一種與北斗系統(tǒng)實(shí)時同步生成偽衛(wèi)星信號的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種位置服務(wù)、衛(wèi)星導(dǎo)航和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域，特別是關(guān)于一種與北斗 系統(tǒng)實(shí)時同步生成偽衛(wèi)星信號的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 導(dǎo)航衛(wèi)星信號生成是為基于位置服務(wù)、衛(wèi)星導(dǎo)航和物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用終端提供高可靠 性、高精度、可重復(fù)應(yīng)用的測試信號和測試手段?；谕ㄓ媒邮諜C(jī)的大范圍的衛(wèi)星信號遮 擋區(qū)域的高精度定位是當(dāng)前導(dǎo)航定位領(lǐng)域研宄的一個熱點(diǎn)和難點(diǎn)，由于范圍較大（達(dá)到公 里量級），WiFi定位、移動通信基站定位等技術(shù)難以應(yīng)用，最有效可行的方式偽衛(wèi)星定位方 式。
[0003] 現(xiàn)在大部分基于偽衛(wèi)星的定位技術(shù)都需要對接收機(jī)進(jìn)行改進(jìn)，主要的原因是衛(wèi)星 導(dǎo)航定位系統(tǒng)里衛(wèi)星位置的星歷都是采用的開普勒六參數(shù)的方式發(fā)布，接收機(jī)根據(jù)開普勒 六參數(shù)及其修正參數(shù)實(shí)時計算出衛(wèi)星的位置，而偽衛(wèi)星的位置一般不能用開普勒六參數(shù)來 表示，一般都采用地球協(xié)儀坐標(biāo)的方式來表示，所以，普通的接收機(jī)無法解析這部分參數(shù)， 也就無法獲得衛(wèi)星的位置。對于接收機(jī)來說，需要開辟專門的通道來解析偽衛(wèi)星的電文信 息，這也就限制了通用接收機(jī)利用偽衛(wèi)星來進(jìn)行定位。特別是對于現(xiàn)在廣泛使用的移動終 端的接收機(jī)來說，無法利用這種偽衛(wèi)星的信號進(jìn)行定位，也就限制了偽衛(wèi)星技術(shù)的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種與北斗系統(tǒng)實(shí)時同步生成偽衛(wèi)星信號的 方法，該方法能夠應(yīng)用于通用接收機(jī)，并且能夠?qū)崿F(xiàn)和在軌衛(wèi)星聯(lián)合定位。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：一種與北斗系統(tǒng)實(shí)時同步生成偽衛(wèi) 星信號的方法，其包括以下步驟：1)由導(dǎo)航接收機(jī)接收實(shí)際衛(wèi)星信號，并由導(dǎo)航系統(tǒng)控制 器向?qū)Ш浇邮諜C(jī)發(fā)送多個實(shí)際衛(wèi)星系統(tǒng)星歷接收指令，導(dǎo)航接收機(jī)獲取當(dāng)前的實(shí)際衛(wèi)星系 統(tǒng)星歷參數(shù)，同時通過1PPS實(shí)現(xiàn)將本地信號與實(shí)際北斗時的時間同步，并判斷是否實(shí)現(xiàn)時 間同步，若實(shí)現(xiàn)時間同步后，將同步標(biāo)志設(shè)置為"時間已同步"，進(jìn)入步驟2);反之繼續(xù)通過 1PPS實(shí)現(xiàn)時間同步；2)根據(jù)當(dāng)前的可見星和用戶位置關(guān)系利用選星方法進(jìn)行偽衛(wèi)星星號 選擇，并將選擇的星號進(jìn)行存儲；3)根據(jù)存儲的星號，將該星號對應(yīng)的偽衛(wèi)星信號進(jìn)行仿 真計算，生成與實(shí)際星歷同步的電文參數(shù)和觀測量參數(shù)；4)通過已有的信號生成機(jī)制將偽 衛(wèi)星信號的偽距參數(shù)、多普勒參數(shù)和誤差參數(shù)轉(zhuǎn)換后并輸出，信號播發(fā)后每隔1秒進(jìn)行一 次判斷，判斷當(dāng)前偽衛(wèi)星是否已經(jīng)不再滿足選星要求，如果不滿足要求則重新輸出偽衛(wèi)星 信號；滿足則根據(jù)選星方法選出1顆備用衛(wèi)星；5)計算選出的備用衛(wèi)星的電文參數(shù)和觀測 量參數(shù)，并判斷當(dāng)前時刻是否應(yīng)該進(jìn)行換星；如果滿足換星時刻，則進(jìn)行換星處理，關(guān)閉當(dāng) 前衛(wèi)星信號，啟動新的衛(wèi)星，換星過程完成；反之，返回步驟4)，循環(huán)進(jìn)行偽衛(wèi)星的生成，實(shí) 現(xiàn)了與北斗系統(tǒng)的同步。
[0006] 所述步驟1)中，所述通過1PPS實(shí)現(xiàn)將本地信號與實(shí)際北斗時的時間同步包括以 下步驟：（1)設(shè)置時鐘同步結(jié)構(gòu)，該時鐘同步結(jié)構(gòu)包括授時型導(dǎo)航接收機(jī)、接收天線、帶有 本地原子鐘的時鐘馴服模塊和偽衛(wèi)星信號發(fā)生器；(2)授時型導(dǎo)航接收機(jī)通過接收天線接 收實(shí)際衛(wèi)星信號，并讀取實(shí)際衛(wèi)星系統(tǒng)UTC時；授時型導(dǎo)航接收機(jī)將實(shí)際衛(wèi)星系統(tǒng)UTC時進(jìn) 行讀秒處理后，利用1PPS信號將時間信息傳輸至?xí)r鐘馴服模塊，同時通過串口將該時間信 息傳輸至偽衛(wèi)星信號發(fā)生器；通過時鐘馴服模塊同步生成10MHz時鐘信號和穩(wěn)定的1PPS信 號；（3)授時型導(dǎo)航接收機(jī)通過時鐘馴服模塊輸出的10MHz時鐘信號作為偽衛(wèi)星信號發(fā)生 器的時鐘基準(zhǔn)信號，授時型導(dǎo)航接收機(jī)通過時鐘馴服模塊輸出的下一個1PPS信號作為偽 衛(wèi)星信號發(fā)生器的外觸發(fā)信號；（4)偽衛(wèi)星信號發(fā)生器將讀取的實(shí)際衛(wèi)星UTC時間轉(zhuǎn)換后 產(chǎn)生偽衛(wèi)星系統(tǒng)時間，偽衛(wèi)星信號發(fā)生器工作在外觸發(fā)模式下，讀取實(shí)際衛(wèi)星系統(tǒng)UTC時 間并通過時鐘馴服模塊獲取到穩(wěn)定的1PPS信號后，判決是否具備從下一秒開始和實(shí)際時 間對齊的條件，判決條件成立后開始計算輸出下一秒的偽衛(wèi)星信號，并同步利用1PPS信號 和10MHz將偽衛(wèi)星系統(tǒng)本地時間與UTC時間進(jìn)行對齊，實(shí)現(xiàn)同步。
[0007] 所述步驟4)中，所述偽衛(wèi)星的選星原則如下：（1)用戶范圍內(nèi)難以正常接收的實(shí) 際衛(wèi)星，即不在用戶視野內(nèi)的實(shí)際衛(wèi)星；（2)實(shí)際衛(wèi)星一偽衛(wèi)星一用戶所構(gòu)成的轉(zhuǎn)發(fā)線路 相對于直線線路的誤差要盡可能的??；（3)偽衛(wèi)星與現(xiàn)有衛(wèi)星組成的聯(lián)合星座的GD0P值 小。
[0008] 所述⑶0P值計算方法如下：（1)針對偽衛(wèi)星的不同位置，計算所選偽衛(wèi)星的星歷： 以用戶設(shè)備接收天線位置為原點(diǎn)，建立測量坐標(biāo)系，在該坐標(biāo)系內(nèi)，計算實(shí)際衛(wèi)星的高度角 和方位角；（a)計算實(shí)際衛(wèi)星在測量坐標(biāo)系的位置F/: 校）， 式中，€為實(shí)際衛(wèi)星在ECEF坐標(biāo)系的坐標(biāo)；$為用戶在ECEF坐標(biāo)系的坐標(biāo)；(L，B)為用戶 的經(jīng)度、煒度；RY、心和R2分別是繞Y軸、X軸和Z軸的旋轉(zhuǎn)矩陣；(b)根據(jù)實(shí)際衛(wèi)星的位置 C計算實(shí)際衛(wèi)星的高度角E、方位角Az:
[0009]
【主權(quán)項】
1. 一種與北斗系統(tǒng)實(shí)時同步生成偽衛(wèi)星信號的方法，其包括以下步驟： 1) 由導(dǎo)航接收機(jī)接收實(shí)際衛(wèi)星信號，并由導(dǎo)航系統(tǒng)控制器向?qū)Ш浇邮諜C(jī)發(fā)送多個實(shí)際 衛(wèi)星系統(tǒng)星歷接收指令，導(dǎo)航接收機(jī)獲取當(dāng)前的實(shí)際衛(wèi)星系統(tǒng)星歷參數(shù)，同時通過IPPS實(shí) 現(xiàn)將本地信號與實(shí)際北斗時的時間同步，并判斷是否實(shí)現(xiàn)時間同步，若實(shí)現(xiàn)時間同步后，將 同步標(biāo)志設(shè)置為"時間已同步"，進(jìn)入步驟2);反之繼續(xù)通過IPPS實(shí)現(xiàn)時間同步； 2) 根據(jù)當(dāng)前的可見星和用戶位置關(guān)系利用選星方法進(jìn)行偽衛(wèi)星星號選擇，并將選擇的 星號進(jìn)行存儲； 3) 根據(jù)存儲的星號，將該星號對應(yīng)的偽衛(wèi)星信號進(jìn)行仿真計算，生成與實(shí)際星歷同步 的電文參數(shù)和觀測量參數(shù)； 4) 通過已有的信號生成機(jī)制將偽衛(wèi)星信號的偽距參數(shù)、多普勒參數(shù)和誤差參數(shù)轉(zhuǎn)換后 并輸出，信號播發(fā)后每隔1秒進(jìn)行一次判斷，判斷當(dāng)前偽衛(wèi)星是否已經(jīng)不再滿足選星要求， 如果不滿足要求則重新輸出偽衛(wèi)星信號；滿足則根據(jù)選星方法選出1顆備用衛(wèi)星； 5) 計算選出的備用衛(wèi)星的電文參數(shù)和觀測量參數(shù)，并判斷當(dāng)前時刻是否應(yīng)該進(jìn)行換 星；如果滿足換星時刻，則進(jìn)行換星處理，關(guān)閉當(dāng)前衛(wèi)星信號，啟動新的衛(wèi)星，換星過程完 成；反之，返回步驟4)，循環(huán)進(jìn)行偽衛(wèi)星的生成，實(shí)現(xiàn)了與北斗系統(tǒng)的同步。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種與北斗系統(tǒng)實(shí)時同步生成偽衛(wèi)星信號的方法，其特征在 于：所述步驟1)中，所述通過IPPS實(shí)現(xiàn)將本地信號與實(shí)際北斗時的時間同步包括以下步 驟： (1) 設(shè)置時鐘同步結(jié)構(gòu)，該時鐘同步結(jié)構(gòu)包括授時型導(dǎo)航接收機(jī)、接收天線、帶有本地 原子鐘的時鐘馴服模塊和偽衛(wèi)星信號發(fā)生器； (2) 授時型導(dǎo)航接收機(jī)通過接收天線接收實(shí)際衛(wèi)星信號，并讀取實(shí)際衛(wèi)星系統(tǒng)UTC時； 授時型導(dǎo)航接收機(jī)將實(shí)際衛(wèi)星系統(tǒng)UTC時進(jìn)行讀秒處理后，利用IPPS信號將時間信息傳輸 至?xí)r鐘馴服模塊，同時通過串口將該時間信息傳輸至偽衛(wèi)星信號發(fā)生器；通過時鐘馴服模 塊同步生成IOMHz時鐘信號和穩(wěn)定的IPPS信號； (3) 授時型導(dǎo)航接收機(jī)通過時鐘馴服模塊輸出的IOMHz時鐘信號作為偽衛(wèi)星信號發(fā)生 器的時鐘基準(zhǔn)信號，授時型導(dǎo)航接收機(jī)通過時鐘馴服模塊輸出的下一個IPPS信號作為偽 衛(wèi)星信號發(fā)生器的外觸發(fā)信號； (4) 偽衛(wèi)星信號發(fā)生器將讀取的實(shí)際衛(wèi)星UTC時間轉(zhuǎn)換后產(chǎn)生偽衛(wèi)星系統(tǒng)時間，偽衛(wèi) 星信號發(fā)生器工作在外觸發(fā)模式下，讀取實(shí)際衛(wèi)星系統(tǒng)UTC時間并通過時鐘馴服模塊獲取 到穩(wěn)定的IPPS信號后，判決是否具備從下一秒開始和實(shí)際時間對齊的條件，判決條件成立 后開始計算輸出下一秒的偽衛(wèi)星信號，并同步利用IPPS信號和IOMHz將偽衛(wèi)星系統(tǒng)本地時 間與UTC時間進(jìn)行對齊，實(shí)現(xiàn)同步。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的一種與北斗系統(tǒng)實(shí)時同步生成偽衛(wèi)星信號的方法，其特征 在于：所述步驟4)中，所述偽衛(wèi)星的選星原則如下： (1) 用戶范圍內(nèi)難以正常接收的實(shí)際衛(wèi)星，即不在用戶視野內(nèi)的實(shí)際衛(wèi)星； (2) 實(shí)際衛(wèi)星一偽衛(wèi)星一用戶所構(gòu)成的轉(zhuǎn)發(fā)線路相對于直線線路的誤差要盡可能的 ??； (3) 偽衛(wèi)星與現(xiàn)有衛(wèi)星組成的聯(lián)合星座的⑶OP值小。
4. 如權(quán)利要求3所述的一種與北斗系統(tǒng)實(shí)時同步生成偽衛(wèi)星信號的方法，其特征在 于：所述⑶OP值計算方法如下： (1) 針對偽衛(wèi)星的不同位置，計算所選偽衛(wèi)星的星歷：以用戶設(shè)備接收天線位置為原 點(diǎn)，建立測量坐標(biāo)系，在該坐標(biāo)系內(nèi)，計算實(shí)際衛(wèi)星的高度角和方位角； (a) 計算實(shí)際衛(wèi)星在測量坐標(biāo)系的位置F/:
式中，G為實(shí)際衛(wèi)星在ECEF坐標(biāo)系的坐標(biāo)；$為用戶在ECEF坐標(biāo)系的坐標(biāo)；(L，B)為 用戶的經(jīng)度、煒度；RY、&和R 2分別是繞Y軸、X軸和Z軸的旋轉(zhuǎn)矩陣； (b) 根據(jù)實(shí)際衛(wèi)星的位置計算實(shí)際衛(wèi)星的高度角E、方位角Az :
式中：
，xs。、ys。、Z s。分別是用戶坐標(biāo)系下衛(wèi)星的X、y和z軸坐標(biāo)； (2) 根據(jù)實(shí)際衛(wèi)星的高度角E和方位角Az計算⑶OP值：
5. 如權(quán)利要求1或2或4所述的一種與北斗系統(tǒng)實(shí)時同步生成偽衛(wèi)星信號的方法，其 特征在于：所述步驟2)、步驟4)中，所述偽衛(wèi)星選星方法為：收集實(shí)際衛(wèi)星參數(shù)，根據(jù)用戶 和障礙物的位置關(guān)系區(qū)分可見區(qū)域，在不可見區(qū)域內(nèi)選擇仰角最優(yōu)的實(shí)際衛(wèi)星，提取相應(yīng) 實(shí)際衛(wèi)星星號，完成選星。
6. 如權(quán)利要求1或2或4所述的一種與北斗系統(tǒng)實(shí)時同步生成偽衛(wèi)星信號的方法，其 特征在于：所述步驟5)中，所述換星過程如下： (1) 偽衛(wèi)星信號發(fā)生器選好符合要求的不可見區(qū)域的實(shí)際衛(wèi)星并播發(fā)這顆衛(wèi)星的信 號； (2) 計算不可見區(qū)域的仰角范圍，實(shí)時進(jìn)行偽衛(wèi)星仰角值計算，根據(jù)衛(wèi)星運(yùn)動軌跡推算 該衛(wèi)星走出不可見區(qū)域的時間； (3) 如果計算偽衛(wèi)星離開的時間小于10分鐘，重新進(jìn)行選星過程，并選出當(dāng)前條件下 更優(yōu)的偽衛(wèi)星； (4) 收集新的偽衛(wèi)星星歷，同時計算出該衛(wèi)星的實(shí)時電文參數(shù)和觀測量參數(shù)，包括偽距 參數(shù)、多普勒參數(shù)和誤差參數(shù)； (5) 新的偽衛(wèi)星的衛(wèi)星數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好之后，通知偽衛(wèi)星信號發(fā)生器進(jìn)行換星操作，關(guān)閉當(dāng) 前衛(wèi)星信號，并在下一個IPPS發(fā)送新的偽衛(wèi)星的衛(wèi)星信號； (6) 換星過程完成。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種與北斗系統(tǒng)實(shí)時同步生成偽衛(wèi)星信號的方法，其步驟：獲取當(dāng)前的實(shí)際衛(wèi)星系統(tǒng)星歷參數(shù)，同時實(shí)現(xiàn)將本地信號與實(shí)際北斗時的時間同步，并判斷是否實(shí)現(xiàn)時間同步；根據(jù)當(dāng)前的可見星和用戶位置關(guān)系利用選星方法進(jìn)行偽衛(wèi)星星號選擇；根據(jù)存儲的星號，將該星號對應(yīng)的偽衛(wèi)星信號進(jìn)行仿真計算，生成與實(shí)際星歷同步的電文參數(shù)和觀測量參數(shù)；輸出偽衛(wèi)星信號的偽距參數(shù)、多普勒參數(shù)和誤差參數(shù)，判斷當(dāng)前偽衛(wèi)星是否已經(jīng)不再滿足選星要求；計算選出的備用衛(wèi)星的電文參數(shù)和觀測量參數(shù)，并判斷當(dāng)前時刻是否應(yīng)該進(jìn)行換星；滿足則進(jìn)行換星；反之，循環(huán)進(jìn)行偽衛(wèi)星的生成，實(shí)現(xiàn)與北斗系統(tǒng)的同步。本發(fā)明能夠廣泛應(yīng)用于通用接收機(jī)，能夠和在軌衛(wèi)星聯(lián)合定位。
【IPC分類】G01S19-27, G01S19-28
【公開號】CN104749588
【申請?zhí)枴緾N201510145678
【發(fā)明人】吳巍蓀
【申請人】北京華云智聯(lián)科技有限公司
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2015年3月30日