[發(fā)明專利]基于星基增強(qiáng)服務(wù)的無依托式低軌導(dǎo)航增強(qiáng)系統(tǒng)與方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110015952.0
• 申請日: 2021-01-06
• 公開（公告）號: CN112817023A
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蒙艷松;邊朗;周泉;王瑛;嚴(yán)濤;田野;李天
• 申請（專利權(quán)）人: 西安空間無線電技術(shù)研究所
• 主分類號: G01S19/44
• 分類號: G01S19/44;G01S19/25
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張歡

本發(fā)明涉及一種基于星基增強(qiáng)服務(wù)的無依托式低軌導(dǎo)航增強(qiáng)系統(tǒng)和方法，無依托式低軌導(dǎo)航增強(qiáng)系統(tǒng)包含GNSS導(dǎo)航衛(wèi)星、GNSS星基增強(qiáng)衛(wèi)星、低軌導(dǎo)航增強(qiáng)衛(wèi)星和地面接收終端；本發(fā)明基于星基增強(qiáng)服務(wù)構(gòu)建了一個(gè)具備自主運(yùn)行能力與自主導(dǎo)航定位服務(wù)能力的無依托式低軌導(dǎo)航增強(qiáng)系統(tǒng)，解決了已有低軌導(dǎo)航增強(qiáng)系統(tǒng)對地面控制中心、衛(wèi)星上下行鏈路和星間鏈路過度依賴的問題，同時(shí)本發(fā)明設(shè)計(jì)的系統(tǒng)與方法不涉及衛(wèi)星上下行鏈路和星間鏈路數(shù)據(jù)傳輸，可以進(jìn)一步解決已有低軌導(dǎo)航增強(qiáng)系統(tǒng)實(shí)時(shí)性較差的難題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域，特別涉及一種無依托式低軌導(dǎo)航增強(qiáng)系統(tǒng)與方法。

背景技術(shù)

發(fā)展于20世紀(jì)90年代的美國全球定位系統(tǒng)GPS徹底改變了現(xiàn)代戰(zhàn)爭的方式，也深刻影響與變革了人類社會(huì)生產(chǎn)生活。在21世紀(jì)的第二個(gè)十年，隨著俄羅斯GLONASS的現(xiàn)代化、中國北斗三號BDS-3系統(tǒng)的開通運(yùn)行、以及歐盟伽利略GALILEO系統(tǒng)進(jìn)入全功能運(yùn)行FOC階段，當(dāng)前全球四大衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)GNSS已經(jīng)能夠在開闊場景下為全球用戶提供米級的導(dǎo)航定位服務(wù)。但在某些領(lǐng)域，如大地測量、海洋勘探、變形監(jiān)測等，其均對定位精度提出了實(shí)時(shí)厘米級需求。隨著以5G、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)的發(fā)展，以“無人、智能、物聯(lián)”為特征的新一代產(chǎn)業(yè)升級對精準(zhǔn)時(shí)空的需求達(dá)到了前所未有的程度——已經(jīng)從過去的靜態(tài)、事后、區(qū)域、米級發(fā)展到現(xiàn)在的動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)、全球和厘米級高精度。以處于百年變革機(jī)遇的自動(dòng)駕駛為例，其不僅需要實(shí)時(shí)的厘米級定位精度，更需要全時(shí)段的連續(xù)可用。而目前微弱的衛(wèi)星導(dǎo)航信號不足以穿透物理遮蔽，在城市峽谷、樹蔭、室內(nèi)等信號遮蔽區(qū)域均無法提供可靠連續(xù)的高完好性服務(wù)。可以說，無論是厘米級定位需求或是高完好性服務(wù)，當(dāng)前的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)都是無法滿足的。

為了提供更好的精度、可用性和完好性，從20世紀(jì)90年代至今，在基本導(dǎo)航增強(qiáng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，主要發(fā)展了地基增強(qiáng)輔助系統(tǒng)和星基增強(qiáng)輔助系統(tǒng)，分別使用網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)和星基PPP技術(shù)為用戶提供額外的衛(wèi)星定位誤差修正信息來改善精度。但上述兩種系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用時(shí)都存在一定的缺陷：RTK技術(shù)能夠滿足高精度實(shí)時(shí)應(yīng)用，但需要密集參考站網(wǎng)絡(luò)支持、運(yùn)行維護(hù)成本高且無法實(shí)現(xiàn)全球覆蓋；而星基PPP技術(shù)雖然不依賴于密集參考站且能夠滿足全球覆蓋，但對于地面用戶其定位初始化時(shí)間過長，難以滿足實(shí)時(shí)性需求。特別是在高樓和立交橋密布的城市環(huán)境，大部分衛(wèi)星信號被遮擋，當(dāng)前的RTK和PPP技術(shù)均無法為用戶提供連續(xù)可用的定位服務(wù)。近幾年，隨著商業(yè)航天和低軌星座的蓬勃發(fā)展，利用低軌衛(wèi)星幾何構(gòu)型變化快、全球覆蓋和軌道高度低的特點(diǎn)，低軌衛(wèi)星導(dǎo)航增強(qiáng)系統(tǒng)可以加速用戶的快速定位時(shí)間，提供更高的落地信號功率，有望解決目前衛(wèi)星導(dǎo)航高精度服務(wù)的瓶頸問題，成為下一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展方向。

衛(wèi)星定位的基本原理是將衛(wèi)星的位置和鐘差等信息作為已知基準(zhǔn)播發(fā)給用戶，用戶利用同步觀測4顆以上衛(wèi)星進(jìn)行后方交會(huì)來計(jì)算位置。米級的衛(wèi)星位置與鐘差基準(zhǔn)對應(yīng)最優(yōu)為米級的定位精度，用戶想要獲得厘米級的高精度定位就必須有厘米級的衛(wèi)星基準(zhǔn)信息。當(dāng)前各大系統(tǒng)導(dǎo)航衛(wèi)星實(shí)時(shí)精密軌道主要通過在全球均勻布設(shè)地面跟蹤站，或區(qū)域監(jiān)測站聯(lián)合星間鏈路數(shù)據(jù)進(jìn)行事后精密定軌和1-3小時(shí)短期預(yù)報(bào)獲得，實(shí)時(shí)精密鐘差則通過匯集全球?qū)崟r(shí)站數(shù)據(jù)流后進(jìn)行實(shí)時(shí)濾波解算獲取，解算得到的精密軌道與精密鐘差再通過地面上行鏈路與星間鏈路注入衛(wèi)星，進(jìn)而播發(fā)給用戶使用。而目前低軌導(dǎo)航增強(qiáng)衛(wèi)星實(shí)時(shí)高精度軌道和鐘差，則需要先將低軌衛(wèi)星的GNSS觀測數(shù)據(jù)通過下行鏈路匯集到地面數(shù)據(jù)處理中心后，由數(shù)據(jù)處理中心統(tǒng)一解算再通過上行鏈路與星間鏈路注入衛(wèi)星，這種方案雖然能夠滿足系統(tǒng)基本運(yùn)行需求，但其對地面控制中心、衛(wèi)星上下行鏈路和星間鏈路依賴過于嚴(yán)重，系統(tǒng)可用性和完好性受到挑戰(zhàn)，同時(shí)其涉及到大量數(shù)據(jù)的星地實(shí)時(shí)傳輸，整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和精度會(huì)因此降低。