CN100516900C - 一种长波传播时延修正量的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种长波传播时延修正量的测量方法，包括下列步骤：利用卫星与数字化罗兰C组合导航接收机分别测量卫星信号及长波信号的伪时差，通过二者之差，消除组合导航接收机本机时钟与基准时钟之差，通过参考点的传播时延修正量(已知或理论预测)标定测量结果中的系统误差。该方法减少了测量设备的数量和测量方法的复杂度，提高了长波传播时延修正量的测量效率，测量时剔除了系统误差。

Description

一种长波传播时延修正量的测量方法

技术领域

本发明属于电波传播测量技术领域，涉及一种长波传播时延修正量的测量方法。

背景技术

长波常用于无线电导航定位系统和授时系统，其传播时延与传播路径上的地形、地物、大气环境等因素有关，存在较大的预测误差，限制了长波导航定位系统及授时系统的精度。为了提高长波的导航定位和授时系统的精度，需要在整个长波覆盖区域对电波传播时延进行修正，建立电波传播时延修正数据库。而高效、经济、快速的长波传播时延修正量的试验测量方法是建立高精度传播时延修正库的基础。

长波传播时延是指长波从发射台到测量点的传播时间，可用长波的发射时刻减去长波到达时刻得到，再减去电波沿相同距离空气或纯海水路径的传播时延，则得到长波传播时延修正量。

通过测量长波发射时刻和接收时刻进行传播时延修正量测量的方法是传播时延修正量测量的基本方法，测量中需要用到统一的时间基准，以获得在同一时间基准下的发射时刻和接收时刻。因此，所使用的测量系统中，除了长波接收机外，还需要一个授时接收机和一套时间比对设备以及发射台和接收位置精确的地理坐标。

另外，上述测量方法得到的传播时延除了包含电波沿传播路径的传播时延外，还包括了发射系统和接收系统的传播时延，因而得到的修正量是一个含有系统误差的修正量，从传播时延修正量中剔除系统误差是一项非常麻烦的工作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种长波传播时延修正量的测量方法，减少了测量设备和测量的复杂度，有效剔除了系统误差。

本发明所采用的技术方案是，一种长波传播时延修正量的测量方法，利用测量得到的卫星信号与罗兰C信号的伪时差值，来获得长波传播时延修正量，并利用参考点的传播时延修正量对系统误差进行标定，该方法包括以下步骤：

步骤1，通过接收机测量得到卫星信号伪时差ΔT_A、长波信号伪时差ΔT_B和测量点的地理坐标；

通过卫星导航电文信息，确定卫星位置，通过接收机位置和卫星位置，计算得到卫星信号按光速从卫星传播到接收机的传播时延TD_A；

计算得到卫星信号传播时延修正总量ΔTD_A；

通过长波发射台位置和接收机位置，计算得到长波信号从发射台到测量点沿空气或纯海水路径的传播时延TD_B；

步骤2，对系统误差进行标定；

选择一个已知长波传播时延修正量的点为参考点，测量参考点的传播时延修正量，或在距发射台100km～200km之间的区域内，选择传播路径相对平坦、沿路径的电导率数据已有相对准确测量结果的位置为参考点，计算得到参考点传播时延修正量的理论值，设参考点的传播时延修正量为ΔTD_BO；

分别测量得到参考点的卫星信号伪时差ΔT_AO、长波信号伪时差ΔT_BO、卫星信号以光速从卫星到参考点的传播时间TD_AO、卫星信号的传播时延修正量ΔTD_AO、长波信号从发射台到参考点沿空气或纯海水路径的传播时延TD_BO，得到下式的结果，

ΔTD_BO-(TD_AO-TD_BO)+(ΔT_AO-ΔT_BO)-ΔTD_AO，

利用上述结果对系统误差DT_A接收-DT_B发射-DT_B接收进行标定，即令；

DT_A接收-DT_B发射-DT_B接收＝ΔTD_BO-(TD_AO-TD_BO)+(ΔT_AO-ΔT_BO)-ΔTD_AO

其中DT_B发射为长波发射系统误差，DT_B接收为长波信号接收系统误差，DT_A接收为卫星信号接收系统误差；

步骤3，将步骤1测量得到的卫星信号伪时差ΔT_A、长波信号伪时差ΔT_B，计算得到的卫星信号按光速从卫星传播到接收机的传播时延TD_A、卫星信号传播时延修正总量ΔTD_A、长波信号从发射台到测量点沿空气或纯海水路径的传播时延TD_B和步骤2得到的标定值：

DT_A接收-DT_B发射-DT_B接收＝ΔTD_BO-(TD_AO-TD_BO)+(ΔT_AO-ΔT_BO)-ΔTD_AO代入下式：

ΔTD_B＝(DT_A接收-DT_B发射-DT_B接收)+(TD_A-TD_B)-(ΔT_A-ΔT_B)+ΔTD_A，即得到长波传播时延修正量ΔTD_B的值。

本发明只采用卫星和数字化罗兰C组合导航接收机即可测量长波传播时延修正量，测量中利用卫星信号与罗兰C信号的伪时差测量值之差，消除接收机本机时钟与基准时钟之差，利用参考点的传播时延修正量(已知或理论预测)对测量结果中所含的系统误差进行标定，得到的修正量可用于30kHz～30MHz频率范围的电波传播时延修正。该方法减少了测量设备数量和测量的复杂度，可以仅采用一台具有导航定位功能的卫星-数字化罗兰C组合接收机来实现，提高了长波传播时延修正量的测量效率，测量同时剔除了测量结果中的系统误差。

具体实施方式

下面结合具体实例对本发明进行详细说明。

长波传播时延修正量也叫相位延迟量修正量，当计算中采用相对于空气路径的传播时延计算的修正量称为二次相位因子(或二次相位、二次相位延迟、二次延时、二次时延等)，采用相对于纯海水路径的传播时延计算的修正量称为附加二次相位因子(或附加二次因子、附加二次相位、附加二次相位延迟、附加二次时延、附加二次延时等)。

本发明对长波传播时延修正量的测量是采用以下步骤：

步骤1，采用卫星-数字化罗兰C组合接收机测量得到卫星信号伪时差ΔT_A、长波信号伪时差ΔT_B和测量点的地理坐标(经度、纬度和高度)；

通过卫星导航电文信息，确定卫星位置，通过接收机位置和卫星位置，计算卫星信号按光速从卫星传播到接收机的传播时延TD_A；

计算卫星信号由电离层、对流层、卫星钟差等引起的卫星信号传播时延修正总量ΔTD_A；

通过长波发射台位置和接收机位置，计算长波信号从发射台到测量点沿空气或纯海水路径的传播时延TD_B(《中华人民共和国电子行业军用标准，SJ20839-2002，长波地波传播信道计算方法，中华人民共和国信息产业部2002-10-30.》)。

步骤2，对系统误差进行标定。

选择一个已知长波传播时延修正量的点为参考点，测量参考点的传播时延修正量，当缺乏已知传播时延修正量的参考点时，也可选择传播路径相对平坦、沿路径的电导率数据已有相对准确的测量结果的一个或多个位置为参考点(一般取在距发射台100km～200km之间的区域内)，采用理论计算方法预测的参考点的传播时延修正量(《中华人民共和国电子行业军用标准，SJ 20839-2002，长波地波传播信道计算方法，中华人民共和国信息产业部2002-10-30.》)。

设参考点的传播时延修正量为ΔTD_BO，分别测量得到参考点的卫星信号伪时差为ΔT_AO、长波信号伪时差为ΔT_BO、卫星信号以光速从卫星到测量点的传播时间为TD_AO、卫星信号的传播时延修正量为ΔTD_AO、长波信号从发射台到测量点沿空气或纯海水路径的传播时延为TD_BO，得到下式的结果，

ΔTD_BO-(TD_AO-TD_BO)+(ΔT_AO-ΔT_BO)-ΔTD_AO

根据上式，系统误差可标定为：

DT_A接收-DT_B发射-DT_B接收＝ΔTD_BO-(TD_AO-TD_BO)+(ΔT_AO-ΔT_BO)-ΔTD_AO

其中DT_B发射为长波发射系统误差，DT_B接收为长波信号接收系统误差，DT_A接收为卫星信号接收系统误差。

步骤3，将步骤1测量得到的卫星信号伪时差ΔT_A、长波信号伪时差ΔT_B，计算得到的卫星信号按光速从卫星传播到接收机的传播时延TD_A、卫星信号由电离层、对流层、卫星钟差等引起的传播时延修正总量ΔTD_A、长波信号从发射台到测量点沿空气或纯海水路径的传播时延TD_B和步骤2得到的标定值：

DT_A接收-DT_B发射-DT_B接收＝ΔTD_BO-(TD_AO-TD_BO)+(ΔT_AO-ΔT_BO)-ΔTD_AO代入下式：

ΔTD_B＝(DT_A接收-DT_B发射-DT_B接收)+(TD_A-TD_B)-(ΔT_A-ΔT_B)+ΔTD_A即得到长波传播时延修正量ΔTD_B的值。

本发明利用单台卫星和数字罗兰C组合导航接收机，测量观测点的地理坐标(经度、纬度和高度)及卫星信号和长波信号的伪时差，接收机测量到的卫星信号伪时差ΔT_A和长波信号伪时差ΔT_B的表达形式分别如式(1)和(2)：

ΔT_A＝DT_A接收+TD_A+ΔTD_A+ΔT    (1)

ΔT_B＝DT_B发射+DT_B接收+TD_B+ΔTD_B+ΔT    (2)

其中卫星信号和长波信号的发射时刻取同一参考时钟，ΔT为接收机时钟与该参考时钟的钟差，以一个卫星信号为参考，用长波传播时延减去卫星信号的传播时延，可得到消除钟差后的长波传播时延修正量，用(2)式减去(1)式得到长波传播时延修正量ΔTD_B的表达式为：

ΔTD_B＝(DT_A接收-DT_B发射-DT_B接收)+(TD_A-TD_B)-(ΔT_A-ΔT_B)+ΔTD_A    (3)

(3)式中，ΔT_A-ΔT_B为接收机测得的卫星信号与长波信号的伪时差之差，DT_A接收-DT_B发射-DT_B接收为一个只与发射系统和接收机相关的系统差，TD_A-TD_B可以通过接收点位置计算得到，ΔTD_A为卫星信号的传播时延修正量，可通过卫星信号电文信息及传播路径情况得到。因此长波传播时延修正量ΔTD_B表达式中除了一个和测量位置无关的系统误差DT_A接收-DT_B发射-DT_B接收外，其它量均可测量或通过计算得到。

本发明即是利用上述公式分别得到各参数后，计算得到长波传播时延修正量ΔTD_B。

本发明的特点还在于对系统误差DT_A接收-DT_B发射-DT_B接收的标定。

选择一个已知长波传播时延修正量的点为参考点；当缺乏已知传播时延修正量的参考点时，可选择传播路径相对平坦，沿路径的电导率数据已有相对准确的测量结果的一个或多个位置为参考点(一般取在距发射台100km～200km之间的区域内)，采用理论计算方法预测参考点的传播时延修正量(《中华人民共和国电子行业军用标准，SJ 20839-2002，长波地波传播信道计算方法，中华人民共和国信息产业部2002-10-30.》，进而标定步骤2测量结果中的系统误差)。

设参考点的传播时延修正量为ΔTD_BO，接收机在参考点测量到的卫星信号伪时差为ΔT_AO、长波信号伪时差为ΔT_BO、卫星信号以光速从卫星到测量点的传播时间为TD_AO、卫星信号的传播时延修正量为ΔTD_AO、长波信号从发射台到测量点沿空气或纯海水路径的传播时延为TD_BO。利用公式(3)，ΔTD_BO可表示为：

ΔTD_BO＝(DT_A接收-DT_B发射-DT_B接收)+(TD_AO-TD_BO)-(ΔT_AO-ΔT_BO)+ΔTD_AO

根据上式，系统误差可标定为：

DT_A接收-DT_B发射-DT_B接收＝ΔTD_BO-(TD_AO-TD_BO)+(ΔT_AO-ΔT_BO)-ΔTD_AO

这样长波传播时延修正量就被唯一确定。

以下以具体的实例来说明本发明的操作方法。

实施例

利用GPS与数字化罗兰C组合导航接收机测量长波传播时延修正量。

采用GPS时间作为时间基准，卫星信号和长波信号的发射时间均按GPS时计时。

步骤1，对所有测量点(包括参考点)均测量卫星信号伪时差、长波信号伪时差和GPS位置(经度、纬度和高度)。

具体测量信息如下：

(1)单独采用GPS接收功能测量观测点的经度、纬度和高度；

(2)测量所有可视GPS卫星信号的伪时差值ΔT_A，可表示为：

ΔT_A＝DT_A接收+TD_A+ΔTD_A+ΔT    (1)

其中TD_A为GPS卫星信号以光速从GPS卫星到测量点的传播时间，ΔTD_A为GPS卫星信号传播时延修正量，DT_A接收为GPS信号的接收时延，ΔT为接收机本机时钟和GPS时间之差。

(3)测量不同长波台站发射的罗兰C信号的伪时差信息ΔT_B(长波信号的发射时刻减去接收时刻)，ΔT_B可表示为：

ΔT_B＝DT_B发射+DT_B接收+TD_B+ΔTD_B+ΔT    (2)

其中TD_B为长波信号从发射台到测量点沿空气或纯海水路径的传播时延，ΔTD_B为长波传播时延修正量，DT_B接收和DT_B接收分别为长波信号的发射和接收时延，ΔT为接收机本机时钟和GPS时钟之差。

对上述测量信息做以下处理计算：

(1)通过GPS卫星导航电文信息，确定GPS卫星位置(《王惠南，GPS导航原理与应用，科学出版社，2003.8》)，通过接收机位置和GPS卫星位置，计算卫星信号按光速从卫星传播到接收机的传播时延TD_A；

(2)计算GPS卫星信号由电离层、对流层、卫星钟差等引起的传播时延修正总量ΔTD_A(《徐绍铨等，GPS测量原理及应用，武汉大学出版社(修订版)，2003》)；

(3)通过长波发射台位置和接收机位置，计算长波信号从发射台到测量点沿空气或纯海水路径的传播时延TD_B(《中华人民共和国电子行业军用标准，SJ 20839-2002，长波地波传播信道计算方法，中华人民共和国信息产业部2002-10-30.》)；

以一个GPS卫星信号为参考，用长波传播时延((1)式)减去GPS卫星信号的传播时延((2)式)，可得到消除钟差后的长波传播时延，如(3)式：

ΔTD_B＝(DT_A接收-DT_B发射-DT_B接收)+(TD_A-TD_B)-(ΔT_A-ΔT_B)+ΔTD_A    (3)

其中ΔT_A和ΔT_B在步骤1中测得，TD_B、TD_A和ΔTD_A在步骤1中通过计算给出，只有系统误差DT_A接收-DT_B发射-DT_B接收尚需进一步确定。

步骤2，进行系统误差的标定。

选择已知传播时延修正量的点为参考点，该点的传播时延修正量为ΔTD_BO，或在距发射台100km～200km之间的区域内，选择传播路径相对平坦、沿路径的电导率数据已有相对准确的测量结果的一个位置为参考点，采用理论计算方法预测的参考点的传播时延修正量(《中华人民共和国电子行业军用标准，SJ 20839-2002，长波地波传播信道计算方法，中华人民共和国信息产业部2002-10-30.》)。

设接收机在参考点测量到的卫星信号伪时差为ΔT_AO、长波信号伪时差为ΔT_BO、计算得到的卫星信号以光速从卫星到参考点的传播时间为TD_AO、卫星信号的传播时延修正量为ΔTD_AO、长波信号从发射台到参考点沿空气或纯海水路径的传播时延为TD_BO、参考点长波传播时延修正量为ΔTD_BO、参考点长波传播时延修正量(或其理论预测结果)为ΔTD_BO，则系统误差可标定为：DT_A接收-DT_B发射-DT_B接收＝ΔTD_BO-(TD_AO-TD_BO)+(ΔT_AO-ΔT_BO)-ΔTD_AO

步骤3，将步骤1测量得到的GPS卫星信号伪时差ΔT_A、长波信号伪时差ΔT_B，计算得到的：GPS卫星信号按光速从卫星传播到接收机的传播时延TD_A、GPS卫星信号由电离层、对流层、卫星钟差等引起的传播时延修正总量ΔTD_A、长波信号从发射台到测量点沿空气或纯海水路径的传播时延TD_B和步骤2得到的标定的系统误差：DT_A接收-DT_B发射-DT_B接收代入下式：

ΔTD_B＝(DT_A接收-DT_B发射-DT_B接收)+(TD_A-TD_B)-(ΔT_A-ΔT_B)+ΔTD_A这样长波传播时延修正量ΔTD_B就被唯一确定。

本发明的方法只要测量计算上述参数，即可得到长波传播时延修正量，其采用的设备仅利用卫星和数字化罗兰C组合导航接收机就可实现，省去了现有测量方法的复杂设备和繁琐程序。采用该方法测量的传播时延修正数据可用于改善长波授时精度、基于时差和基于到达时刻的罗兰C接收机的导航定位精度、其它长波接收机定位精度、长波与其它系统的组合导航系统的定位导航精度。

Claims (1)

1.一种长波传播时延修正量的测量方法，利用测量得到的卫星信号与罗兰C信号的伪时差值，来获得长波传播时延修正量，并利用参考点的传播时延修正量对系统误差进行标定，该方法包括以下步骤：

步骤1，通过接收机测量得到卫星信号伪时差ΔT_A、长波信号伪时差ΔT_B和测量点的地理坐标；

通过卫星导航电文信息，确定卫星位置，通过接收机位置和卫星位置，计算得到卫星信号按光速从卫星传播到接收机的传播时延TD_A；

计算得到卫星信号传播时延修正总量ΔTD_A；

通过长波发射台位置和接收机位置，计算得到长波信号从发射台到测量点沿空气或纯海水路径的传播时延TD_B；

步骤2，对系统误差进行标定；

选择一个已知长波传播时延修正量的点为参考点，测量参考点的传播时延修正量，或在距发射台100km～200km之间的区域内，选择传播路径相对平坦、沿路径的电导率数据已有相对准确测量结果的位置为参考点，计算得到参考点传播时延修正量的理论值，设参考点的传播时延修正量为ΔTD_BO；

分别测量得到参考点的卫星信号伪时差ΔT_AO、长波信号伪时差ΔT_BO、卫星信号以光速从卫星到参考点的传播时间TD_AO、卫星信号的传播时延修正量ΔTD_AO、长波信号从发射台到参考点沿空气或纯海水路径的传播时延TD_BO，得到下式的结果，

ΔTD_BO-(TD_AO-TD_BO)+(ΔT_AO-ΔT_BO)-ΔTD_AO，

利用上述结果对系统误差DT_A接收-DT_B反射-DT_B接收进行标定，即令；

DT_4接收-DT_B反射-DT_B接收＝ΔTD_BO-(TD_AO-TD_BO)+(ΔT_AO-ΔT_BO)-ΔTD_AO

其中DT_B反射为长波发射系统误差，DT_B接收为长波信号接收系统误差，DT_A接收为卫星信号接收系统误差；

步骤3，将步骤1测量得到的卫星信号伪时差ΔT_A、长波信号伪时差ΔT_B，计算得到的卫星信号按光速从卫星传播到接收机的传播时延TD_A、卫星信号传播时延修正总量ΔTD_A、长波信号从发射台到测量点沿空气或纯海水路径的传播时延TD_B和步骤2得到的标定值：

DT_A接收-DT_B发射-DT_B接收＝ΔTD_BO-(TD_AO-TD_BO)+(ΔT_AO-ΔT_BO)-ΔTD_AO

代入下式：

ΔTD_B＝(DT_A接收-DT_B友射-DT_B接收)+(TD_A-TD_B)-(ΔT_A-ΔT_B)+ΔTD_A，

即得到长波传播时延修正量ΔTD_B的值。