備能從偽衛(wèi)星獲得一個附加的偽距測量，這樣就增大了衛(wèi)星覆蓋面積，改善了導(dǎo)航幾何配置。結(jié)果，即使某個衛(wèi)星工作 不健康或其他原因造成衛(wèi)星幾何配置不良，仍能獲得優(yōu)良的導(dǎo)航性能。 

　

　　差分GPS偽衛(wèi)星體制比傳統(tǒng)體制所需費用要少，因為它不需要單獨的接收設(shè)備。天線前置放大器等部分是與GPS接收機相同的。對用戶來說，沒有增加更多的負(fù)擔(dān)。 

　

　　在偽衛(wèi)星作用范圍內(nèi)，偽衛(wèi)星能提供許多比利用傳統(tǒng)差分GPS或普通GPS更多的導(dǎo)航功能。特別是通過偽衛(wèi)星能減少或限制高度誤差，能為飛機（包括直升飛機）提供非精密進場能力。 

　

　　利用GPS的非精密進場并不限定在直線段，飛機不是跟蹤一個窄波信號波束。對于從任何航線進場的飛機都能把位置計算并顯示出來，這對于復(fù)雜地形非常有用，因為它允許在任何需要的時候都可以改變進場航線，而不影響地面設(shè)備的安裝和運行。 

　

二、方案設(shè)計

　　　

　　設(shè)計偽衛(wèi)星信號結(jié)構(gòu)的一個重要問題是對GPS衛(wèi)星信號的干擾問題。假如用戶在距偽衛(wèi)星50km處，偽衛(wèi)星信號與GPS衛(wèi)星信號一樣強，那麼當(dāng)用戶靠近偽衛(wèi)星只有50m時，則此偽衛(wèi)星信號將比GPS衛(wèi)星信號強60dB。因此偽衛(wèi)星的信號結(jié)構(gòu)設(shè)計要解決這種遠-近效應(yīng)問題。即在最大范圍內(nèi)能 提供足夠強的偽衛(wèi)星信號，又能在距偽衛(wèi)星很近時不干擾GPS衛(wèi)星信號。這樣要求設(shè)計的接收機動態(tài)范圍至少在60dB以上。

　　要達到60dB的動態(tài)范圍，有三種方法可供選擇。

 

　1、CDMA-碼分多址技術(shù)

　　

　　利用不同C/A碼進行碼間互相關(guān)，只能分離25dB，因此還剩下35dB必須考慮采用其他手段。如果要應(yīng)用偽隨機碼來分離這60dB,則必須使此碼率比C/A碼率提高若干倍,以降低偽衛(wèi)星信號對可接收值的噪聲電平.根據(jù)不同的假定和試驗,此碼率必須達到25～50MHZ,并具有類似的帶寬. 但是,現(xiàn)在GPS的帶寬是30MHZ,所以現(xiàn)有的GPS接收機是無法達到的。

　　

　　解決這個問題的另一條途徑是提高碼元的碼率.但這在硬件上也存在著困難.這種技術(shù)將減少GPS信號的兼容性,而且顯著增加接收機的成本.因此,利用一種新碼來解決遠-近效應(yīng)似乎是不現(xiàn)實的。 

　　

　　FDMA-頻率偏值技術(shù) 使偽衛(wèi)星信號偏離標(biāo)稱值1575.42MHZ約10～20MHZ。 這樣可隔離正常碼的25dB。下表示出了干擾衰減與頻率分離的關(guān)系。這一技術(shù)是具有吸引力的，因為在要求的隔離上有可能產(chǎn)生60dB。因此，偽衛(wèi)星用這一方案將忽略掉對接收機的影響。

　　

　　因為偽衛(wèi)星和GPS衛(wèi)星信號是通過不同通道進入接收機的，必須仔細控制兩通道間的相對時延，以避免組合誤差。于是在接收機中改善濾波器和內(nèi)部校準(zhǔn)技術(shù)，增加了接收機的成本。