[發明專利]一種基于偽衛星的深凹露天礦定位方法

無效

• 申請號: 201010142714.8
• 申請日: 2010-04-07
• 公開（公告）號: CN101833103A
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發明（設計）人: 耿生群;楊再秀;黃智剛;農曉東;盧松濤;李岑;郭振揚;陳夏蘭
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01S19/42
• 分類號: G01S19/42;G01S19/35
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 周長琪

1.一種基于偽衛星的深凹露天礦定位方法，其特征在于，包括以下幾個步驟：

步驟一：選擇偽衛星網絡中GPS偽衛星的導航信號；

偽衛星的導航信號為：

s(t)=A(Ci(t)⊕Di(t))cos(2πfct+φi)---(1)]]>

其中，A為信號強度，C_i(t)為擴頻碼，D_i(t)是導航電文，i代表偽衛星的編號，f_c為偽衛星信號頻點，φ_i是載波信號初相；

步驟二：確定偽衛星網絡幾何布局；

偽衛星定位系統的定位誤差為：

δP＝DOP×UERE????(2)

其中：δP表示定位誤差，DOP表示偽衛星網絡的幾何因子；UERE表示偽距值的實際精度；

GPS偽衛星根據實際情況安裝在礦坑四周，GPS偽衛星之間不存在信號遮擋，通過調整偽衛星的幾何布局，改善偽衛星的幾何因子，從而提高定位精度；偽衛星網絡幾何布局中任意一個偽衛星至少能與另外一顆偽衛星進行測距信號收發，每個作業礦車應保證至少有4顆可見的偽衛星；

步驟三：偽衛星網絡的高精度時間同步；

具體為：

(1)在每個偽衛星上設置發射天線和接收天線，在偽衛星網絡中確定一個主站偽衛星A₁，其他偽衛星網絡中的偽衛星A₂～偽衛星A_n均為從站偽衛星；

(2)偽衛星A代表主站偽衛星A₁，偽衛星B代表任意一個從站偽衛星，偽衛星A和偽衛星B之間用于時間同步的數據幀格式為：

偽衛星A發送的數據幀格式為：幀頭、發送幀頭時刻的偽衛星A本地偽距測量值；

偽衛星B發送的數據幀格式為：幀頭、發送幀頭時刻的偽衛星B本地偽距測量值；

偽衛星A接收的數據幀格式為：幀頭、偽衛星B傳輸幀勤務段內的偽衛星B本地偽距測量值；

偽衛星B接收的數據幀格式為：幀頭、偽衛星A傳輸幀勤務段內的偽衛星A本地偽距測量值；

所述的偽衛星A本地偽距測量值是指偽衛星A利用偽衛星B發送的數據幀測得的偽距；偽衛星B本地偽距測量值是指偽衛星B利用偽衛星A發送的數據幀測得的偽距；

(3)偽衛星A和偽衛星B分別以自身時鐘為基準發射前向測距信號和反向測距信號，所述的前向測距信號和后向測距信號分別代表偽衛星發送的數據幀和接收的數據幀，雙方發送的測距信號幀同步之間存在時延Δt；偽衛星A通過捕獲跟蹤反向測距信號得到前向測距信號幀同步與反向測距信號幀同步之間的時延T₁，時延T₁包括偽衛星B與偽衛星A天線間的電磁波傳播時延τ、偽衛星B的發射設備時延t₂、偽衛星A的接收設備時延r₁和偽衛星B與偽衛星A間的鐘差Δt，時延T₁如下式所示：

T₁t₂+τ+r₁+Δt????(3)

偽衛星B測量得到時延T₂如下式所示：

T₂＝t₁+τ+r₂-Δt????(4)

其中：偽衛星A的發射設備時延t₁、偽衛星B的接收設備時延r₂；

通過式(3)、式(4)得到偽衛星A和偽衛星B間的真實距離D和時延Δt：

D=12·[(T1+T2)-(t1+t2)-(r1+r2)]·c---(5)]]>

Δt=12·[(T1-T2)-(t2-t1)-(r1-r2)]---(6)]]>

式中：c是電磁波傳播速度；

設t₁₂＝t₁+r₂，t₂₁＝t₂+r₁，則

D=12·[(T1+T2)-(t12+t21)]·c---(7)]]>

Δt=12·[(T1-T2)+(t12-t21)]---(8)]]>

(4)利用可編程延遲線器件，精確調整時延Δt，使得同步精度在S納秒內，Δt＜S納秒，當所有從站偽衛星都與主站偽衛星完成時間同步時，偽衛星網絡發射導航信號；

步驟四：偽衛星發射導航信號；

對每顆偽衛星分配不同的擴頻碼序列，偽衛星采用BPSK方式調制擴頻碼和導航電文到射頻載波，調制后的射頻信號即為偽衛星發射的導航信號；

步驟五：定位接收機接收導航信號并進行定位結算；

定位接收機包括陣列接收天線、空時自適應陣列處理模塊、信號捕獲模塊、信號跟蹤模塊、定位解算模塊和無線收發模塊；

陣列接收天線接收偽衛星導航信號，導航信號包括兩部分，一部分是直射信號，另一部分是由附近的遮擋物反射的信號；

空時自適應陣列處理模塊對陣列接收天線接收導航信號進行處理，消除多徑干擾，處理后的信號傳輸給信號捕獲模塊，信號捕獲模塊采用FFT快速捕獲算法，對輸入信號進行傅里葉變換，變換后與本地擴頻碼的傅里葉變換共軛相乘，輸出結果經過傅里葉逆變換轉化為時域信號，若時域信號中出現峰值，峰值位置即為接收信號的碼相位，完成碼相位捕獲；否則，重新進行擴頻碼搜索；捕獲碼相位后，信號捕獲模塊進行多普勒的串行搜索，捕獲完成后，得到導航信號的載波多普勒和碼相位信息，將載波多普勒和碼相位信息輸出至信號跟蹤模塊，信號跟蹤模塊進行頻率和碼相位進行精確化，從跟蹤到的信號中解調出導航電文；定位解算模塊利用跟蹤環路確定的碼相位、多普勒估計值和導航電文進行偽距測量和定位結算；無線收發模塊將定位接收機的位置信息和工作狀態信息發送至調度控制系統；

步驟六：調度控制系統進行調度控制；

調度控制系統利用無線網絡接收定位接收機的位置信息和工作狀態信息，并根據礦車位置、數量和工作環境因素，實時調整礦車的作業狀態，優化資源配置。