地面数字电视信号定位系统的应用研究分析

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摘要：一般情况下，GPS卫星少于4颗无法定位。地面数字电视信号与GPS结合的定位系统是一种利用借助地面数字电视信号，实现了恶劣环境定位操作。一般GPS超过4颗时，就可以借助数字地面电视信号改善GOOD，进而提高定位精确度。本文主要介绍了系统工作原理，借助计算机等先进技术实现了地面数字电视信号模拟和单点及多点移动定位，提高了定位精度。

关键词：地面数字；电视信号；GPS定位系统

GPS是一种应用较广的定位系统，可以在全球范围内实现定位，方便了人们的日常工作。但是其具有抗干扰能力差和接受功率低下等缺陷，尤其在恶劣环境下，会受到卫星定位个数的影响，所以必须实现地面数字电视信号和GPS结合的定位系统，利用数字电视提供的多种信号完成定位。

一、概述

随着科学技术的发展，人们对GPS系统也提出了较高要求。但是由于其接受功率低，而且抗干扰能力差，影响了GPS的发展。由于地面信号的功率较高，而且电视塔位置恒定，已经成为定位的理想选择。GPS与地面数字电视信号结合的定位系统，可以及时避免GPS定位存在的问题，实现了精确定位。本次主要对地面数字电视信号与GPS相结合的定位系统距离、如何获得地面信号等问题进行探讨，结合PN序列和接收信号等确定出帧头位置，得到信号帧时间，然后结合地面数字电视帧和自燃时间等确定电视信号发射时间。

二、了解地面数字电视信号帧的结构

中国地面数字电视标准可分为信号帧、日帧、超帧和分帧四层结构。日帧以公立日为周期，进行周期性循环，由144分帧组成，表示为24小时。在北京时间00:00:00时，日帧复位，开始新帧。超帧时间长度定义为125ms，8个超帧为一秒；分帧长度为一分钟，由480个超帧组成，可以及时进行GPS时间校准。PN序列是帧头的主要部分，可以进行同步和信道评估。帧体由36个符号系统信息与3744个符号数据组成。从符号率角度分析，帧头与帧体相同，均为7.56兆符号/秒。模式一帧头有420个符号组成，由前同步、PN255序列和后同步组成。超帧中有225个信号帧，可以利用不同相位的PN信号作为信号帧识别符。模式二由596个符号和一个PN595序列组成。一个超帧中包含216个信号帧。每个超帧中各个信号帧帧头均为相同PN序列。模式三与模式二类似，由945个符合组成，一个前同步、一个后同步及一个PN511序列。其中前后同步均由长度为217的符号组成。

三、分析系统工作原理

（一）系统模型分析下图1中给出了地面数字电视信号与GPS组合定位系统模型。用户在A位置上可看到4颗或以上卫星，接收机主要接受来自GPS卫星和电视塔地面数字电视信号，电视塔主要辅佐卫星方位，提高了定位精确度。但用户站在B位置时，受楼层遮挡，不能看到4颗以上卫星时，可以联合地面数字电视信号与GPS完成定位，提升GPS定位精度，解决GPS定位问题。图1地面数字电视信号与GPS结合的定位系统模型构建实际分析时，可以将电视塔到接收机的距离理解为GPS伪距。电视塔和接收机距离，只需确定地面数字电视信号到电视塔的传输时间即可。本次分析时，将DTMB作为帧结构特征，日帧在00:00:00或固定时间复位，采用帧头相关计算得出数字电视信号帧发射时间。假设接收机请求定位时刻（t1）接收地面数字电视信号并与相应模式中的PN序列相关，可得到最大值，进而确定出信号帧帧头位置（a1）得到接收信号帧的时间s111attT其中sT表示符号长度（ssTf1，sf为符号率），进而确定出信号帧与电视塔发射时间为：)1(Tktt0，电视塔与接收机距离为：)t(ctl010，c表示光速，采用GPS得到卫星坐标、卫星与节后及伪距离后、节后及与电视塔及电视塔坐标后，借助传统求接收机坐标方程即得出接收机坐标。结合时间校准，本次假设参考时刻电视塔从GPS获得的真实时间误差为ut，然后将GPS从卫星获得接收机的伪距离表示为：brctriuii，（crbi）其中，ir表示接收机到卫星的真实距离，i=1,2,3，…第i个卫星。

四、探讨仿真结果

结合相关资料得知，GPS卫星水量超过4颗或大于4颗的开阔区域实施计算仿真。结合卫星跟踪可以得到某时刻精确坐标，将上空卫星数量确定为6颗，然后计算卫生到定点的距离，仿真计算时，可以利用随机数方法模拟卫星到定位点的伪距离，然后再计算GDDP。之后实现电视塔和GPS同步，计算GDDP，并与卫星GDDP进行比较。从实际数据分析可知，地面数字电视信号定位联合GPS可改善几何分布，提高了定位精确度，实际应用效果较理想。

五、结束语

本次研究主要对地面数字电视信号与GPS结合系统在复杂情况下的应用进行分析。在科学技术的带动下，数字电视技术、电视塔和单频网已经取得了新的发展，可以利用地面数字电视信号与GPS结合的方式得到精确定位，不断扩展覆盖范围，解决GPS应用中存在的问题，充分发挥定位系统的价值。

作者:张必成 单位:国家新闻出版广电总局北京地球站

参考文献：

[1]蒋燕.基于数字电视广播信号的无线定位方法[J].东南大学,2010,(03).

[2]季明丽.一种基于数字电视定位的新技术[J].东南大学,20111,(01).

[3]田安红,周非,付承彪.TV-GPS技术融合实现无缝定位分析[J].电视技术,2012,(03).

作者简介：张必成，国家新闻出版广电总局北京地球站，助理工程师。