[發(fā)明專利]區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710122504.0
• 申請日: 2007-09-26
• 公開（公告）號: CN101140321A
• 公開（公告）日: 2008-03-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張軍;朱衍波;王志鵬;劉強;薛瑞
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G01S5/02
• 分類號: G01S5/02;G01S5/14
• 代理公司: 北京同立鈞成知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 劉芳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，特別是一種在一定區(qū)域范圍內(nèi)可精確定位的區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)；本發(fā)明還涉及一種衛(wèi)星導(dǎo)航方法，特別是一種在一定區(qū)域范圍內(nèi)可精確定位的區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航方法。

背景技術(shù)

隨著全球定位系統(tǒng)(Global?positioning?system，也叫衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，以下簡稱：GPS)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，利用衛(wèi)星進行導(dǎo)航已經(jīng)成為一種不可逆轉(zhuǎn)的趨勢。世界許多國家也都開始發(fā)展自己的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，歐洲、俄羅斯、日本都在相繼開發(fā)本國的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)來對抗美國的GPS；在中國，1983年，陳芳允學(xué)者提出了雙星定位通信系統(tǒng)，后經(jīng)多次討論發(fā)展為目前的北斗系統(tǒng)(一代)。目前，中國正在建設(shè)自己的新一代導(dǎo)航系統(tǒng)——“北斗二代”。

盡管各國都在盡力發(fā)展自己的導(dǎo)航系統(tǒng)，但是，就目前來看，發(fā)展最完善，應(yīng)用最廣泛的還是美國的GPS系統(tǒng)。然而，對于除美國以外的用戶來說，技術(shù)上比較成熟的GPS系統(tǒng)在政策上是沒有保障的，美國政府隨時可以通過技術(shù)手段終止GPS信號在特定地區(qū)的播發(fā)；而在政策上有保障的自主導(dǎo)航系統(tǒng)在技術(shù)上又不成熟；還有一些小國家，地理面積很小，沒有能力也沒有必要建立一個全球的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。由此可見，發(fā)展一種區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)就變得尤為必要。

現(xiàn)有的區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是利用地面參考站和空中的區(qū)域偽衛(wèi)星，形成倒GPS系統(tǒng)，所謂倒GPS系統(tǒng)就是：把地面參考站當作GPS衛(wèi)星，把區(qū)域偽衛(wèi)星當作導(dǎo)航定位的用戶設(shè)備，利用地面參考站發(fā)射的信號來解算區(qū)域偽衛(wèi)星的位置；把區(qū)域偽衛(wèi)星的位置確定下來后，再利用區(qū)域偽衛(wèi)星來給真正的區(qū)域內(nèi)的用戶設(shè)備定位。但是，由于區(qū)域偽衛(wèi)星之間、偽衛(wèi)星與地面參考站之間以及地面參考站之間的所具有的時鐘不一致，導(dǎo)致的鐘差問題成為該技術(shù)鐘精確計算偽衛(wèi)星位置的一個瓶頸。目前解決這個問題的有兩種方法：

第一種是把一顆時鐘精度很高的區(qū)域偽衛(wèi)星作為參考星，其他偽衛(wèi)星都通過這個參考星來進行時鐘校正，這種方法的優(yōu)點是，不必考慮軌道誤差，大氣延遲誤差；所有的硬件和軟件都設(shè)置在地面上，其功率大小、體積大小、以及計算負擔都可以很容易地解決。但是，由于該參考星對其附近的其他偽衛(wèi)星校準精度高，對遠些的偽衛(wèi)星校準精度就會下降，所以利用該方法的缺點是，參考星的位置低，可見性差，難以覆蓋很大的區(qū)域；此外，系統(tǒng)的完好性無法保證，如果這顆參考偽衛(wèi)星出現(xiàn)故障，將給整個區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)帶來麻煩。

第二種是把一顆所有地面參考站均可見的GPS星作為參考星，與上述方法中要用一個時鐘精度很高的區(qū)域偽衛(wèi)星作為參考星相比，該方法的優(yōu)點是減少了高精度時鐘的開銷。但是，這種方法卻引入了軌道誤差和大氣延遲誤差，使得計算出來的偽衛(wèi)星位置不準確，再用其給用戶設(shè)備定位將帶來更大的誤差；同時該方法還存在衛(wèi)星信號跟蹤的問題，如果由于遮擋、GPS衛(wèi)星故障等原因使得GPS衛(wèi)星無法跟蹤時，就無法糾正偽衛(wèi)星的鐘差，整個系統(tǒng)仍不獨立于GPS系統(tǒng)。

同時，GPS作為一個全球性的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，也有其不足之處，需要進行增強，為此美國開發(fā)了廣域增強系統(tǒng)(Wide?Area?AugmentationSystem，以下簡稱：WAAS)，該系統(tǒng)是利用兩顆地球同步軌道衛(wèi)星作為通信衛(wèi)星，來給全球用戶廣播增強信息。增強信息包括GPS星歷和星鐘改正數(shù)、差分距離改正數(shù)、電離層格網(wǎng)計算值、GPS衛(wèi)星的完好性(即GPS星在某一時刻是否可用)數(shù)據(jù)。通過該WAAS，可使用戶設(shè)備的定位更加準確。但是，WAAS是針對全球的，它仍然無法滿足一些對定位精度要求很高的用戶的需要。例如：WAAS中，它把全球電離層進行格網(wǎng)處理，在低緯地區(qū)的格網(wǎng)步長是5°，在高緯地區(qū)的格網(wǎng)步長是10°，但是，對于中國南部這樣的低緯且電離層變化不規(guī)則的地區(qū)，這種格網(wǎng)方法不是很適用；上述增強信息中有些誤差改正數(shù)也不精確。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個目的是，通過一些實施例提供一種區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，使得該區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)可以克服上述缺點，使用戶設(shè)備獲得精度更高的定位信息；

本發(fā)明的另一個目的是，通過一些實施例提供一種區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航方法，使得用戶設(shè)備可通過該區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)獲得精度更高的定位信息。

為了實現(xiàn)本發(fā)明的第一個目的，提供的區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)包括：

區(qū)域偽衛(wèi)星，用于播發(fā)自主導(dǎo)航信號；

地面參考站，用于接收所述區(qū)域偽衛(wèi)星的自主導(dǎo)航信號，解算區(qū)域偽衛(wèi)星的位置信息；

所述區(qū)域偽衛(wèi)星和地面參考站上分別設(shè)有時鐘精度一致的收發(fā)器，用于在解算偽衛(wèi)星準確位置時消除鐘差的影響。