伪卫星定位系统发展历史与现状

伪卫星（Pseudo-Satellite或Pseudolite，缩写为PL），是布设于地面上发射某种定位信号的发射器，通常都是发射类似于GPS的信号。也正因为这个原因，通常所说的伪卫星都是针对GPS所设计的伪卫星。当然，也有极少数伪卫星其信号是模拟Galileo或者GLONASS系统的，甚至某些特殊用途的伪卫星采用的是自定义的定位信号格式。

发展历史

事实上，伪卫星的使用比GPS本身还要早。在70年代的GPS初期预研阶段，美国国防部发射其第一颗GPS之前，所有的概念测试和GPS接收机的原理验证工作都是通过布设于地面上的“模拟卫星”来完成的，这实际上就是一种伪卫星。Parkinson和Klein早于80年代初就已经指出伪卫星可以成为GPS运作当中的一项有效的补充技术，因为它可以改善导航性能和几何精度。在80年代中期，国际RTCM组织研制出了能接收GPS卫星信号、计算伪距和伪距改正、并能以每秒50比特的速率用L1载波频率发射导航电文的简单伪卫星系统，该伪卫星的信号格式与GPS是相类似的。在此之后，国际RTCM组织的SC 104分会又设计和制定了包含八种信息的伪卫星星历数据格式，其中包括伪卫星的位置、码和健康标志等等。但因受到软硬件技术水平的制约，其发展相当缓慢。

斯坦福大学研制的火星探测伪卫星 Transceiver

澳大利亚LOCATA地基卫星精密导航定位技术是1997年由Nunzio Gambale和David Small共同创立的澳大利亚LOCATA公司，推出的类GNSS导航定位系统，旨在补充解决GNSS技术的诸多短板，如天基的GNSS卫星信号易受干扰、遮挡，在室内更是无法使用等等。LOCATA的创立者圆满地解决了这些问题，并能有效地与GNSS兼容，开创了后GNSS卫星定位系统的全新时代---GNSS 2.0时代。

其基站相当于一个卫星星座（只是卫星轨道是地基的，而不是传统意义的天基），对于天基GNSS是一个有效的补充和独立的备份。LOCATA地基卫星系统可以独立组网运营，也可通过与GNSS卫星的时间同步实现与GNSS的联合组网。经过20年的发展，LOCATA技术已通过其合作伙伴在矿山机械施工、机场盲降、港口集装箱引导、无人驾驶汽车测试场、大坝与桥梁变形监测、仓储物流、军事等领域得到了广泛的应用，形成了具有独特优势的解决方案。

Locata公司研制的伪卫星LocataLite基站天线

LOCATA组网模式

汉城大学研制的室内伪卫星系统

完善

随着新的伪卫星概念的提出及其硬件技术的不断完善，伪卫星定位系统已在室内、地下、飞行导航、火星探测等方面得到了一些应用，利用伪卫星和GPS组合进行定位也成为提高GPS定位精度的有效途径之一。虽然伪卫星定位技术在理论和应用研究中尚有很多难题有待解决，但其前景相当广阔，并已成为导航定位领域中的一个新的研究热点，得到了国际学术界的广泛重视。

出于结构复杂程度和成本的考虑，伪卫星发射器一般设计为单频。而由于设计理念及功能的不同，伪卫星可以有很多种类型。其中较为常见的主要有简单式伪卫星（Simple Pseudolite）、脉冲式伪卫星（Pulsed Pseudolite）和同步式伪卫星（Synchrolite）等。

伪卫星可以与GPS以多种模式组成系统进行定位和导航，从原理上来讲，伪卫星也可以完全替代GPS卫星而进行独立定位。伪卫星一个显著的特点就是其高度角很低，且信号毋需通过电离层。通过利用这种低高度角卫星，GPS和伪卫星组合后能够有效地改善几何图形结构，提高垂直方向的定位精度。在某些特殊场合，伪卫星甚至可以完全取代空中的GPS，而进行单独定位。伪卫星定位的基本原理仍是利用GPS相对定位中的“双差”方法，其可靠性和精度除了取决于硬件设备之外，也与伪卫星的几何图形配置密切相关。

前景

伪卫星因其定位精度高，低功耗，易于实现室内外无缝定位等优势得到越来越广泛的应用。近年来，随着软硬件技术的发展和用户接收机水平的提高，人们提出了各种新的伪卫星概念，其中既有动态方面的应用，也有静态应用，既有伪卫星单独定位，也有组合形式的定位等。很多研究都已经表明，伪卫星增强GPS技术是行之有效的技术，伪卫星的信号可改善卫星定位的图形结构，并提高系统的可用性（Availability）、可靠性（Reliability）以及精确度（Precision）。

传统的差分GPS...但这在硬件上也存在着困难.这种技术将减少GPS信号的兼容性,而且显著增加接收机的成本。因此,利用一种新码来解决远-近效应似乎是不现实的。FDMA-频率偏值技术 使伪卫星信号偏离标称值1575.42MHZ约10～20MHZ。

来源：铁路测绘/百度、数联时空、MIWIND

转自：“测绘学术资讯”微信公众号

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