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locata定位系统

Locata定位系统概况

二〇一三年一月

1Locata概述

Locata是一种利用地面设备信号的定位系统，比GPS更精确，而且信号更强。

Locata定位系统使用的是地面设备，而不是卫星。

它能在局部区域投射出比GPS强大一百万倍的无线电信号。

据称无论是在室内还是室外Locata均表现优异。

而且，信号接收器可以小到装进一个普通的手机里。

Locata定位系统实际上是伪卫星定位技术的一种。

其之所以能提供比GPS更高的精度，是因为伪卫星可以与GPS以多种模式组成系统进行导航和定位，甚至伪卫星可以完全替代GPS系统而进行独立定位，伪卫星一个显著的特点就是其高度角很低，而且信号不经过电离层传播。

通过利用这种低高度角伪卫星，GPS与其组合后能够有效地改善定位几何图形结构，极大提高了在垂直方向上的定位精度。

2Locata定位系统原理

2.1Locata定位系统组成

Locata定位系统组成：

GPSSatelites（太空）、LocataLites（地面固定静止）和Locata（静止或者移动）组成。

其中如果LocataLites定位足够精确后，可以不利用GPSSatelites信号即可单独和Locata实现组网完成定位。

该系统至少由4座以上的LocataLites的基座和locata用户组成，该系统组网后称为LocataNet系统。

Locata是一种接收机装置，它可以被放置在移动单元上进行动态航迹测量，能够同时接收GPS信号和LocataLite信号。

当Locata追踪到4颗或者更多的LocataLite信号时，给出的三维定位精度可以达到亚厘米级。

图1Locatalite装置示意图

LocataLite是澳大利亚Locata公司自行研制的一种时钟同步伪卫星收发器，它发射类GPS卫星信号利用载波相位测量可以达到厘米级精度，工作频率为标准L1频率，产生C/A码伪距信号，针对LocataLite的接收机装置叫做Locata。

LocataLite收发装置如上图所示。

系统工作如下图所示：

图2Locata定位系统工作示意图

LocataNet系统包括一组LocataLies收发器阵列和一个Locata，当LocataLites的时钟同步之后，整个系统不再需要参考站来差分消除伪卫星和接收机的时钟偏差，因为每一个LocataLite都会自动与主LocataLite或者其他的LocataLite进行时钟同步。

这项时钟同步技术叫做TimeLoc。

一旦LocataLites阵列时钟同步之后，可以测量出Locata的位置精度达到亚厘米级整个系统最主要的优势是时钟同步之后阵列内将不再存在时钟偏差。

2.2Locata定位机理

LocataNet系统采用TimeLoc技术来使得所有的LocataLites伪卫星时钟同步，可以分为以下几个步骤：

1首先利用一个LocataLiteA对4颗甚至更多的GPS卫星进行观测，来精确定出自己所在的3维位置，然后LocataLiteA利用其Locata的信号开始发射C/A码测距信号；

2其次LocataLiteB追踪并捕获到从LocataLiteA发射的信号，也利用观测4颗或更多的GPs卫星来确定自身的三维位置。

这里LocataLiteB采用一个不同的PRN码发射C/A码和载波信号，并且利用直接数字合成技术调节自己的温控晶振来减少其C/A码信号与从LocataLiteA发射的C/A码信号之间的差异，另外通过持续的监测两个信号来确保LocataLiteA和LocataLiteB时钟同步。

这种技术的优势是利用低价的温控晶振代替昂贵的原子钟来获取时钟同步。

3LocataLiteC接收到从LocataLiteA和B发射的信号，并且通过观测GPS卫星来确定自身出的位置。

通过调节温控晶振使得发射的C/A码信号与LocataLiteA和B的C/A码信号时钟同步。

4对于LocataLiteD也按照步骤3确定出自身位置，以及与LocataLiteA,B和C信号时钟同步，这样4颗LocataLiteA,B,C和D都已经确认自身位置并且信号都实现了时钟同步，然后通过双向测距技术计算出两两之间的距离。

这时不再需要GPS定位星座，由这4颗LocitaLite将构成一个独立的定位系统，当一个Locata在系统中移动时可以根据三角测量法确定其位置。

3Locata定位系统性能指标

澳大利亚Locata公司研制的Locata定位系统。

目前的性能指标已经具备很强的工程应用价值，具体指标如下表所示：

表1第一代和当前的locata系统指标

另外，从国外的资料和专家的评价来看，Locata不是为了取代GPS系统，而是作为GPS的一种延伸和扩展。

Locata可与GPS协同工作，也可完全独立于GPS系统，实现厘米级的实时定位。

特别是在2010年的各种试验表明其存在的潜能，其定位技术被GNSS行业称之为第二代定位技术（即GPS2）。

Locata系统信号体制采用的是TDMA+CDMA格式。

它兼容了TDMA和CDMA多址方式的优点，采用CDMA技术对其进行码区分，即使各Locata信号是以相同频率发送，同时运用TDMA技术来减少LocataLite（Locata发射机）信号之间的干扰。

另外，美国空军最近在白沙导弹靶场测试Locata的准确性，结果显示Locata的误差仅为18厘米。

测试者克里斯托弗·莫兰（ChristopherMorin）说，理论上它可以精确到5厘米范围内。

虽然不能保证Locata能在复杂的城市环境中运行，但是其信号确实远比GPS的要强。

表2GPS和Locata系统的性能对比表

4Locata定位系统工程应用

4.1Locata定位系统工程应用方向

目前，LocataLite已经在军事和工业上开展应用。

例如，在位于新墨西哥的美国空军白沙导弹试验场上，该系统被用于跟踪军需品。

而西澳大利亚的波丁顿金矿则正在利用其进行高精度定位挖掘及钻井设备。

中国科学院遥感应用研究所研究员崔宏伟向《科学时报》记者介绍说，我国研究者也正在采取类似的理论和方法，并且已经在东南沿海地区建设了地面GPS系统，精度达到一米。

但是，“LocataLite作为一套独立定位系统，需要进行特别维护。

”用户现阶段可能仍然会选择美国、俄罗斯的GPS服务，而避免繁杂的系统维护过程。

4.2Locata白沙导弹试验场定位试验

试验的区域：

2500平方英里。

图3试验区域示意图

测试条件：

10个LocataLites覆盖800平方英里区域。

测试的10个LocataLites位置，包括主LocataLites位置示意图如下：

图4LocataLites位置

图5主LocataLites位置

发射基座LocataLites示意图如下：

图6发射基座LocataLites示意图

Locata系统中的Locata用户接收装置如下，装置安装在飞机上，以验证高速移动状态下的定位精度是否能带到预期的指标。

图7飞机基座的Locata接收器

图8接收器放大图

试验的结果如下：

Locata信号的接收距离为40英里稳定接收。

Locata接收装置的移动速度为接收的精度为横向6cm、纵向6cm以及高度精度为15cm。

图9接收范围

图10移动动接收状态

图11接收精度结果

5Locata定位系统能否用于导弹制导

Locata系统能否用于导弹制导取决于以下几点：

1LocataLite基座。

为导弹提供定位信息的基座需具备几个基本的特征：

一，作战区域具备的基座布置的条件；二，基座布置后需要如何进行自身位置的定位，如需要由GPS信号提供自身的定位，并且定位的精度不能低于提供Locata接收器的定位精度；三，如果Locatalite基座的定位为临时布置，自身定位的时间需要多久，且要考虑战时的GPS信号的可用性和干扰；四是，基座的提供的密度以及信号覆盖的区域是否满足导弹的全程飞行空域。

2导弹上的Locata接收器。

从现有资料来看，弹上的接收装置很容易实现，一，接收装置成本低，体积小；二，可以与GPS信号接收器切换使用。

3目标位置信息的定位。

从Locata的定位原理来看，目标位置定位的信息必须是相对于地球坐标系。

一，导弹攻击固定目标，则需要战前提供相当与导弹接收精度级别的定位误差，高价值的固定目标是容易实现的，但是局部战场的战术目标的定位精度测量是比较难以实现的。

二，导弹攻击移动目标，移动目标的测量取决于测量装置的测量精度，目前的雷达探测和红外探测装置的测量精度都未达到Locata系统的定位精度级别。