北斗天基高精度實時定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種針對北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的基于地球同步軌道衛(wèi)星播發(fā)差分信息 的高精度實時定位實現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)在，全球各個衛(wèi)星導航系統(tǒng)在其覆蓋區(qū)域內(nèi)的精度均不優(yōu)于米級。北斗衛(wèi)星導 航系統(tǒng)區(qū)域系統(tǒng)在覆蓋區(qū)內(nèi)的精度為10米，對于普通米級定位精度需求用戶來說，獨立使 用一種衛(wèi)星導航系統(tǒng)的服務就基本能滿足大部分用戶的定位需求。而對于更高精度要求的 亞米級需求用戶來說，則需要其他的輔助技術(shù)來滿足其精度要求。
[0003] 目前，國內(nèi)外針對衛(wèi)星導航系統(tǒng)提高服務性能的輔助技術(shù)按照信息播發(fā)方式的不 同可分為：星基增強系統(tǒng)（SBAS:Satellite_basedaugmentationsystem)、地基增強系 統(tǒng)（GBAS:Ground_basedaugmentationsystem)、空基增強系統(tǒng)（ABAS:Aircraft_based augmentationsystem);按照信息播發(fā)內(nèi)容以及使用方式的不同可分為：精密單點定位技 術(shù)（PPP:Precisepointpositioning)、實時動態(tài)定位技術(shù)（RTK:Realtimekinematic)。
[0004] 在國外針對GPS進行星基增強的系統(tǒng)已經(jīng)有了WAAS、EGNOS、MSAS和GAGAN，在各 自系統(tǒng)覆蓋范圍內(nèi)的定位精度不優(yōu)于1米，達不到亞米級。中國大陸大部分地區(qū)不在這些 系統(tǒng)覆蓋范圍內(nèi)，因此在中國本土區(qū)域內(nèi)無法使用。而針對北斗的星基增強系統(tǒng)則還未建 立。
[0005] 地基增強系統(tǒng)主要借助于地面監(jiān)測站收集視界內(nèi)所有衛(wèi)星傳來的信號，產(chǎn)生偽距 測量值并計算出偽距誤差，通過架設(shè)在地面的發(fā)射臺來廣播改正信息。每個發(fā)射臺的作用 范圍約為幾十米到幾千米，精度能達到厘米級。地基增強系統(tǒng)雖然精度高，但是覆蓋范圍 小，適用于小區(qū)域高精度精密定位服務。
[0006] 精密單點定位技術(shù)主要通過輔助手段得到衛(wèi)星精密鐘差、精密軌道和大氣傳播時 延修正數(shù)據(jù)，利用衛(wèi)星精密鐘差、精密軌道和大氣傳播時延修正數(shù)據(jù)來進行精密定位，其事 后處理定位精度可以達到厘米級?，F(xiàn)階段在精密單點定位技術(shù)中，得到精密數(shù)據(jù)的主要手 段是互聯(lián)網(wǎng)，在國內(nèi)，還沒有通過衛(wèi)星播發(fā)修正數(shù)據(jù)的實現(xiàn)技術(shù)。
[0007] 實時動態(tài)定位技術(shù)主要通過播發(fā)已知精確位置參考站的位置信息和視區(qū)內(nèi)衛(wèi)星 觀測數(shù)據(jù)給用戶，用戶利用這些信息來進行精確定位，定位精度可達到厘米級?，F(xiàn)在國內(nèi)的 實時動態(tài)定位技術(shù)主要用于近距離、小范圍的行業(yè)領(lǐng)域，且定位精度與離參考站的距離相 關(guān)性很強。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于地球同步軌道衛(wèi)星播發(fā)差分修正 數(shù)據(jù)的高精度實時定位實現(xiàn)方法，能夠大面積提高北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)在覆蓋區(qū)域內(nèi)的實時 定位精度，可以使用戶實時定位精度由米級提高至亞米級。
[0009] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案包括以下步驟：
[0010] 步驟1、基準站通過多頻GNSS接收機及原子鐘采集碼偽距和載波相位觀測數(shù)據(jù)， 并以小時文件和實時數(shù)據(jù)流兩種形式發(fā)送至地面主控站；地面主控站通過實時軌道估計器 和實時鐘差估計器生成差分修正信息，包括衛(wèi)星軌道修正數(shù)據(jù)、衛(wèi)星時鐘修正數(shù)據(jù)以及碼 偏移、用戶測距精度；差分修正信息通過通信鏈路發(fā)送到用戶接收機；
[0011] 步驟2、生成差分廣播電文Pdata，包括衛(wèi)星軌道修正數(shù)據(jù)、衛(wèi)星時鐘修正數(shù)據(jù)、碼偏 移和用戶測距精度；
[0012] 步驟3、生成差分廣播信號，包括以下步驟：
[0013] (1)采用兩個偽隨機序列&、X2生成短精碼PshOTt。_，Pshc^cx^X^Xa，?表示摩 爾加運算；短精碼循環(huán)周期為Tlmg_radJ^，短精碼速率為Flmgc;(KteMHZ，則一個短精碼循環(huán)周 期內(nèi)碼片長度Llong-code T long code^^long code ?
[0014] (2)將差分廣播電文與短精碼進行擴頻調(diào)制，得到短精碼擴頻調(diào)制信號SshOTt， Sshort-Pshort_code ? Pdata;
[0015] (3)對生成的短精碼擴頻調(diào)制信號用載波信號^_進行載波調(diào)制，得到最終的 調(diào)制信號Ssignal，Ssignal=S 表示數(shù)值乘法運算；
[0016] 步驟4、用戶定位終端接收到通過衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)的差分廣播信號，將差分廣播信號中調(diào) 制的差分廣播數(shù)據(jù)進行解調(diào)、解碼，與北斗用戶接收終端接收到的北斗導航衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù) 聯(lián)合進行定位解算，即將衛(wèi)星軌道修正數(shù)據(jù)用于修正北斗廣播星歷，衛(wèi)星時鐘修正數(shù)據(jù)用 于修正北斗廣播鐘差，然后將修正后計算得到的衛(wèi)星位置和衛(wèi)星鐘差參與定位解算，實現(xiàn) 高精度實時定位。
[0017] 本發(fā)明的有益效果是：就天基高精度實時定位方法的實現(xiàn)方式而言，天基高精度 實時定位方法的差分廣播電文是在地面主控站生成，然后上行到衛(wèi)星，經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)后再向 地面廣播，具有覆蓋面廣、地面中心站集中、易于維護等特點；而地基實時定位方法受限于 其通訊方式的局限，存在覆蓋面小、站點多、工程量大等特點。因此，天基高精度實時定位方 法能有效在地球同步軌道衛(wèi)星覆蓋范圍內(nèi)實現(xiàn)分米級的高精度實時定位，快速提高和增強 北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的定位服務性能。
【附圖說明】
[0018] 圖1是短精碼生成方法不意圖。
[0019] 圖2是用戶接收設(shè)備示意圖。
[0020] 圖3是XI進彳丁相位跳變時的情況不意圖。
【具體實施方式】
[0021] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明，本發(fā)明包括但不僅限于下述實施 例。
[0022] 本發(fā)明的基本思想是：地面監(jiān)測站接收北斗導航衛(wèi)星下行導航信號，進行偽距測 量和載波相位測量，收集各監(jiān)測站觀測值數(shù)據(jù)，在地面主控站集中計算可視區(qū)域內(nèi)北斗導 航衛(wèi)星的各類差分修正數(shù)據(jù)，編輯差分廣播電文，生成差分廣播信號，通過地球同步軌道衛(wèi) 星轉(zhuǎn)發(fā)差分修正信息，廣播給覆蓋區(qū)域內(nèi)所有用戶使用，實現(xiàn)對北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的高精 度實時定位，有效提高用戶定位精度。
[0023] 本成果解決的技術(shù)問題主要包括以下幾個方面：
[0024] 1、差分修正數(shù)據(jù)生成方法
[0025] 主要說明差分修正數(shù)據(jù)的內(nèi)容和生成算法。
[0026] 2、差分廣播電文生成方法
[0027] 主要說明差分廣播電文的內(nèi)容、編排和格式。
[0028] 3、差分廣播信號生成方法
[0029] 主要說明差分廣播信號的測距碼生成方式、擴頻調(diào)制、載波調(diào)制。
[0030] 4、差分信息實時定位解算方法
[0031] 主要說明用戶終端差分信息的接收方法和定位解算算法。
[0032] 針對以上技術(shù)問題所包含的內(nèi)容，所采用的技術(shù)方案如下：
[0033] 1、差分修正數(shù)據(jù)生成方法
[0034] 需要生成的差分修正數(shù)據(jù)包括衛(wèi)星軌道修正數(shù)據(jù)、衛(wèi)星時鐘修正數(shù)據(jù)、碼偏移和 用戶測距精度。
[0035] 基準站配備高精度多頻GNSS接收機并外接高精度原子鐘，負責采集高精度碼偽 距和載波相位觀測數(shù)據(jù)，并以小時文件和實時數(shù)據(jù)流兩種形式發(fā)送至地面主控站；地面主 控站差分修正數(shù)據(jù)的生成主要由實時軌道估計器和實時鐘差估計器兩部分完成，分別負責 衛(wèi)星軌道修正數(shù)據(jù)、衛(wèi)星時鐘修正數(shù)據(jù)以及碼偏移、用戶測距經(jīng)度等差分修正數(shù)據(jù)的生成； 差分修正信息經(jīng)過編碼，通過通信鏈路發(fā)送到用戶接收機。
[0036] 2、差分廣播電文生成方法
[0037] 為了實現(xiàn)分米級高精度實時定位，通過地球同步軌道衛(wèi)星廣播的電文中的差分信 息主要包括衛(wèi)星軌道修正數(shù)據(jù)、衛(wèi)星時鐘修正數(shù)據(jù)、碼偏移和用戶測距精度。
[0038] 衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)主要用于修正用戶得到的北斗衛(wèi)星廣播星歷，最大更新間隔為30 秒。
[0039] 衛(wèi)星時鐘修正數(shù)據(jù)主要用于修正用戶得到的衛(wèi)星時鐘參數(shù)，進行精密衛(wèi)星鐘差計 算。衛(wèi)星時鐘修正數(shù)據(jù)根據(jù)精度要求又可分為時鐘修正數(shù)據(jù)和快速時鐘修正數(shù)據(jù)，時鐘修 正數(shù)據(jù)采用10秒的更新周期，快速時鐘修正最大更新間隔為2秒。
[0040] 碼偏移主要用于修正每顆衛(wèi)星不同頻點不同通道之間的碼延遲，最大更新間隔 1800 秒。
[0041] 用戶測距精度主要用于計算用戶接收終端與衛(wèi)星之間的距離修正，最大更新間隔 2秒。
[0042] 按差分廣播電文的生成方法，在差分信息速率時鐘信號的作用下，依次讀取差分 廣播電文比特信息Pdata，準備與擴頻碼進行摩爾加運算處理。
[0043] 3、差分廣播信號生成方法
[0044] (1)測距碼的生成
[0045] 差分廣播信號的測距碼采用了基于移位寄存器短精碼生成方法來實現(xiàn)。
[0046] 短精碼生成過程如圖1所示。
[0047] 由圖1，兩個偽隨機序列分別用X2表示，短精碼用PshOTtrade表示，則： PsliMt_e(Kle=XiQX2，其中，符號"Q"表示摩爾加運算。
[0048] PshOTt即為生成的短精碼。設(shè)短精碼循環(huán)周期為Tlmg。_秒，短精碼速率為Flmg radeMHZ，則一個短精碼循環(huán)周期內(nèi)碼片長度為Llong-code Tlong code^^long code°
[0049] ⑵擴頻調(diào)制
[0050] 將差分廣播電文與短精碼進行擴頻調(diào)制，得到短精碼擴頻調(diào)制信號SshOTt:
[0051] Sshort-Pshort_code〇Pdata
[005