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一、静态漂移抑制可有效提高户户通定位精度,实现有效监管
        北斗户户通已提上议事日程,作为广电重大民生工程,倍受党和政府以及社会各界关注。2017年,北斗户户通机顶盒行业标准颁布(GD/J072、GD/J073-2017),明确新一代户户通机顶盒采用北斗定位。按照我国户户通的定位管理办法,以自然村为边界,一旦出现跨区域使用,将不能正常收看电视。在行业标准中要求,采用卫星模拟器(输出不少于10颗可见北斗卫星且HDOP≤4或PDOP≤6的静态场景, 卫星信号功率电平为-127dBm,连续测试1小时以上)实验室环境下,水平定位精度≤15m。
        行业标准要求实际上是一个比较宽松的条件。在动态情况下,一般北斗定位精度为3-5m,空旷良好环境下可达到1-3m。但是往往存在静态定位漂移,特别是在某些郊区、偏远山区,树木、山体或者建筑物遮挡的情况下,静态漂移可达到五十米以上甚至严重情况下超出百米,有的国产芯片甚至达到200米,对户户通用户监管非常不利。因此,如何抑制静态漂移、实现精准定位,对保证户户通有效监管、保证安全播出尤为重要。
        实际上,静态漂移在很多其他行业应用也会产生不利的影响。例如用户在寻找某辆共享单车时,漂移过大就无法找到,必须依靠亚米级定位或者漂移抑制来解决;井盖、移动基站铁塔、集装箱、IPC视频监控等定位都属于静态定位。

二、静态漂移抑制的架构及算法
        静态漂移抑制算法对静态数据(包括频谱和样点)进行监控,通过射频及功放时钟实时校准、链路增益动态调整、定位数据动态求均、异常快速恢复等多种实时控制技术,提高定位准确度。静态抑制算法单元包含静态数据监控分析和静态陷波器两部分。
        (一)静态数据监控
        静态数据监控通过监控处理使信号达到比较理想状态,可以检测前端增益和信号饱和情况,及时产生射频控制信号并对其进行调整。数据监控分为信号频谱监控和样点分布监控,其结构如图1所示。
        (二)静态陷波器
        静态陷波器的结构如图2所示,包括静态检测和陷波。

        图1 数据监控结构       

       图2 静态陷波器结构
        (三)几何精度因子GDOP
        GDOP( G e o m e t r i c D i l u t i o n Precision)是衡量定位精度的重要系数,代表定位测距误差造成的接收机与空间卫星间的距离矢量放大因子。GDOP数值小,代表大的单位矢量形体体积,定位精度就高,表明卫星在空间分布不集中于一个区域, 同时能在不同方位区域均匀分布。在定位导航中, 常用精度因子(DOP,dilution of precision)来衡量观测卫星的空间几何分布对定位精度的影响,DOP分为以下几种,几种DOP之间的关系为:                    HDOP2+VDOP2=PDOP2
        PDOP2+TDOP2=GDOP2:
        • PDOP( position dilution of precision) 三维位置精度因子:纬度、经度和高程等误差平方和的开根号值,卫星分布程度越好,精度越高;
        • TDOP(time dilution of precision)钟差精度因子:为接收机内时表偏移误差值;
        • HDOP(horizontal dilution of precision)水平分量精度因子:为纬度和经度等误差平方和的开根号值;
        • VDOP:高程因子,又称高程精度因子。
        (四)静态漂移抑制算法
        静态漂移抑制的典型算法如下:
        • 设定、优化静止模式的参数,检测到机顶盒状态为静止时,强制速度为0;
        • 检测到速度为0时,强制方向为0;
        • 当数据中的速度为0时,不去更新地图上的经纬度;
        • 通过比较上次定位数据经纬度差的绝对值(包含UTC世界协调时,Universal Time Coordinated),判定是否有慢速移动;
        • 通过判断GDOP值来判断是否要传当前这个定位经纬度数据;
        • 2D二维数据定位精度较差,并且容易出现叠加漂移,通过3D三维数据修正;
        • 设定电子围栏方式,连续判断5-10次,如果连续5-10次判断该点在设置的围栏以外,可确定该点处于移动状态,并出了围栏外;如果只有1-2次判断该点在设置的围栏以外,可判断为漂移点,进行过滤处理。
        (五)静态漂移抑制实际效果
        通过对采用静态漂移抑制算法的国产北斗芯片、两个国际企业的定位芯片分别在1/2天空、严重遮挡环境下,进行对比测试,漂移数据如表1、表2所示。
        具体测试方法为:对不同场景进行测试,反复冷启动,通过数据分析统计各设备定位点位置,每个数据代表一次冷启动3 分钟时刻的定位点漂移。
        作者对采用静态漂移抑制算法前、后的国产北斗芯片作测试对比,如图3所示,效果非常直观明显,大大改善了北斗芯片的定位性能。图中圆心代表实际位置,其中右图为采用漂移抑制算法后的效果。
   
        表1 采用漂移抑制算法的国产芯片与国外芯片的对比(1/2天空) 
   
       表2 采用漂移抑制算法的国产芯片与国外芯片的对比(严重遮挡)
   
      图3 静态漂移抑制效果

        三、结论与展望
        作为新一代户户通的关键技术,采用静态抑制算法,定位效果可达到国际先进水平,起到良好效果,对保证以自然村为边界的户户通行业监管尤为重要,并可以拓展到其他重要的静态物体定位行业应用上。



转载自《卫星与网络》2018年 1&2月 P70-71
作者:孙功宪
 

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