[發(fā)明專利]一種基于衛(wèi)星模糊測距的方法及系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2016-03-10
• 公開（公告）號: CN105785351B
• 公開（公告）日: 2017-12-19
• 發(fā)明（設計）人: 劉增軍;龔航;李井源;劉文祥;周蓉;吳鵬;伍微;肖志斌;龐晶
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: G01S11/02
• 分類號: G01S11/02;G01S19/42
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司11429
• 代理人: 陳立新

技術領域

本發(fā)明涉及衛(wèi)星導航技術領域，更具體而言，涉及衛(wèi)星導航系統(tǒng)有源測距的方法和系統(tǒng)。

背景技術

衛(wèi)星導航系統(tǒng)主要由空間段、地面控制中心和用戶段組成，空間段由包含若干顆衛(wèi)星的衛(wèi)星星座組成，這些衛(wèi)星(出站轉發(fā)器、入站轉發(fā)器)轉發(fā)由地面中心站發(fā)出的出站信號和用戶設備發(fā)出的入站信號，具備一定的抗干擾能力。地面控制中心完成用戶信號收發(fā)測量和信息收發(fā)處理，并對整個系統(tǒng)的運行進行管理控制。用戶段是指帶有衛(wèi)星消息收發(fā)功能的用戶設備終端，接收來自地面控制中心的數(shù)據(jù)業(yè)務以及控制消息，并根據(jù)自身業(yè)務需求以及出站的控制信令發(fā)送入站消息，實現(xiàn)定位、定時、短報文通信等功能。

RDSS(Radio Determination Satellite Service,衛(wèi)星無線電測定業(yè)務)系統(tǒng)的測距方法是利用測時達到測距的目的，即通過測量地面控制中心發(fā)射詢問信號到收到對應的用戶設備響應信號所需的空間傳播時延ΔT，由此換算得到用戶設備經(jīng)過GEO(Geostationary Earth Obit，地球同步軌道)衛(wèi)星到中心站的距離d：

收-發(fā)時間差ΔT＝地面控制中心接收到用戶設備入站信號時間T_Rx–地面控制中心第n幀的發(fā)射時間T_Tx

由時間差獲知用戶經(jīng)GEO衛(wèi)星到地面控制中心的距離：

d＝c×ΔT/2

現(xiàn)役北斗RDSS系統(tǒng)的出站信號在時域上劃分為超幀和分幀結構，1個超幀持續(xù)時間為1分鐘，由N個分幀組成，每個分幀持續(xù)時間為60/N秒。每個分幀的電文中都攜帶對應的分幀號，表明本分幀屬于所在超幀的哪一分幀，用11比特表示。

在具體計算中，收-發(fā)時間差ΔT由兩部分組成，大數(shù)和尾數(shù)部分，其中大數(shù)部分是根據(jù)入站信號的響應分幀號k和地面控制中心接收到入站信號時對應的出站分幀號m之差而計算出來的，即：

其中T_subframe為出站分幀持續(xù)時間，N為1個超幀中包含的出站分幀數(shù)目，大數(shù)部分的測時分辨率為T_subframe。

尾數(shù)部分的時延通過對入站信號的偽碼相位進行估計，得到偽碼相位為r，偽碼頻率為f_c，尾數(shù)部分的計算值可以寫為：

為實現(xiàn)雙向測距，用戶設備的入站信號電文中需攜帶響應的出站分幀號k用來計算大數(shù)部分。現(xiàn)有的方法在入站信號在不攜帶或僅攜帶部分響應出站分幀號的情況下就存在局限性。

發(fā)明內(nèi)容

對于現(xiàn)役北斗RDSS系統(tǒng)，雙向測距是通過計算地面控制中心發(fā)射詢問信號到收到對應的用戶設備響應信號所需的空間傳播時延，從而得到用戶設備經(jīng)衛(wèi)星轉發(fā)器到地面控制中心的距離，因此用戶設備的每一次入站信號電文中都會攜帶11bit響應的出站分幀號，用來指示地面控制中心的出站分幀的發(fā)射時間。本發(fā)明針對現(xiàn)役RDSS雙向測距方法提出一種基于衛(wèi)星模糊測距的方法及系統(tǒng)，通過預估大數(shù)部分取值范圍，使入站信號在不攜帶或僅攜帶部分響應出站分幀號的情況下也可完成雙向測距，從而盡量壓縮入站電文長度，減少冗余信息，減少用戶設備信號發(fā)送時間，達到省電的目的。

本發(fā)明的技術方案是：首先估算雙向傳播時延的取值范圍，并根據(jù)雙向傳播時延的取值范圍來確定入站消息中是否需要攜帶響應出站分幀號，以及若需要攜帶響應出站分幀號，其格式和位長；地面控制中心接收到入站消息，并恢復出完整的響應出站分幀號，計算出傳播時延的大數(shù)和尾數(shù)部分。

具體地，本發(fā)明提供一種基于衛(wèi)星模糊測距的方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：用戶設備接收出站消息，從出站消息中獲知當前的出站分幀號k，用戶設備按照接收到出站消息的時刻發(fā)送入站消息，并且入站消息按下述方法確定攜帶的響應出站分幀號的格式和位長；

S101，估算用戶設備到衛(wèi)星的最小傳播時延T_min

S102，估算用戶設備到衛(wèi)星的最大傳播時延T_max

S103，估算雙向測距傳播時延的大數(shù)部分t_大數(shù)對應的取值范圍

雙向測距時延可表示為：

其中：

其中c為光速，d表示GEO衛(wèi)星到地面控制中心的距離，L表示用戶設備到GEO衛(wèi)星的距離。

大數(shù)部分的取值范圍可表示為：