一种VHF信号附加二次相位因子的测量系统

摘要

本发明属于电波测量领域，涉及陆基定位和电波传播交叉应用学科，具体涉及一种VHF信号附加二次相位因子的测量系统；包括岸站发射系统，固定测试点接收系统和移动测试点接收系统，所述岸站发射系统和固定测试点接收系统的位置已知，且距离比较近（小于3km），移动测试点接收系统的位置通过RTK测量获得；岸站发射系统产生并发射测试信号，它由收发端共视的授时GPS接收机、高精度同步原子时钟、数字中频测试信号发生器、DA转换模块和上变频模块组成；其有益效果是：利用本发明能够准确测量出一定范围内VHF信号的附加二次相位因子，为建立VHF信号的ASF数据库提供实测数据。

说明书

技术领域

本发明属于电波测量领域，涉及陆基定位和电波传播交叉应用学科，具体涉及一种VHF信号附加二次相位因子的测量系统。

背景技术

为了保证船舶的航行安全，有必要安装天基和陆基双备份定位导航系统。当前的路基定位导航系统的终端产品价格昂贵，船舶安装率很低。而几乎所有的船舶都已安装了AIS（Automatic identification System） 终端设备，世界主要沿海区域已经基本覆盖AIS岸站系统，因此，利用现有AIS系统进行船舶自主定位的技术具有广泛的应用基础。但是，AIS信号的二次相位延时必然会对定位精度造成影响，因此，需要测量信号的附加二次相位因子ASF（Additional Secondary Factor），并创建VHF信号的ASF数据库，从而能够根据实测数据建立修正模型，来减小定位误差。

发明内容

本发明的目的就是提供一种VHF信号ASF的测量系统，它适用于AIS船舶自主定位导航系统进行二次相位修正，提高定位精度。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种VHF信号附加二次相位因子的测量系统，包括岸站发射系统，固定测试点接收系统和移动测试点接收系统，所述岸站发射系统和固定测试点接收系统的位置已知，且距离比较近（小于3km），移动测试点接收系统的位置通过RTK测量获得；岸站发射系统产生并发射测试信号，它由收发端共视的授时GPS接收机、高精度同步原子时钟、数字中频测试信号发生器、DA转换模块和上变频模块组成；测试信号不含电文信息，它用M序列调制载波，调制方式为BPSK调制，收发端共视的授时GPS接收机的PPS脉冲信号触发M序列的起始位置，以此作为时间标识进行测距；固定测试点接收系统和移动测试点接收系统的结构相同，都由下变频模块、AD转换模块、共视的授时GPS接收机、高精度同步原子时钟和数字中频信号处理器组成；数字中频信号处理器包括载波剥离模块、M序列产生模块、延时控制模块、延时模块、运算模块和处理器模块；接收系统和中的收发端共视的授时GPS接收机和高精度同步原子时钟使接收机能够得到信号的发射时间信息和同步的接收时间信息；运算模块进行相乘积分累加运算，并将各路相关结果送给处理器模块进行处理，处理的结果用于控制延时控制模块，它对延时模块中的延时值进行调整，延时模块的值是根据收发端位置计算出的理想延时，在这个初始延时的基础上，多个延时模块相应产生多个M序列，它们分别进行相关运算可以获得多个相关值，选择其中最大相关值的支路进行分辨率更高的延时，及延时模块中的值比延时模块的值更精确，信号的发射时间信息就可以通过最大相关支路的延时值获得。

具体处理步骤如下：

1）岸站不断地产生并发射测试信号，该信号是用M序列调制载波，调制方式为BPSK调制，共视授时GPS接收机的1PPS脉冲标志M序列的起始位置；

2）将移动接收系统放在固定接收系统相同的位置，测量信号从岸站到固定接收系统和移动接收系统的传播时间分别为                                               和，两者相减得到接收设备的接收时延之差；

3）将移动收系统放置在测试范围内的其他测试点，测得信号从岸站到移动接收系统的传播延时，，…，，…，并相应测得信号从岸站到固定接收系统的传播延时，，…，…；

4）对测量数据进行处理，得到各移动测试点的附加二次相位因子。

信号从岸站到固定接收系统和移动接收系统的传播时间可以分别表示为式（1）和式（2）所示：

                                     （1）

                                     （2）

其中，为岸站发射台的发射设备的时延；为固定测试点接收系统的时延；为移动测试点接收设备的时延。具体处理步骤2）测得的和，两者的表示式（1）和式（2）中只有最后一项不同，因此两者相减可以得到两个接收设备的接收时延之差。

由于固定测试点离岸站发射台很近，所以两项可以忽略不计，因此式（1）可以表示为式（3）：

                                                （3）

式（2）-（3）可以得到：

                            （4）

因此 

                            （5）

和可以实际测量获得，可以根据测试点到岸站的真实距离和大气折射指数计算得到，可以根据测试点到岸站的真实距离和海水电导率等参数计算得到，岸站和固定测试点A的位置准确已知，移动测试点B的位置可以通过RTK测试获得精确位置。

本发明的有益效果是：利用本发明能够准确测量出一定范围内VHF信号的附加二次相位因子，为建立VHF信号的ASF数据库提供实测数据。

附图说明

图1是本发明的VHF信号附加二次相位因子的测量系统的结构框图；

图2是本发明的岸站发射系统的结构框图。

图3是本发明的测试点接收系统的结构框图。

附图标记如下：1、岸站发射系统，2、固定测试点接收系统，3、移动测试点接收系统，4、收发端共视的授时GPS接收机，5、高精度同步原子时钟，6、数字中频测试信号发生器，7、DA转换模块，8、上变频模块，9、下变频模块，10、AD转换模块，11、数字中频信号处理器，12、载波剥离模块，13、M序列产生模块，14、延时控制模块，15、第一延时模块，16、第二延时模块，17、第三延时模块，18、运算模块，19、处理器模块。

具体实施方式

下面将结合实例，对本发明做进一步说明。

实施例一：

（1）岸站发送信号

选择岸站的位置为北纬38^°48.23′ ，东经121^°38.52′，固定测试点的位置为北纬38^°47.86′ ，东经121^°38.34′，并分别安装岸站发射系统和接收系统设备。岸站发射信号为BPSK调制的信号，它用M序列调制162.125MHz的载波，不含有电文信息。M序列的周期为63，本原多项式为，码速率为9576 bits/s，每秒钟包含152个M序列。

（2）固定测试点接收信号测设备时延

将移动接收系统放在固定接收系统几乎相同的位置，固定点接收设备测得信号传播延时= 3084250ns，移动点接收设备测得信号传播延时= 3084230ns，两者相减得到接收设备的接收时延之差=20ns。

（3）移动测试点接收信号测二次相位因子

将移动接收系统放在北纬38^°47.56′ ，东经121^°32.21′，测得信号传播延时= 34573780ns，同时，固定点接收设备测得信号传播延时= 3084470ns，根据式（5）可以计算得到该移动测试点的附加二次相位因子=1460ns。将移动接收系统放置在其他位置，可以用同样的方法得到其附加二次相位因子的值。