基于数字电视无线广播信号的定位模型和系统分析

张必成

（国家新闻出版广电总局北京地球站 102206）

基于数字电视无线广播信号的定位模型和系统分析

张必成

（国家新闻出版广电总局北京地球站 102206）

本文通过对数字电视（DTV）无线广播信号定位模型和系统的可行性和必要性的科学分析，提出了基于帧同步的数字电视无线广播的定位原理，在此基础上对其定位测距的特性进行了科学的分析，即在一个历元异步顺序中就可以几个或者多个测距的观测值。同时，将相关伪距的观测以及载波多普勒积分模型推导出来，然后确定了数学电视无线广播新号的定位模型，即观测和状态模型，它在一定程度上对于独立定位或者组合导航系统定位精度的显著有效提高具有非常重要的意义，极大地弥补了传统卫星定位系统的不足与缺陷。

数字电视；无线广播信号；定位；模型和系统

1 基于数字电视无线广播信号定位系统产生的背景

所谓定位系统主要是指同时接收空间中的多个已知坐标以及时间基准的无线电发射源所发射的辐射信号，在一定程度上就能将接收端用户所在的具体地理位置确定下来，然后在空间的各种轨道卫星上设置无线电发射源的定位系统，如美国的GPS，我国的北斗定位系统等，其覆盖范围非常大，在很大程度上已经将无线电定位系统的发展提升到另一个新的高度。但是，类似GPS、“北斗”这样的定位系统存在着许多缺陷与不足，如GPS技术主要采用的是可选择性技术，在特殊情况下使用会受到不同程度的干扰；在市区内的定位概率高，大约在60%左右，但是在室内的定位概率为0；极易受多径效应、卫星轨道误差以及电离层延迟效应的影响，故而卫星从2000km的高空向地面发射信号会产生一定的定位误差等。基于卫星定位系统存在着上述多方面的不足，近年来，随着超大规模集成电路工艺技术的不断进步，依靠卫星传输的数字电视无线广播信号已经被广泛应用到世界范围内。目前，该定位系统在大规模的建设当中，并且已经在全球不同区域内逐渐形成了以数字电视或者声音广播为基础的广播标准，用户端不仅可以能够成功接收到有效的消息，如数字音频或视频，并且能够利用无线进行定位。

2 数字电视无线广播信号定位原理

2.1 定位原理和测距方法

目前，距离测量定位法是最主要和应用非常广泛的定位方法，定位时需要已知参考点与实际被侧物之间的距离，其测量的方法主要有：①能量衰减测量法，即用已知电磁波的发射强度，来对刚接收到的电磁波强度进行测量，从而推测出已知参考点与电磁波发射终端的实际距离。电磁波在空间的传播过程中，在多种因素的共同影响下其能量呈现衰减的状态，因此该方法的精度并不高。②传播时间测量法，即利用已知电磁波的传播速度，而电磁波的传播时间往往与传播距离成正比，因此需要对时钟的精度、多径效应稍加注意。现阶段，这种测量方法的应用最为普遍。

2.2 伪距数学模型

基于数字电视无线广播信号定位系统主要是通过对广播数据帧的实际传播时间进行测量，以此来对发射机和接收机之间的距离进行计算。但是由于测量受时钟误差和多径干扰等众多误差项的影响，故将其称之为伪距，连续两次的观测量之间的差值成为△伪距。然而，数字电视无线广播信号定位系统主要采用的是伪距法，这里的伪距主要指的是由数字广播信号发射机天线到接收机信号之间的几何距离以及系统误差等。

3 数字电视无线广播信号定位模型

数字信息以视频和音频等形式在进行编码和调制之后由数字电视发射机再以无线广播信号的形式传播出去，并且在调制的过程中主要采用正交频分复用的形式。与此同时，数字电视接收机借助一定的载波跟踪环恢复载波，利用数据码进行码跟踪。数字广播的电视信号并不是严格根据专门的无限定位系统设计的，因此并不能向其他系统一样通过对载波的跟踪完成捕获码的相关任务，但是它有特有的基于数据帧的编码功能，一方面对于数据接收的稳定性以及实时性的显著提高具有非常重要的作用，另一方面，为数字电视广播信号的定位系统对信号的捕获、追踪、提取和延时传播提供重要的手段，从而极大地弥补了载波和码跟踪系统的缺陷与不足。此外，数字电视无线广播信号定位模型主要有观测方程和状态方程两种。

4 定位的具体流程

数字电视无线广播信号定位主要包括定位建立准备、计算和更新阶段。

（1）定位建立和准备阶段。主要是先从数据库中对当地区域的先验数据进行读取，即发射载频、台制式以及地理坐标等，然后进行初始位置的设定工作和同步时序的建设工作，从而为准确定位做好充足的准备。

（2）定位计算阶段。首先要对已经接收到的信息进行科学的处理，一般利用信道均衡算法以及调用信号进行估计，然后从中将第一径分量提取出来，即视距传播靠近的。同时，基于无线信道有一定的复杂性，特别是在闹市区，一个时段内无线信道都有可能受到遮挡作用的影响，视距从根本上讲是不存在的，为此就必须利用非视距的算法对视距进行识别和重构，从而为估计后面的参数打下坚实的基础。然后再利用恰当的算法对算法进行重新估计，由此得出时间量，再通过乘以无线电波的速度将伪距确定下来，紧接着就可以利用调用定位的算法将当前位置准确的计算出来。

（3）定位更新阶段。凭借各方面的运动信息便可以对当前位置与实际情况是否相符准确的判断出来，若不符合便将当前值舍去，重新进行计算，然后再根据实际情况的需要决定是否要继续定位。

5 结束语

综上所述，本文对数字电视无线广播信号定位系统产生的背景进行了简单的介绍，随着超大规模集成电路工艺技术的不断进步，依靠卫星传输的数字电视无线广播信号已经被广泛应用到世界范围内。然后从定位原理和测距方法以及伪距数学模型对数字电视无线广播信号定位原理和模型进行了系统化的科学分析，指出模型主要包括观测方程和状态方程两种，最后从定位建立和准备阶段、定位计算阶段以及定位更新阶段对定位的具体流程进行了简单的分析。总而言之，目前，该定位系统在大规模的建设当中，并且已经在全球不同区域内逐渐形成了以数字电视或者声音广播为基础的广播标准，用户端不仅可以能够成功接收到有效的消息，如数字音频或视频，并且能够利用无线进行定位。

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