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北斗定位系統(tǒng)是我國(guó)自主開(kāi)發(fā)的全球定位系統(tǒng)，目前北斗定位系統(tǒng)在軌運(yùn)行衛(wèi)星已達(dá)16顆，截止2012年12月 27日，我國(guó)的北斗定位系統(tǒng)空間信號(hào)接口控制文件正式版已公布，北斗定位導(dǎo)航業(yè)務(wù)正式對(duì)亞太地區(qū)提供無(wú)源定位、導(dǎo)航及授時(shí)服務(wù)。該系統(tǒng)可為汽車、客機(jī)和輪 船等常用交通工具提供定位服務(wù)，為精確制導(dǎo)武器提供定位導(dǎo)航服務(wù)，其對(duì)我國(guó)軍事國(guó)防事業(yè)擺脫對(duì)國(guó)外GPS系統(tǒng)依賴有著重要意義，另外對(duì)農(nóng)牧業(yè)、漁業(yè)生產(chǎn)也 有著重要意義。

在眾多實(shí)際應(yīng)用背景下，如何提高衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)的定位精度就顯得尤為重要。本文提出一種基于雙天線結(jié)構(gòu)的構(gòu)想，以提高北斗定位模塊的定位精度為目的，在嵌入式ARM+DSP系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)北斗定位系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想

在衛(wèi)星定位系統(tǒng)眾 多應(yīng)用中，常用于描述衛(wèi)星定位精度的參數(shù)主要有水乎均方根誤差(Distance Root-Mean-Square，DRMS)、圓概率誤差(Circular Error Probable，CEP)和球概率誤差(Spherical Error Probable，SEP)等，這些參數(shù)被廣泛用于測(cè)量和各種定位系統(tǒng)中，其計(jì)算和準(zhǔn)確性與定位誤差的三維分布特征密切相關(guān)。文獻(xiàn)證明在一般情況下，定位 誤差的三維分布呈橢球狀，被稱為誤差橢球。其幾何特征主要包括橢球的軸方向、軸長(zhǎng)和軸比。軸方向是橢球的3個(gè)主軸所在的方向，軸長(zhǎng)是定位誤差在橢球軸方向 上的標(biāo)準(zhǔn)差，軸比是橢球3個(gè)軸長(zhǎng)之間的比值。誤差橢球的軸比決定了真實(shí)位置落在DRMS圓上的概率。

在對(duì)文獻(xiàn)分析后，進(jìn)行單點(diǎn)100組連續(xù)北斗模塊定位測(cè)試，統(tǒng)計(jì)誤差分布規(guī)律，經(jīng)實(shí)際測(cè)試、統(tǒng)計(jì)分析得出北斗模塊的實(shí)際定位誤差近似服從正態(tài)分布，北斗定位模塊的水平定位誤差依91%的概率收斂于8～10 m之間，其中9 m處的分布概率為82%，如圖1所示。

圖1 北斗模塊測(cè)試統(tǒng)計(jì)情況

DRMS值為9.0 m，記作R，在實(shí)際測(cè)量中北斗模塊給出一組定位數(shù)據(jù)(a1，b1)，記作A，a1、b1分別表示經(jīng)度和緯度信息，則以(a1，b1)為圓心的DRMS圓如圖2所示。

圖2 北斗定位二維DRMS圓示意圖

在同一塊電路板上使用雙天線模塊接收北斗定位導(dǎo)航信息，由于將兩個(gè)天線并排安放，所以在任意時(shí)刻兩個(gè)北斗定位模塊相對(duì)于北斗衛(wèi)星的通信鏈路相同，兩個(gè)北斗定 位模塊可見(jiàn)星情況和接收到的前端衛(wèi)星定位信息也相同。假定某一時(shí)刻兩個(gè)模塊接收到的定位信息分別為(a1，b1)和(a2，b2)，以(a1，b1)和 (a2，b2)為圓心，R為半徑的DRMS圓，兩圓記為A、B，則真實(shí)點(diǎn)依大概率收斂于兩個(gè)圓交點(diǎn)中(a3，b3)、(a4，b4)。根據(jù)前一時(shí)刻的位置 信息和速度信息可排除其中一個(gè)交點(diǎn)(a3，b3)或(a4，b4)，則剩下的點(diǎn)就為真實(shí)位置的最大概率分布點(diǎn)。

圖3 北斗雙天線真實(shí)點(diǎn)分布示意圖