[發明專利]導航系統中衛星位置的確定方法

有效

• 申請號: 200680048243.6
• 申請日: 2006-10-31
• 公開（公告）號: CN101351722A
• 公開（公告）日: 2009-01-21
• 發明（設計）人: M·范德波西其
• 申請（專利權）人: 泰勒斯公司
• 主分類號: G01S5/14
• 分類號: G01S5/14;G01S1/00
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司
• 代理人: 戈泊

技術領域

本發明涉及在衛星導航系統中確定衛星位置的方法。它特別可應用于增加位置數據的有效持續時間(validity?duration)。

背景技術

衛星導航系統通常指的是GNSS(全球導航衛星系統)。這些系統包括圍繞地球運動的一群(a?constellation?of)衛星。在衛星定位系統中，目標的位置，換句話說其在空間中的坐標通過確定每個衛星和目標之間的特殊超頻率波(hyper?frequency?wave)的傳播時間以已知方式進行確定，傳播時間用于確定從目標到衛星的距離。知道距離至少四個衛星的距離和這些衛星它們自己的位置于是提供一種確定目標位置的方法。

因此，知道衛星的位置是確定目標位置中的重要元素。衛星圍繞地球按它們的軌道轉動。結果是由衛星提供的導航數據具有多種缺點。首先，這些數據僅在短時期是有效的，通常為4小時的級別，并因此必須進行定期更新，作為對于產生和分發數據所需的近似值(approximation)的結果。結果是服務開發內容(service?developmentcontext)中的一系列問題中的其它信息源(陸地網絡、同步衛星等)被加入到主導航系統，特別是：

-導航數據被更新時的頻率使用造成通信網絡上的擁塞的數據流；

-導航數據被更新時的頻率意味著用戶難以獨立，特別是在他比數據有效時期更長地失去通信網絡的情況下；

-導航數據有效期間的持續時間防止正在處理他的數據的遠離服務中心的用戶使用該服務中心，這是因為同一衛星在同一時間對用戶和對該服務中心兩者必須是可視的，這特別是在用戶進行長途旅行時會引起問題。

所有這些問題都造成由衛星產生的導航數據隨時間的降級(degradation)。注意到由衛星產生的導航數據的降級對于它們位置的預測比對于它們的原子鐘的偏移的預測更重要。對于定位，在作為超過數據有效期間的時間的函數的誤差方面存在快速增長，同時時鐘偏移的誤差增大，但是更加慢。

衛星位置數據通過一組軌道參數由導航消息發送給用戶。這些軌道參數是用于由開普勒定律描述的軌道的參數方程的參數，其中開普勒定律被略微修改以包括不同類型的偏差(distortion)，以便考慮衛星軌道中力的第二階作用(second?order?effect)而不是球形地球的重力勢。這種類型的軌道隨后將被稱為準開普勒軌道。通過對衛星到衛星軌道上的預測位置的運動方程進行積分而獲得這些參數。通過這些被預測的位置上的準開普勒軌道的調節來獲得用于表示一部分準開普勒軌道的參數軌道方程的參數。然后使用這些經過調節的參數提供衛星位置數據。如上所述，這些衛星位置數據隨時間降級。特別地，這種降級的一個原因是下述問題。

用于準開普勒軌道的參數方程是僅參考伽利略坐標系統來描述衛星位置的有效模型。不過，由于實際上的原因，準開普勒參數方程用于在跟隨地球轉動的坐標系統中播報衛星位置的坐標。該坐標系統是非伽利略的。出于這個原因，無疑可以獲得可靠的軌道，但只是對于具有有限和已知持續時間的短時間間隔。在該時間間隔之外被預測的軌道非常不符合衛星的真實軌道。

給出衛星的位置坐標的非伽利略坐標系統是與地球有關的坐標系統，因此該坐標系統隨著地球轉動。為什么使用這種坐標系統的原因在于例如數字地圖模型的坐標系統的服務的用戶使用的所有其它數據都關于這種地球坐標系統進行參考。結果是使用這種坐標系統用于參考衛星位置數據實際上是不可避免的。

發明內容

本發明的一個特殊目的是克服上述缺點，特別是擴展具有以關于與地球有關的坐標系統的坐標形式的上述衛星位置數據播報的有效性。為了實現此事，本發明的目的是一種方法，用于使用導航系統外部的、并參考與地球有關的坐標系統的衛星位置數據以在導航系統中確定衛星的位置。這些數據被轉換成伽利略坐標系統以計算衛星軌道、預測由被轉換成伽利略坐標系統的軌道確定的衛星位置。

該方法同樣優選使用導航系統內部的、參考與地球有關的坐標系統的導航數據，以計算軌道。

在一個可行的實施例中，該方法包括：

-采集衛星位置數據的第一步驟，

-采集地球的轉動參數值的后續步驟；

-在與地球有關的坐標系統中計算衛星的位置坐標的步驟；

-使用地球轉動參數將位置坐標轉換成伽利略坐標系統的步驟；

-為每顆衛星計算作為在伽利略坐標系統中所參考坐標的函數的軌道的步驟。

在第一步驟中采集到的數據有利地包括導航系統的外部數據。例如，通過EGNOS或WAAS系統或通過例如IGS組織的其它公共團體產生這些數據。