專利名稱：基于回傳通信信號體制的衛(wèi)星導航實現(xiàn)方法與系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及衛(wèi)星導航技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及針對中國區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)(CAPS)所使用的衛(wèi)星而設(shè)計的一種基于回傳通信信號體制的衛(wèi)星導航實現(xiàn)方法與系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
CAPS系統(tǒng)是利用通信衛(wèi)星實現(xiàn)的中國區(qū)域?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)，空間部分是由4-6顆商用衛(wèi)星組成的星座，星上有24個轉(zhuǎn)發(fā)器，每個轉(zhuǎn)發(fā)器帶寬是36MHz，還有部分轉(zhuǎn)發(fā)器是 72MHz，而導航頻段僅僅占用了 3個轉(zhuǎn)發(fā)器，因此，CAPS頻率資源豐富，如何充分合理利用未使用的頻率資源是CAPS新的課題。目前能同時完成通信和定位的系統(tǒng)有=Argos系統(tǒng)，中國北斗一代和CAPS—代。 但是，Argos要完成定位，PTT需要向同一顆Argos衛(wèi)星發(fā)送四條信息才可以計算出位置信息，定位過程不但復雜、精度低，且不能實時定位，信息速率較低；北斗一代是有源定位，定位過程不但復雜，而且定位實時性差，不能測速、通信用戶容量受限；CAPS —代既能高精度定位、測速，也能實現(xiàn)大容量的通信，但是，目前CAPS —代定位和通信還是獨立的，即只是在終端實現(xiàn)導航和通信簡單的組合。所以，CAPS —代導航、通信不但系統(tǒng)設(shè)計復雜，而且接收和發(fā)射終端功率大、體積大、信號處理復雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于回傳通信信號體制的衛(wèi)星導航實現(xiàn)方法與系統(tǒng)，它不但實現(xiàn)了大容量用戶的信息回傳，而且還實現(xiàn)了用戶的實時導航功能。為解決上述問題，本發(fā)明是通過以下方案實現(xiàn)的一種基于回傳通信信號體制的衛(wèi)星導航實現(xiàn)方法，包括如下步驟a)根據(jù)用戶容量和導航的精度確定測距碼；b)對所需傳輸?shù)挠脩敉ㄐ判畔⒑蜏y距碼進行差錯控制編碼后形成基帶信號；c)將編碼后的基帶信號信息進行燙金碼擴頻和二進制偏置載波調(diào)制；d)將擴頻和調(diào)制后的基帶信號上變頻到C波段，并經(jīng)功率發(fā)大后通過發(fā)射天線發(fā)射出去；e)上述信息經(jīng)過4-6顆CAPS衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)后，被地面接收站的4_6面接收天線接收， 其中I面接收天線對應(yīng)I顆衛(wèi)星；f)接收天線接收下來的4-6路信號采用合路器合成，合成后的信號經(jīng)過下變頻后變?yōu)榛鶐盘査腿霐?shù)據(jù)處理單元；g)數(shù)據(jù)處理單完成基帶信號的解擴、解調(diào)和測距后獲得用戶通信信息和測距信息 P i ；h)利用已知的地面接收站4-6面接收天線的位置精確(xf，>f，φ、通過網(wǎng)絡(luò)實時獲得的衛(wèi)星位置(<，乂，<)和衛(wèi)星速度(vxf，yy, v<)這兩項星歷信息、以及上述獲得的測距信息Pi,通過定位方程可求解出用戶的三維信息(<，義，4)，其中上述定位方程為
Pi = (xf - xf f + (y" -yf )2 + (z. - zf )2 +」(χ· - Xui )2 + (yl - yut )2 + (zts - Zui )2 - cdtu式中，i = 1，2，L，6，dtu用戶時鐘誤差。上述步驟b)中所采用差錯控制編碼包括糾正隨機性錯誤的前向糾錯編碼和糾正突發(fā)性的錯誤交織編碼。上述步驟c)中所述二進制偏置載波調(diào)制為BOC調(diào)制、MBOC調(diào)制或AltBOC調(diào)制。上述發(fā)射天線為C波段微帶或貼片全向天線。上述CAPS衛(wèi)星中至少有1-2顆為小傾角的同步軌道衛(wèi)星。一種基于回傳通信信號體制的衛(wèi)星導航系統(tǒng)，主要由用戶終端、CAPS衛(wèi)星組和地面接收站組成，其中所述用戶終端包括基帶信號處理單元、上變頻單元和發(fā)射天線；基帶信號處理單元經(jīng)由上變頻單元與發(fā)射天線相連；所述CAPS衛(wèi)星組包括4-6顆的CAPS衛(wèi)星；所述地面接收站包括4-6面接收天線、地面站數(shù)據(jù)處理中心、和CAPS測軌站；上述每面接收天線分別對應(yīng)I顆衛(wèi)星，4-6面接收天線的輸出端和CAPS測軌站的輸出端均與地面站數(shù)據(jù)處理中心相連；通信信息在基帶處理單元完成差錯控制編碼、燙金碼擴頻和二進制偏置載波調(diào)制后，經(jīng)上變頻單元把基帶信號轉(zhuǎn)變?yōu)镃波段射頻信號，該射頻信號由發(fā)射天線發(fā)射出去；上述射頻信號經(jīng)由4-6顆的CAPS衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)；轉(zhuǎn)發(fā)后的信號由4-6面接收天線接收，天線接收到的信號送到地面站數(shù)據(jù)處理中心統(tǒng)一處理，CAPS測軌站也將其通過網(wǎng)絡(luò)實時獲得的星歷信息送入地面站數(shù)據(jù)處理中心，地面站數(shù)據(jù)處理中心完成信號的合成、下變頻、解擴、解調(diào)和測距后獲得用戶通信信息和測距信息，并利用星歷信息和測距信息完成用戶的定位和測速。上述發(fā)射天線為C波段微帶全向天線或C波段貼片全向天線。上述CAPS衛(wèi)星組中至少有1-2顆CAPS衛(wèi)星為小傾角的同步軌道衛(wèi)星。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，通過設(shè)計一定的擴頻碼或測距碼、調(diào)制方式和電文編碼方式，基帶信號上變頻到C波段，信號經(jīng)功率放大后經(jīng)全向天線發(fā)射出去，信號經(jīng)4-6顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)，地面站用4-6面大天線接收，接收到的信號結(jié)合衛(wèi)星測軌數(shù)據(jù)，實時完成用戶的數(shù)據(jù)回傳和導航。另外，地面站利用這些星歷信息和地面站的測距信息不但可以實現(xiàn)用戶的實時定位，而且還可以實現(xiàn)用戶的測速和授時。


圖I圖2圖3圖4圖5圖6
為本發(fā)明一種優(yōu)選實施例的原理示意為CAPS導航在中衛(wèi)一號衛(wèi)星上所選的頻點為CAPS導航在鑫諾一號衛(wèi)星上所選的頻點為CAPS導航在亞太一號衛(wèi)星上所選的頻點為CAPS導航在亞太IA衛(wèi)星上所選的頻點； 為CAPS導航在亞洲二號衛(wèi)星上所選的頻點。
具體實施方式
一種基于回傳通信信號體制的衛(wèi)星導航系統(tǒng)如圖I所示，其主要由用戶終端、 CAPS衛(wèi)星組和地面接收站組成。所述用戶終端包括基帶信號處理單元、上變頻單元和發(fā)射天線；基帶信號處理單元經(jīng)由上變頻單元與發(fā)射天線相連。所述CAPS衛(wèi)星組包括4-6顆的 CAPS衛(wèi)星。所述地面接收站包括4-6面接收天線、地面站數(shù)據(jù)處理中心、和CAPS測軌站； 上述每面接收天線分別對應(yīng)I顆衛(wèi)星，4-6面接收天線的輸出端和CAPS測軌站的輸出端均與地面站數(shù)據(jù)處理中心相連。通信信息在基帶處理單元完成差錯控制編碼、燙金碼擴頻和二進制偏置載波調(diào)制后，經(jīng)上變頻單元把基帶信號轉(zhuǎn)變?yōu)镃波段射頻信號，該射頻信號由發(fā)射天線發(fā)射出去；上述射頻信號經(jīng)由4-6顆的CAPS衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)；轉(zhuǎn)發(fā)后的信號由4-6面接收天線接收，天線接收到的信號送到地面站數(shù)據(jù)處理中心統(tǒng)一處理，CAPS測軌站也將其通過網(wǎng)絡(luò)實時獲得的星歷信息送入地面站數(shù)據(jù)處理中心，地面站數(shù)據(jù)處理中心完成信號的合成、下變頻、解擴、解調(diào)和測距后獲得用戶通信信息和測距信息，并利用星歷信息和測距信息完成用戶的定位和測速。在本發(fā)明優(yōu)選實施例中，本發(fā)明各組成部分的功能如下用戶終端用戶終端主要完成信息編碼、信號擴頻、調(diào)制、變頻、功放和信號發(fā)射。擴頻碼是實現(xiàn)導航和通信一體化的關(guān)鍵，其碼長、碼速率、和自、互相關(guān)特性決定了定位精度、靈敏度和通信的用戶數(shù)量，以及導航和通信信號的抗偵破、抗干擾能力，采用地址數(shù)較多和易于實現(xiàn)的Gold碼，碼長采用10230，碼速率采用10. 23MHz ;為了確保各種通信用戶，特別是通信環(huán)境惡劣的用戶通信數(shù)據(jù)的可靠性，采取糾正隨機性錯誤的前向糾錯編碼(FEC)和自動反饋重發(fā)(ARQ)方式，也要采取糾正突發(fā)性的錯誤交織編碼技術(shù)；與BPSK調(diào)制相比，BOC調(diào)制方式測距，抗干擾、抗多徑效應(yīng)性能更優(yōu)，而且能為多個系統(tǒng)同時工作在同一頻段上提供了可能，兼顧導航和通信，本發(fā)明調(diào)制方式采用BOC或AltBOC或MBOC調(diào)制方式。CAPS 衛(wèi)星組CAPS目前所使用的衛(wèi)星有5顆中衛(wèi)一號衛(wèi)星(圖2所示，箭頭表示目前CAPS導航所選的頻點)、鑫諾一號衛(wèi)星(圖3所示，箭頭表示目前CAPS導航所選的頻點)、亞太一號衛(wèi)星(圖4所示，箭頭表示目前CAPS導航所選的頻點)、亞太IA衛(wèi)星(圖5所示，箭頭表示目前CAPS導航所選的頻點)和亞洲二號衛(wèi)星(圖6所示，箭頭表示目前CAPS導航所選的頻點)。隨著CAPS 二期的進展，還將發(fā)射一顆傾斜軌道衛(wèi)星。通信信息通過CAPS衛(wèi)星透明轉(zhuǎn)發(fā)后廣播。地面站接收站地面站采用4-6面大型拋物面天線接收衛(wèi)星廣播下來的信號，因為，用戶采用小體積的全向天線，天線增益低、信號發(fā)射功率小，所以，接收站必須采用大增益的拋物面天線，以來改善接收信號的信噪比問題，而且，要求天線增益大于40dB。天線接收的4-6路信號用合路器合成一路，合成后的信號經(jīng)下變頻單元變?yōu)榛鶐盘枺苫鶐盘柼幚韱卧瓿尚盘柕慕鈹U、解調(diào)和測距。衛(wèi)星星歷信息由CAPS測軌站通過網(wǎng)絡(luò)近似實時得到，基帶信號處理單元利用解碼信息、測距信息、星歷信息不但實時完成通信用戶的信息回傳，而且還能實時實現(xiàn)用的高精度定位和測速。上述系統(tǒng)所實現(xiàn)的基于回傳通信信號體制的衛(wèi)星導航實現(xiàn)方法，其特征在于包括如下步驟a)根據(jù)用戶容量和導航的精度確定測距碼；b)對所需傳輸?shù)挠脩敉ㄐ判畔⒑蜏y距碼進行差錯控制編碼后形成基帶信號；為了適應(yīng)惡劣的通信環(huán)境和保證通信數(shù)據(jù)的可靠性，本發(fā)明首先對用戶的通信信息進行差錯控制編碼，如交織編碼技術(shù)。其中差錯控制編碼包括糾正隨機性錯誤的前向糾錯編碼和糾正突發(fā)性的錯誤交織編碼。c)將編碼后的基帶信號信息進行燙金碼(Gold碼)擴頻和二進制偏置載波調(diào)制 (B0C調(diào)制)；為了滿足高精度導航和用戶信號的低信噪比的要求，采用高擴頻增益的偽隨機碼擴頻技術(shù)。其中，擴頻碼采用具有優(yōu)良的自、互相關(guān)特性、可用地址數(shù)較多和易于實現(xiàn)的 Gold碼。與BPSK調(diào)制相比，BOC調(diào)制與傳統(tǒng)的BPSK導航調(diào)制方式相比其抗干擾、抗多徑效應(yīng)性能更優(yōu)，而且能為多個系統(tǒng)同時工作在同一頻段上提供了可能，兼顧導航和通信，因此，調(diào)制方式采用BOC或AltBOC或MBOC調(diào)制方式。為滿足大容量通信用戶，采用的多址連接方式為⑶MA和FDMA和TDMA結(jié)合。d)將擴頻和調(diào)制后的基帶信號上變頻到C波段，并經(jīng)功率發(fā)大后通過發(fā)射天線發(fā)射出去；其中發(fā)射天線為C波段微帶或貼片全向天線；e)上述信息經(jīng)過4-6顆CAPS衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)后，被地面接收站的4_6面接收天線接收， 其中CAPS衛(wèi)星中至少有1-2顆為小傾角的同步軌道衛(wèi)星，每面接收天線分別對應(yīng)I顆衛(wèi)星；f)接收天線接收下來的4-6路信號采用合路器合成，合成后的信號經(jīng)過下變頻后變?yōu)榛鶐盘査腿霐?shù)據(jù)處理單元；g)數(shù)據(jù)處理單完成基帶信號的解擴、解調(diào)和測距后獲得用戶通信信息和測距信息 P i ；h)利用已知的地面接收站4-6面接收天線的位置精確(xf，>f，φ、通過網(wǎng)絡(luò)實時獲得的衛(wèi)星位置(<，乂，<)和衛(wèi)星速度(vxf，yy, v<)這兩項星歷信息、以及上述獲得的測距信息Pi,通過定位方程可求解出用戶的三維信息(<，義，4)，其中上述定位方程為Pi =」(x- - xf )2 + (y- -yf)2 + (z. - zf )2 + (χ. - Xui f + (y" - yut )2 + (Zsi - Zui )2 - cdtu式中，i = 1，2，L，6，dtu用戶時鐘誤差，上述定位方程有4個未知數(shù)，如果能夠同時觀測到4顆以上衛(wèi)星，就能實現(xiàn)用戶的實時定位功能。
權(quán)利要求
1.基于回傳通信信號體制的衛(wèi)星導航實現(xiàn)方法，其特征在于包括如下步驟a)根據(jù)用戶容量和導航的精度確定測距碼；b)對所需傳輸?shù)挠脩敉ㄐ判畔⒑蜏y距碼進行差錯控制編碼后形成基帶信號；c)將編碼后的基帶信號信息進行燙金碼擴頻和二進制偏置載波調(diào)制；d)將擴頻和調(diào)制后的基帶信號上變頻到C波段，并經(jīng)功率發(fā)大后通過發(fā)射天線發(fā)射出去;e)上述信息經(jīng)過4-6顆CAPS衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)后，被地面接收站的4_6面接收天線接收，其中 I面接收天線對應(yīng)I顆衛(wèi)星；f)接收天線接收下來的4-6路信號采用合路器合成，合成后的信號經(jīng)過下變頻后變?yōu)榛鶐盘査腿霐?shù)據(jù)處理單元；g)數(shù)據(jù)處理單完成基帶信號的解擴、解調(diào)和測距后獲得用戶通信信息和測距信息P i ；h)利用已知的地面接收站4-6面接收天線的位置精確(xf，>f，φ、通過網(wǎng)絡(luò)實時獲得的衛(wèi)星位置(<，X，<)和衛(wèi)星速度(vxf，<)這兩項星歷信息、以及上述獲得的測距信息 P i，通過定位方程可求解出用戶的三維信息(<，義，4)，其中上述定位方程為Pi = V(xi ~xfY+(y" ~yf)2+(zi ~zfY + V(xi ~ xIf+(yl ~yur )2+(zi - zI)2 _ccK式中，i = 1,2, L，6，dtu用戶時鐘誤差。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于回傳通信信號體制的衛(wèi)星導航實現(xiàn)方法，其特征在于 步驟b)中所采用差錯控制編碼包括糾正隨機性錯誤的前向糾錯編碼和糾正突發(fā)性的錯誤交織編碼。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于回傳通信信號體制的衛(wèi)星導航實現(xiàn)方法，其特征在于 步驟c)中所述二進制偏置載波調(diào)制為BOC調(diào)制、MBOC調(diào)制或AltBOC調(diào)制。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于回傳通信信號體制的衛(wèi)星導航實現(xiàn)方法，其特征在于 所述發(fā)射天線為C波段微帶或貼片全向天線。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于回傳通信信號體制的衛(wèi)星導航實現(xiàn)方法，其特征在于 所述CAPS衛(wèi)星中至少有1-2顆為小傾角的同步軌道衛(wèi)星。
6.基于回傳通信信號體制的衛(wèi)星導航系統(tǒng)，主要由用戶終端、CAPS衛(wèi)星組和地面接收站組成，其特征在于所述用戶終端包括基帶信號處理單元、上變頻單元和發(fā)射天線；基帶信號處理單元經(jīng)由上變頻單元與發(fā)射天線相連；所述CAPS衛(wèi)星組包括4-6顆的CAPS衛(wèi)星；所述地面接收站包括4-6面接收天線、地面站數(shù)據(jù)處理中心、和CAPS測軌站；上述每面接收天線分別對應(yīng)I顆衛(wèi)星，4-6面接收天線的輸出端和CAPS測軌站的輸出端均與地面站數(shù)據(jù)處理中心相連；通信信息在基帶處理單元完成差錯控制編碼、燙金碼擴頻和二進制偏置載波調(diào)制后， 經(jīng)上變頻單元把基帶信號轉(zhuǎn)變?yōu)镃波段射頻信號，該射頻信號由發(fā)射天線發(fā)射出去；上述射頻信號經(jīng)由4-6顆的CAPS衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)；轉(zhuǎn)發(fā)后的信號由4-6面接收天線接收，天線接收到的信號送到地面站數(shù)據(jù)處理中心統(tǒng)一處理，CAPS測軌站也將其通過網(wǎng)絡(luò)實時獲得的星歷信息送入地面站數(shù)據(jù)處理中心，地面站數(shù)據(jù)處理中心完成信號的合成、下變頻、解擴、解調(diào)和測距后獲得用戶通信信息和測距信息，并利用星歷信息和測距信息完成用戶的定位和測速。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于回傳通信信號體制的衛(wèi)星導航系統(tǒng)，其特征在于所述發(fā)射天線為C波段微帶全向天線或C波段貼片全向天線。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于回傳通信信號體制的衛(wèi)星導航系統(tǒng)，其特征在于所述 CAPS衛(wèi)星組中至少有1-2顆CAPS衛(wèi)星為小傾角的同步軌道衛(wèi)星。
全文摘要
本發(fā)明公開一種基于回傳通信信號體制的衛(wèi)星導航實現(xiàn)方法與系統(tǒng)，通信信息在基帶處理單元完成差錯控制編碼、燙金碼擴頻和二進制偏置載波調(diào)制后，經(jīng)上變頻單元把基帶信號轉(zhuǎn)變?yōu)镃波段射頻信號，該射頻信號由發(fā)射天線發(fā)射出去；上述射頻信號經(jīng)由4-6顆的CAPS衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)；轉(zhuǎn)發(fā)后的信號由4-6面接收天線接收，天線接收到的信號送到地面站數(shù)據(jù)處理中心統(tǒng)一處理，CAPS測軌站也將其通過網(wǎng)絡(luò)實時獲得的星歷信息送入地面站數(shù)據(jù)處理中心，地面站數(shù)據(jù)處理中心完成信號的合成、下變頻、解擴、解調(diào)和測距后獲得用戶通信信息和測距信息，并利用星歷信息和測距信息完成用戶的定位和測速。
文檔編號G01S19/42GK102608635SQ20121006595
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月14日
發(fā)明者嚴素清, 吳孫勇, 孫希延, 張瑞霞, 王守華, 符強, 紀元法, 鄧洪高 申請人:桂林電子科技大學