專利名稱：利用衛(wèi)星對(duì)目標(biāo)進(jìn)行通信和定位的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及衛(wèi)星定位技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種利用衛(wèi)星對(duì)目標(biāo)進(jìn)行通 信和定位的方法。
背景技術(shù)：
對(duì)目標(biāo)定位，以及把定位信息、時(shí)間信息以及其它測量數(shù)據(jù)等信息及 時(shí)收集起來，是眾多領(lǐng)域迫切需要解決的課題。如海洋浮標(biāo)測量數(shù)據(jù)回傳、 對(duì)危險(xiǎn)品車輛行進(jìn)狀態(tài)的監(jiān)控、飛行器軌跡的實(shí)時(shí)監(jiān)測、科考人員野外考 察活動(dòng)行蹤的控制、漁船安全生產(chǎn)管理以及對(duì)登山運(yùn)動(dòng)員的活動(dòng)指導(dǎo)，這 些領(lǐng)域均需要有一種可對(duì)目標(biāo)進(jìn)行定位，又可以把定位和時(shí)間等多種信息 回傳至控制中心的傳輸系統(tǒng)。其中能在廣域范圍內(nèi)很好地實(shí)現(xiàn)這一功能的
是衛(wèi)星通信定位系統(tǒng)，國外有Argos、 COSPAS-SARSAT等，中國有BD-1、 CAPS等系統(tǒng)。這些系統(tǒng)都需要有一個(gè)衛(wèi)星定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)定位功能，又需 要有一個(gè)通信傳輸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息傳輸功能。
是否還能構(gòu)建更簡單的系統(tǒng)，在通信的過程中就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)目標(biāo)的定 位呢？

發(fā)明內(nèi)容
(一) 要解決的技術(shù)問題
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種利用衛(wèi)星對(duì)目標(biāo)進(jìn)行通信 和定位的方法，以實(shí)現(xiàn)在通信的過程中對(duì)目標(biāo)進(jìn)行定位。
(二) 技術(shù)方案
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種利用衛(wèi)星對(duì)目標(biāo)進(jìn)行通信和定位
的方法，該方法包括
在目標(biāo)上裝置一至少具有發(fā)射功能的微小型終端，該微小型終端具有微小型天線、基帶設(shè)備、變頻設(shè)備和接口設(shè)備；
微小型終端上的基帶設(shè)備將收集的測量數(shù)據(jù)信息擴(kuò)頻調(diào)制后，通過微 小型天線向多個(gè)衛(wèi)星發(fā)射，擴(kuò)頻調(diào)制信號(hào)經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)后向地面中心站廣
播；
安裝有大口徑天線的地面中心站接收多個(gè)衛(wèi)星的下行信號(hào)，經(jīng)低噪聲 放大、下變頻、解擴(kuò)解調(diào)解碼，測量得到微小型終端經(jīng)衛(wèi)星至地面中心站
天線之間的偽距；
根據(jù)測量的偽距，計(jì)算得到目標(biāo)的三維坐標(biāo)值和微小型終端上的時(shí)鐘 偏差，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的通信和定位。
上述方案中，所述根據(jù)測量的偽距，計(jì)算得到目標(biāo)的三維坐標(biāo)值和微 小型終端上的時(shí)鐘偏差，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的通信和定位包括在衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器時(shí)
延已知的情況下，測得微小型終端經(jīng)四顆衛(wèi)星至地面中心站天線之間的四 段偽距，然后求解測量方程組，得到目標(biāo)的三維坐標(biāo)值和微小型終端上的 時(shí)鐘偏差，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的通信和定位。
上述方案中，所述根據(jù)測量的偽距，計(jì)算得到目標(biāo)的三維坐標(biāo)值和微
小型終端上的時(shí)鐘偏差，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的通信和定位包括若目標(biāo)在海面上， 高度已知，則通過測得微小型終端經(jīng)三顆衛(wèi)星至地面中心站天線之間的三 段偽距，然后求解測量方程組，得到目標(biāo)的三維坐標(biāo)值和微小型終端上的 時(shí)鐘偏差，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的通信和定位。
上述方案中，所述根據(jù)測量的偽距，計(jì)算得到目標(biāo)的三維坐標(biāo)值和微 小型終端上的時(shí)鐘偏差，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的通信和定位包括若衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器時(shí) 延未知，則須有兩個(gè)地面站上的天線同時(shí)接收，通過位于兩個(gè)地面站的兩 面天線同時(shí)接收經(jīng)一顆衛(wèi)星傳輸?shù)男盘?hào)，消去這顆衛(wèi)星上的轉(zhuǎn)發(fā)器時(shí)延的 影響后，再通過經(jīng)四顆衛(wèi)星的消除了轉(zhuǎn)發(fā)器時(shí)延的四段偽距，求解測量方 程組得到目標(biāo)的三維坐標(biāo)值和微小型終端上的時(shí)鐘偏差，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的通 信和定位。
上述方案中，所述微小型終端具有的微小型天線，采用寬波束賦形波 束天線，且該微小型終端功放功率小。
上述方案中，該方法中利用的多個(gè)衛(wèi)星具有同一頻段，該多個(gè)衛(wèi)星之 間具有一定的間隔距離，且該間隔距離越大越好。上述方案中，該方法中測量微小型終端經(jīng)衛(wèi)星至地面中心站天線之間 的偽距，采用偽碼相關(guān)技術(shù)，或者采用載波相位測量技術(shù)。
上述方案中，所述地面中心站安裝的大口徑天線，口徑在9米至16 米范圍內(nèi)，可視仰角在5度以上。
上述方案中，所述微小型終端采用擴(kuò)頻通信方式，信息傳輸速率為低 信息速率，擴(kuò)頻碼分公碼和個(gè)碼兩種，公碼用于捕獲，個(gè)碼用于跟蹤，在 捕獲和跟蹤時(shí)，均可實(shí)現(xiàn)測距。
(三)有益效果 從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果
1、 本發(fā)明提供的這種利用衛(wèi)星對(duì)目標(biāo)進(jìn)行通信和定位的方法，是通 過在目標(biāo)上裝置微小型終端，當(dāng)該微小型終端將收集的測量數(shù)據(jù)等信息， 通過擴(kuò)頻調(diào)制后向衛(wèi)星發(fā)射，經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)后，由地面中心站接收，地面站 接收的信號(hào)經(jīng)解擴(kuò)解調(diào)解碼后，在得到傳輸信息的同時(shí)，也測得了終端經(jīng) 不同衛(wèi)星至地面站大天線的偽距和偽距差，通過解偽距或偽距差測量方程 就可以求得目標(biāo)的三維坐標(biāo)位置，實(shí)現(xiàn)了在通信的過程中對(duì)目標(biāo)進(jìn)行定 位。
2、 本發(fā)明提供的這種利用衛(wèi)星對(duì)目標(biāo)進(jìn)行通信和定位的方法，特別 適用于對(duì)海洋浮標(biāo)測量數(shù)據(jù)的收集和對(duì)浮標(biāo)位置的定位；對(duì)車輛運(yùn)行管理 特別是危險(xiǎn)品車輛實(shí)行監(jiān)測和監(jiān)控等領(lǐng)域，也有較廣泛的應(yīng)用價(jià)值。
3、 本發(fā)明提供的這種利用衛(wèi)星對(duì)目標(biāo)進(jìn)行通信和定位的方法，具有 系統(tǒng)簡單、功能全、投資小、組建周期短、可換頻寄生達(dá)到抗干擾性能好 等長處，有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。


圖1是本發(fā)明提供的利用衛(wèi)星對(duì)目標(biāo)進(jìn)行通信和定位的方法流程圖； 圖2是單站接收系統(tǒng)的原理示意圖； 圖3是雙站接收系統(tǒng)的原理示意圖。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí) 施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
本發(fā)明的核心思想是通過在目標(biāo)上裝置微小型終端，當(dāng)該微小型終 端將收集的測量數(shù)據(jù)等信息，通過擴(kuò)頻調(diào)制后向衛(wèi)星發(fā)射，經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)后， 由地面中心站接收，地面站接收的信號(hào)經(jīng)解擴(kuò)解調(diào)解碼后，在得到傳輸信 息的同時(shí)，也測得了終端經(jīng)不同衛(wèi)星至地面站大天線的偽距和偽距差，通 過解偽距或偽距差測量方程就可以求得目標(biāo)的三維坐標(biāo)位置。
如圖1所示，圖1是本發(fā)明提供的利用衛(wèi)星對(duì)目標(biāo)進(jìn)行通信和定位的 方法流程圖，該方法包括
步驟101:在目標(biāo)上裝置一至少具有發(fā)射功能的微小型終端，該微小 型終端具有微小型天線、基帶設(shè)備、變頻設(shè)備和接口設(shè)備；
步驟102:微小型終端上的基帶設(shè)備將收集的測量數(shù)據(jù)信息擴(kuò)頻調(diào)制 后，通過微小型天線向多個(gè)衛(wèi)星發(fā)射，擴(kuò)頻調(diào)制信號(hào)經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)后向地面 中心站廣播；
步驟103:安裝有大口徑天線的地面中心站接收多個(gè)衛(wèi)星的下行信號(hào)， 經(jīng)低噪聲放大、下變頻、解擴(kuò)解調(diào)解碼，測量得到微小型終端經(jīng)衛(wèi)星至地 面中心站天線之間的偽距；
步驟104:根據(jù)測量的偽距，計(jì)算得到目標(biāo)的三維坐標(biāo)值和微小型終 端上的時(shí)鐘偏差，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的通信和定位。
上述步驟104中，所述根據(jù)測量的偽距，計(jì)算得到目標(biāo)的三維坐標(biāo)值 和微小型終端上的時(shí)鐘偏差，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的通信和定位包括-
在衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器時(shí)延已知的情況下，測得微小型終端經(jīng)四顆衛(wèi)星至地面 中心站天線之間的四段偽距，然后求解測量方程組，得到目標(biāo)的三維坐標(biāo) 值和微小型終端上的時(shí)鐘偏差，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的通信和定位；或者
若目標(biāo)在海面上，高度己知，則通過測得微小型終端經(jīng)三顆衛(wèi)星至地 面中心站天線之間的三段偽距，然后求解測量方程組，得到目標(biāo)的三維坐 標(biāo)值和微小型終端上的時(shí)鐘偏差，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的通信和定位；或者
若衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器時(shí)延未知，則須有兩個(gè)地面站上的天線同時(shí)接收，通過 位于兩個(gè)地面站的兩面天線同時(shí)接收經(jīng)一顆衛(wèi)星傳輸?shù)男盘?hào)，消去這顆衛(wèi) 星上的轉(zhuǎn)發(fā)器時(shí)延的影響后，再通過經(jīng)四顆衛(wèi)星的消除了轉(zhuǎn)發(fā)器時(shí)延的四段偽距，求解測量方程組得到目標(biāo)的三維坐標(biāo)值和微小型終端上的時(shí)鐘偏 差，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的通信和定位。
本發(fā)明提供的這種利用衛(wèi)星對(duì)目標(biāo)進(jìn)行通信和定位的方法，適用于需 要實(shí)施監(jiān)控的目標(biāo)，適用于有信息回傳的目標(biāo)，由通信控制管理中心對(duì)這 些目標(biāo)的位置和狀態(tài)等參量實(shí)時(shí)實(shí)施檢測，對(duì)目標(biāo)的測量信息進(jìn)行實(shí)時(shí)收 集。這一方法可利用同步軌道上的商用同步衛(wèi)星和其它通信衛(wèi)星，包括傾 斜同步軌道衛(wèi)星、大傾角同步軌道衛(wèi)星和中軌道衛(wèi)星和低軌道衛(wèi)星等，當(dāng) 各衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器時(shí)延已知時(shí)，至少需要四顆有同一頻率轉(zhuǎn)發(fā)器的衛(wèi)星，四顆 衛(wèi)星之間應(yīng)有一定的間隔距離(如經(jīng)度相差5 10度以上)，衛(wèi)星的間隔距離 應(yīng)越大越好，而且要求地面站天線的可視仰角在5度以上。當(dāng)目標(biāo)在海平 面上時(shí)，最少需要三顆同頻段的衛(wèi)星。當(dāng)各顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器時(shí)延未知時(shí)，則 需要增加一個(gè)地面站。兩個(gè)地面站內(nèi)都裝有大天線。兩個(gè)地面站上的兩面 大天線同時(shí)對(duì)著一顆衛(wèi)星實(shí)施偽距測量，得到的兩個(gè)測量值相減便能消去 未知的衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器時(shí)延，就可以對(duì)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)定位，稱這一方法為多星多天
線測定目標(biāo)定位方法，其原理示意圖見圖2和圖3。
本發(fā)明提供的這種利用衛(wèi)星對(duì)目標(biāo)進(jìn)行通信和定位的方法，所需的幾 顆衛(wèi)星需要有同一個(gè)頻段，這頻段可以租用，也可以不租用。因?yàn)榻K端發(fā) 送的擴(kuò)頻信號(hào)，功率譜密度低，發(fā)射至衛(wèi)星時(shí)，信號(hào)已淹沒在噪聲之中， 它不會(huì)影響頻段上原信號(hào)的傳輸，也不易覺察到，所以可以不租用衛(wèi)星轉(zhuǎn) 發(fā)器，但一般希望至少租用一顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器，因?yàn)樽庥玫霓D(zhuǎn)發(fā)器其使用頻 段上沒有其它傳輸信號(hào)，這樣有利于保證信號(hào)傳輸?shù)馁|(zhì)量好，誤碼率低， 可靠性高。
本發(fā)明提供的這種利用衛(wèi)星對(duì)目標(biāo)進(jìn)行通信和定位的方法，采用擴(kuò)頻 通信方式，信息傳輸速率為低信息速率，擴(kuò)頻碼分公碼和個(gè)碼兩種。公碼 用于捕獲，個(gè)碼用于跟蹤，在捕獲和跟蹤時(shí)，均可實(shí)現(xiàn)測距。
本發(fā)明提供的這種利用衛(wèi)星對(duì)目標(biāo)進(jìn)行通信和定位的方法，微小型終 端采用微小型通信定位終端，包括微小型天線、功放、上變頻、基帶、晶 振和接口等模塊或部件，其中微小型天線為寬波束賦形天線，微小型終端 功放功率小。終端分類設(shè)公用碼，每個(gè)終端還設(shè)有個(gè)碼和ID號(hào)，字符和 數(shù)據(jù)編碼后，經(jīng)擴(kuò)頻調(diào)制上變頻，從終端天線發(fā)射出去。本發(fā)明提供的這種利用衛(wèi)星對(duì)目標(biāo)進(jìn)行通信和定位的方法，在中心地 面站應(yīng)設(shè)置大口徑天線，天線口徑以9米至16米為宜。除大天線外，還 配有低噪聲放大器、下變頻器、解擴(kuò)解調(diào)解碼的基帶裝置，得到的偽距測 量值和其它信息送至計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)解算，或存儲(chǔ)起來。
本發(fā)明提供的這種利用衛(wèi)星對(duì)目標(biāo)進(jìn)行通信和定位的方法，可以只有 入站鏈路，但也可以有出站鏈路，構(gòu)成雙向衛(wèi)星信息傳輸，有了出站鏈路 可以由中心站向終端發(fā)指令，用于改變終端參數(shù)的設(shè)置，如改變終端發(fā)射 的信息速率，改變發(fā)射時(shí)間的間隔，改變發(fā)射電文的種類和電文長度，甚 至可以實(shí)現(xiàn)遙控自毀終端設(shè)備等功能。
本發(fā)明在目標(biāo)上必須裝置一個(gè)微小型終端，可以有發(fā)射和接收功能， 但至少應(yīng)有發(fā)射功能，該微小型終端由微小型天線、基帶設(shè)備、變頻設(shè)備、 晶振設(shè)備和接口設(shè)備等組成。其中，微小型天線是寬波束賦形波束天線， 基帶設(shè)備把要發(fā)送的信息擴(kuò)頻調(diào)制后，通過天線向衛(wèi)星發(fā)射，擴(kuò)頻調(diào)制信 號(hào)經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)后，又向地面中心站廣播。地面中心站安裝有大口徑天線， 地面中心站大口徑天線接收衛(wèi)星的下行信號(hào)后，經(jīng)低噪聲放大、下變頻、 解擴(kuò)解調(diào)解碼，便可以得到傳輸?shù)男畔?。在偽碼相關(guān)解擴(kuò)時(shí)，偽碼相關(guān)還 可以測得時(shí)間差，測得終端經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)至地面中心站天線之間的偽距。但 是只測得一個(gè)偽距是無法求得目標(biāo)位置的，由于信號(hào)傳輸是擴(kuò)頻通信，有 高的擴(kuò)頻增益，信號(hào)很微弱，功率譜密度很低，經(jīng)衛(wèi)星上轉(zhuǎn)發(fā)后，信號(hào)已 淹沒在噪聲底下，所以寄生在其它衛(wèi)星上時(shí)已不影響其它衛(wèi)星上同頻信號(hào) 的傳輸，不構(gòu)成干擾，但可以利用它。由于發(fā)射小終端的天線是寬波束天 線，它在向指定衛(wèi)星發(fā)射時(shí)，信號(hào)也向其它衛(wèi)星發(fā)射，經(jīng)其它衛(wèi)星上的同 頻轉(zhuǎn)發(fā)器頻道的轉(zhuǎn)發(fā)，這些寄生有同樣頻段的衛(wèi)星上的信號(hào)下行廣播后， 經(jīng)大口徑天線接收，通過解擴(kuò)解調(diào)同樣可以接收到終端發(fā)出的信號(hào)，同樣 可以通過偽碼相關(guān)解擴(kuò)測得偽距。為此， 一般至少測得通過四顆衛(wèi)星的四 段偽距，就可以解下列方程，得到目標(biāo)終端的位置信息
<formula>formula see original document page 9</formula>
式中，乂為終端與系統(tǒng)時(shí)的偏差，A為轉(zhuǎn)發(fā)器時(shí)延，4",4分別為第i顆衛(wèi)星的三維坐標(biāo)值，力J";分別為第j個(gè)地面中心站的三維坐標(biāo)值， ^y。,z。為目標(biāo)的三維坐標(biāo)值，'。為目標(biāo)發(fā)射時(shí)間，為大天線接收時(shí)間。
為了提高目標(biāo)定位精度，除了在地面中心站有性能好的射頻基帶外， 還必須考慮終端時(shí)鐘與系統(tǒng)時(shí)的偏差，以及衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的時(shí)延，為此，若 衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器時(shí)延已知或已測得，則只要有四面天線求得四段偽距，便可以 測得目標(biāo)的三維坐標(biāo)和終端的時(shí)鐘偏差。若衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器時(shí)延不知道或未測 得，則必須有八面以上天線，測得八段以上的偽距才能求解得到四顆衛(wèi)星 的時(shí)延、目標(biāo)的三維坐標(biāo)值和時(shí)鐘偏差(共8個(gè)未知數(shù))。
有了偽距測量值以后，求解測量方程(l)時(shí)，還必須注意求解方法，可 以采用二次求差方法，即把對(duì)著同一顆衛(wèi)星接收的兩面天線的測量方程相 減，便能消去這顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的時(shí)延，使八個(gè)方程變成四個(gè)方程，再以這 四個(gè)方程中的一個(gè)方程為基礎(chǔ)，與其它三個(gè)方程相減后，得三個(gè)方程，這 時(shí)方程中已經(jīng)消去了終端時(shí)鐘偏差，解留下的三個(gè)方程，便可以求得目標(biāo) 的三維坐標(biāo)值，由于消去了終端的時(shí)鐘偏差和衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器時(shí)延，許多傳輸 誤差也已經(jīng)消去，所以可以得到好的定位精度。
對(duì)于海上目標(biāo)，由于海平面高度知道，這樣就可以減少了一個(gè)未知數(shù)， 最后求解的方程組也可以再減少一個(gè)，觀測的衛(wèi)星顆數(shù)也可以再減少一 顆。
目標(biāo)上的終端可以采取盲發(fā)體制，地面中心站大天線通過公碼捕獲 后，從解調(diào)解碼的電文中得到終端的ID號(hào)，從而可以檢索到這個(gè)用戶終 端的個(gè)碼，用個(gè)碼解擴(kuò)便可以得到通信電文，這種碼的設(shè)置和解調(diào)的設(shè)計(jì) 方法能解決多用戶問題，也解決了傳輸信息的安全接收問題，避免數(shù)據(jù)被 隨便截獲，實(shí)際上這種方法完全可以采用寄生在其它衛(wèi)星上實(shí)現(xiàn)的做法， 不需要租用任何轉(zhuǎn)發(fā)器的頻段。但在這里我們還是認(rèn)為最好能租用一顆衛(wèi) 星上的轉(zhuǎn)發(fā)器為宜，主要理由是希望有一路接收信道沒有被干擾，這樣信 號(hào)接收質(zhì)量好，可以保證傳輸?shù)亩喾N信息安全可靠，誤碼率低。
根據(jù)分析，目標(biāo)定位精度可以達(dá)到50米量級(jí)以內(nèi)，精度好壞與擴(kuò)頻
碼碼頻、衛(wèi)星布局、衛(wèi)星定軌精度等因素有關(guān)。
擴(kuò)頻碼可以采用GOLD碼，也可以采用其它碼，但應(yīng)選擇自相關(guān)和互 相關(guān)特性好的碼，碼速率應(yīng)為MHz量級(jí)為宜。傳輸?shù)男畔⑺俾蕬?yīng)以低信息速率為宜，使擴(kuò)頻增益達(dá)到30dB以上，或40dB以上，擴(kuò)頻信號(hào)經(jīng)自由 空間傳輸時(shí)，信號(hào)已淹沒在噪聲中，從而使通信系統(tǒng)具有極好的抗干擾能 力。
可以對(duì)各項(xiàng)傳輸誤差(電離層、對(duì)流層、發(fā)射通道、接收通道、轉(zhuǎn)發(fā)器 通道的傳輸時(shí)延)進(jìn)行精密測量和標(biāo)定，或用誤差修正模型進(jìn)行修正，這樣 可以使目標(biāo)定位精度提高到幾十米量級(jí)。若在海域中的島嶼上，設(shè)置固定 標(biāo)校站或者氣象測量站，則可以修正信號(hào)傳輸鏈路中的多項(xiàng)時(shí)延誤差，從 而提高目標(biāo)的定位精度至米量級(jí)。
以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行 了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而 已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修 改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種利用衛(wèi)星對(duì)目標(biāo)進(jìn)行通信和定位的方法，其特征在于，該方法包括在目標(biāo)上裝置一至少具有發(fā)射功能的微小型終端，該微小型終端具有微小型天線、基帶設(shè)備、變頻設(shè)備和接口設(shè)備；微小型終端上的基帶設(shè)備將收集的測量數(shù)據(jù)信息擴(kuò)頻調(diào)制后，通過微小型天線向多個(gè)衛(wèi)星發(fā)射，擴(kuò)頻調(diào)制信號(hào)經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)后向地面中心站廣播；安裝有大口徑天線的地面中心站接收多個(gè)衛(wèi)星的下行信號(hào)，經(jīng)低噪聲放大、下變頻、解擴(kuò)解調(diào)解碼，測量得到微小型終端經(jīng)衛(wèi)星至地面中心站天線之間的偽距；根據(jù)測量的偽距，計(jì)算得到目標(biāo)的三維坐標(biāo)值和微小型終端上的時(shí)鐘偏差，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的通信和定位。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用衛(wèi)星對(duì)目標(biāo)進(jìn)行通信和定位的方法， 其特征在于，所述根據(jù)測量的偽距，計(jì)算得到目標(biāo)的三維坐標(biāo)值和微小型 終端上的時(shí)鐘偏差，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的通信和定位包括在衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器時(shí)延已知的情況下，測得微小型終端經(jīng)四顆衛(wèi)星至地面 中心站天線之間的四段偽距，然后求解測量方程組，得到目標(biāo)的三維坐標(biāo) 值和微小型終端上的時(shí)鐘偏差，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的通信和定位。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用衛(wèi)星對(duì)目標(biāo)進(jìn)行通信和定位的方法， 其特征在于，所述根據(jù)測量的偽距，計(jì)算得到目標(biāo)的三維坐標(biāo)值和微小型 終端上的時(shí)鐘偏差，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的通信和定位包括-若目標(biāo)在海面上，高度已知，則通過測得微小型終端經(jīng)三顆衛(wèi)星至地 面中心站天線之間的三段偽距，然后求解測量方程組，得到目標(biāo)的三維坐 標(biāo)值和微小型終端上的時(shí)鐘偏差，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的通信和定位。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用衛(wèi)星對(duì)目標(biāo)進(jìn)行通信和定位的方法， 其特征在于，所述根據(jù)測量的偽距，計(jì)算得到目標(biāo)的三維坐標(biāo)值和微小型 終端上的時(shí)鐘偏差，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的通信和定位包括若衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器時(shí)延未知，則須有兩個(gè)地面站上的天線同時(shí)接收，通過位于兩個(gè)地面站的兩面天線同時(shí)接收經(jīng)一顆衛(wèi)星傳輸?shù)男盘?hào)，消去這顆衛(wèi) 星上的轉(zhuǎn)發(fā)器時(shí)延的影響后，再通過經(jīng)四顆衛(wèi)星的消除了轉(zhuǎn)發(fā)器時(shí)延的四 段偽距，求解測量方程組得到目標(biāo)的三維坐標(biāo)值和微小型終端上的時(shí)鐘偏 差，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的通信和定位。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用衛(wèi)星對(duì)目標(biāo)進(jìn)行通信和定位的方法， 其特征在于，所述微小型終端具有的微小型天線，采用寬波束賦形波束天 線，且該微小型終端功放功率小。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用衛(wèi)星對(duì)目標(biāo)進(jìn)行通信和定位的方法， 其特征在于，該方法中利用的多個(gè)衛(wèi)星具有同一頻段，該多個(gè)衛(wèi)星之間具 有一定的間隔距離，且該間隔距離越大越好。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用衛(wèi)星對(duì)目標(biāo)進(jìn)行通信和定位的方法， 其特征在于，該方法中測量微小型終端經(jīng)衛(wèi)星至地面中心站天線之間的偽 距，采用偽碼相關(guān)技術(shù)，或者采用載波相位測量技術(shù)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用衛(wèi)星對(duì)目標(biāo)進(jìn)行通信和定位的方法， 其特征在于，所述地面中心站安裝的大口徑天線，口徑在9米至16米范 圍內(nèi)，可視仰角在5度以上。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用衛(wèi)星對(duì)目標(biāo)進(jìn)行通信和定位的方法， 其特征在于，所述微小型終端采用擴(kuò)頻通信方式，信息傳輸速率為低信息 速率，擴(kuò)頻碼分公碼和個(gè)碼兩種，公碼用于捕獲，個(gè)碼用于跟蹤，在捕獲 和跟蹤時(shí)，均可實(shí)現(xiàn)測距。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用衛(wèi)星對(duì)目標(biāo)進(jìn)行通信和定位的方法，包括在目標(biāo)上裝置一至少具有發(fā)射功能的微小型終端，該微小型終端具有微小型天線、基帶設(shè)備、變頻設(shè)備和接口設(shè)備；微小型終端上的基帶設(shè)備將收集的測量數(shù)據(jù)信息擴(kuò)頻調(diào)制后，通過微小型天線向多個(gè)衛(wèi)星發(fā)射，擴(kuò)頻調(diào)制信號(hào)經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)后向地面中心站廣播；安裝有大口徑天線的地面中心站接收多個(gè)衛(wèi)星的下行信號(hào)，經(jīng)低噪聲放大、下變頻、解擴(kuò)解調(diào)解碼，測量得到微小型終端經(jīng)衛(wèi)星至地面中心站天線之間的偽距；根據(jù)測量的偽距，計(jì)算得到目標(biāo)的三維坐標(biāo)值和微小型終端上的時(shí)鐘偏差，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的通信和定位。利用本發(fā)明，實(shí)現(xiàn)了在通信的過程中對(duì)目標(biāo)進(jìn)行定位。
文檔編號(hào)G01S5/02GK101629999SQ200810116829
公開日2010年1月20日 申請(qǐng)日期2008年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月18日
發(fā)明者寧春林, 施滸立, 李圣明, 超 胡, 雷利華 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院國家天文臺(tái)