CN101140321A - 区域卫星导航系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种区域卫星导航系统，包括区域伪卫星和地面参考站，每个区域伪卫星和地面参考站上装有时钟精度一致的收发器，收发器用于在解算伪卫星准确位置时消除钟差的影响。本发明还涉及一种区域卫星导航方法，包括如下步骤：区域伪卫星播发自主导航信号；地面参考站接收所述自主导航信号，通过将所述区域伪卫星和地面参考站上的收发器采用精度相同的时钟，解算区域伪卫星的位置并消除钟差；将所述区域伪卫星的位置信息播发出去。该区域卫星导航方法和系统可实现自主导航；在伪卫星位置的计算精度得到提高的基础之上，可提高区域内用户设备定位的精度；在地面没有参考站的地区也可以通过网络化的区域卫星导航系统进行导航。

Description

区域卫星导航系统及方法

技术领域

本发明涉及一种卫星导航系统，特别是一种在一定区域范围内可精确定位的区域卫星导航系统；本发明还涉及一种卫星导航方法，特别是一种在一定区域范围内可精确定位的区域卫星导航方法。

背景技术

随着全球定位系统(Global positioning system，也叫卫星导航系统，以下简称：GPS)技术的蓬勃发展，利用卫星进行导航已经成为一种不可逆转的趋势。世界许多国家也都开始发展自己的卫星导航系统，欧洲、俄罗斯、日本都在相继开发本国的全球卫星导航系统来对抗美国的GPS；在中国，1983年，陈芳允学者提出了双星定位通信系统，后经多次讨论发展为目前的北斗系统(一代)。目前，中国正在建设自己的新一代导航系统——“北斗二代”。

尽管各国都在尽力发展自己的导航系统，但是，就目前来看，发展最完善，应用最广泛的还是美国的GPS系统。然而，对于除美国以外的用户来说，技术上比较成熟的GPS系统在政策上是没有保障的，美国政府随时可以通过技术手段终止GPS信号在特定地区的播发；而在政策上有保障的自主导航系统在技术上又不成熟；还有一些小国家，地理面积很小，没有能力也没有必要建立一个全球的卫星导航系统。由此可见，发展一种区域导航系统就变得尤为必要。

现有的区域卫星导航系统是利用地面参考站和空中的区域伪卫星，形成倒GPS系统，所谓倒GPS系统就是：把地面参考站当作GPS卫星，把区域伪卫星当作导航定位的用户设备，利用地面参考站发射的信号来解算区域伪卫星的位置；把区域伪卫星的位置确定下来后，再利用区域伪卫星来给真正的区域内的用户设备定位。但是，由于区域伪卫星之间、伪卫星与地面参考站之间以及地面参考站之间的所具有的时钟不一致，导致的钟差问题成为该技术钟精确计算伪卫星位置的一个瓶颈。目前解决这个问题的有两种方法：

第一种是把一颗时钟精度很高的区域伪卫星作为参考星，其他伪卫星都通过这个参考星来进行时钟校正，这种方法的优点是，不必考虑轨道误差，大气延迟误差；所有的硬件和软件都设置在地面上，其功率大小、体积大小、以及计算负担都可以很容易地解决。但是，由于该参考星对其附近的其他伪卫星校准精度高，对远些的伪卫星校准精度就会下降，所以利用该方法的缺点是，参考星的位置低，可见性差，难以覆盖很大的区域；此外，系统的完好性无法保证，如果这颗参考伪卫星出现故障，将给整个区域导航系统带来麻烦。

第二种是把一颗所有地面参考站均可见的GPS星作为参考星，与上述方法中要用一个时钟精度很高的区域伪卫星作为参考星相比，该方法的优点是减少了高精度时钟的开销。但是，这种方法却引入了轨道误差和大气延迟误差，使得计算出来的伪卫星位置不准确，再用其给用户设备定位将带来更大的误差；同时该方法还存在卫星信号跟踪的问题，如果由于遮挡、GPS卫星故障等原因使得GPS卫星无法跟踪时，就无法纠正伪卫星的钟差，整个系统仍不独立于GPS系统。

同时，GPS作为一个全球性的卫星导航系统，也有其不足之处，需要进行增强，为此美国开发了广域增强系统(Wide Area AugmentationSystem，以下简称：WAAS)，该系统是利用两颗地球同步轨道卫星作为通信卫星，来给全球用户广播增强信息。增强信息包括GPS星历和星钟改正数、差分距离改正数、电离层格网计算值、GPS卫星的完好性(即GPS星在某一时刻是否可用)数据。通过该WAAS，可使用户设备的定位更加准确。但是，WAAS是针对全球的，它仍然无法满足一些对定位精度要求很高的用户的需要。例如：WAAS中，它把全球电离层进行格网处理，在低纬地区的格网步长是5°，在高纬地区的格网步长是10°，但是，对于中国南部这样的低纬且电离层变化不规则的地区，这种格网方法不是很适用；上述增强信息中有些误差改正数也不精确。

发明内容

本发明的一个目的是，通过一些实施例提供一种区域卫星导航系统，使得该区域卫星导航系统可以克服上述缺点，使用户设备获得精度更高的定位信息；

本发明的另一个目的是，通过一些实施例提供一种区域卫星导航方法，使得用户设备可通过该区域导航系统获得精度更高的定位信息。

为了实现本发明的第一个目的，提供的区域卫星导航系统包括：

区域伪卫星，用于播发自主导航信号；

地面参考站，用于接收所述区域伪卫星的自主导航信号，解算区域伪卫星的位置信息；

所述区域伪卫星和地面参考站上分别设有时钟精度一致的收发器，用于在解算伪卫星准确位置时消除钟差的影响。

为了实现本发明的第二个目的，提供的区域卫星导航方法包括以下步骤：

区域伪卫星播发自主导航信号；

地面参考站接收所述自主导航信号，通过将所述区域伪卫星和地面参考站上的收发器采用精度相同的时钟，解算区域伪卫星的位置并消除钟差；

将所述区域伪卫星的位置信息播发出去。

由以上技术方案可知，本发明提供了一种区域卫星导航系统，可大大提高区域伪卫星的定位精度，进而提高区域内用户设备的定位精度。本发明还提供了一种区域卫星导航方法，可以大大提高区域伪卫星的定位精度，进而提高区域内用户设备的定位精度；并且可独立于现有导航卫星进行自主导航；还可实现网络化的区域卫星导航。

下面通过具体实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

附图说明

图1A为本发明区域卫星导航系统实施例1的结构示意图；

图1B为本发明区域卫星导航系统实施例1收发器示意图；

图2为本发明区域卫星导航系统实施例2结构示意图；

图3为本发明区域卫星导航系统实施例3结构示意图；

图4为本发明区域卫星导航方法实施例1流程图；

图5为本发明区域卫星导航方法实施例2流程图；

图6为本发明区域卫星导航方法实施例2收发器工作流程图；

图7为本发明区域卫星导航方法实施例2伪卫星位置求解流程图；

图8为本发明区域卫星导航方法实施例2导航数据处理流程图；

图9为本发明区域卫星导航方法实施例2区域内用户设备定位方法流程图。

具体实施方式

本发明的一些实施例提供了一种区域卫星导航系统，该系统可以自主导航，为用户设备提供导航定位服务，且定位精度很高；也可以辅助现有卫星导航系统，给区域内的用户设备播发比较精确的该区域内的星历改正数、星钟改正数、相对论效应和地球自转效应引起的误差、电离层格网改正数、对流层格网改正数，使区域内的用户设备获得更为精确的定位信息；此外，针对由于特殊原因无法建立地面参考站的区域，本发明提出了区域伪卫星网络化导航，可以通过附近区域的地面参考站和伪卫星来给特殊地区的用户设备提供导航定位服务。

需要说明的是，下文中所提到的导航信号包括：码伪距观测值、载波相位观测值及导航电文。

区域卫星导航系统实施例1

本实施例的区域卫星导航系统主要由以下两部分组成，如图1A所示，包括：区域伪卫星1和地面参考站2。区域伪卫星1，用于播发自主导航信号到地面参考站2和用户设备3；地面参考站2，用于接收区域伪卫星1的自主导航信号，解算区域伪卫星1的位置信息。

在每个区域伪卫星1和地面参考站2上都装有收发器4，如图1B所示，每个收发器的时钟精度都相同，收发器用于在解算区域伪卫星1准确位置时消除钟差的影响。收发器的接收天线41，用于接收该收发器本身发射的信号，以及其它收发器发射的信号(包括：区域伪卫星的导航信号、地面真实位置已知的参考站发出的信号，以及地面处理中心传来的信号)；收发器的发射天线42，负责发射收发器本身产生的导航信号(包括：码伪距观测值和载波相位观测值)，同时播发地面处理中心传来的各种误差改正数。需要注意的是，图1B中只示意性地画出了一个接收天线，实际应用中可能要用到多个天线以接收不同频段的信号；同理，图1B中也只示意性地画出了一个发射天线，实际应用中可能要用到多个天线以发射不同频段的信号。

在该系统中，当现有全球卫星导航系统受到限制或不可用时，该区域导航系统可自主导航，通过区域伪卫星1播发自主导航信号和地面参考站2计算的伪卫星1的位置信息，供进入该区域的用户设备解算其位置信息，由于在该系统中的每个区域伪卫星1和地面参考站2上都装有收发器4，所以伪卫星的位置可以被准确的计算出来，从而大大提高了区域内用户设备的定位精度。

区域卫星导航系统实施例2

在上述实施例中，现有全球卫星导航系统受到限制或不可用，区域卫星导航系统可以进行自主导航。若现有导航卫星5可用，用于播发导航信号到所述地面参考站，如图2所示，则区域伪卫星1作为辅助导航卫星。此时，地面参考站2，除了用于接收区域伪卫星1的自主导航信号，解算区域伪卫星的位置信息外，还用于接收导航卫星5播发的导航信号，解算、处理误差改正数，所述误差改正数包括：星历改正数、星钟改正数、相对论效应和地球自转效应引起的误差、电离层格网改正数、对流层格网改正数；区域伪卫星1除了用于播发自主导航信号到地面参考站2和用户设备3外，还用于接收地面参考站2发送的误差改正数，并播发给用户设备。然后，用户设备会根据接收到的导航卫星5播发的导航信号和区域伪卫星1播发的自主导航信号、地面参考站2解得的区域伪卫星的位置信息、以及误差改正数解算其自身的位置信息。

其中，地面参考站2还包括：真实位置已知的参考站21和一个地面处理中心22；真实位置已知的参考站21，用于接收所述区域伪卫星，或所述导航卫星和所述区域伪卫星发射的信息，并解算区域伪卫星的位置信息和计算误差改正数；地面处理中心22，用于接收真实位置已知的参考站21发送的误差改正数，进行处理(一般要将多个误差改正数进行算术平均的处理)，发送至区域内用户设备3。

该区域卫星导航系统可以实现辅助现有GPS导航卫星5进行区域内用户设备的定位，和上述实施例相同，本实施例中每个区域伪卫星1和地面参考站2上也都装有收发器4，使得区域伪卫星1的位置计算更加准确，并且在辅助导航过程中，该区域卫星导航系统对误差改正数进行了精确的计算，也是现有区域卫星导航系统所不具有的，使得区域内的用户设备定位比现有系统更加精确。

区域卫星导航系统实施例3

若用户设备所在区域无法建立地面参考站2，将采用一种网络化区域卫星导航系统，用户设备所在区域上空的区域伪卫星1与临近区域上空的区域伪卫星1联网，将临近区域导航系统的导航信息通过该临近区域上空的区域伪卫星传给无法建立地面参考站2的区域上空的区域伪卫星1，来对该区域内的用户设备3进行导航。

该网络化区域卫星导航系统的结构，如图3所示，假设由于某种原因使得用户设备所在的区域N无法建设地面参考站和处理中心，而其附近的区域M却可以建设完好的地面参考站3，对于这种情况所产生的区域定位问题，本发明的实施例应用区域伪卫星群在空中形成网络来解决。为了使用最少的区域伪卫星来获得满足需求的导航定位服务，本发明的实施例提出使用正六边形来设置伪卫星的位置，在正六边形的每个顶点上安放一个伪卫星，而两个甚至多个正六边形再相互连接起来，如图中所示。

当区域N上空的区域伪卫星先把自己发出的信号传给区域M上空的伪卫星，再由后者发送给区域M中的地面参考站；同理，区域M中的地面参考站和地面处理中心也是通过其上空的区域伪卫星把信号传给区域N上空的区域伪卫星。但是，此时区域伪卫星的位置信息就不能通过地面处理中心播发给用户设备，而是要和各种误差改正数一起通过区域伪卫星播发给用户设备。

本实施例实现了一个网络化的区域卫星导航系统，虽然将伪卫星联网会引起定位精度的下降，但却可以实现一些不能建立地面参考站区域的用户设备的定位导航，作为应急系统作用是很大的。

本发明的一些实施例还提供一种区域卫星导航的方法，该方法中当GPS导航卫星不可用时，可以进行自主导航，由于使用了新的设计方法及算法，这种自主导航定位的精度也很高；当GPS导航卫星可用时，区域卫星辅助GPS卫星导航，可改善几何精度衰减因子(几何精度衰减因子是衡量卫星位置所形成的几何结构好坏的一个标准，一般来讲，可见星越多，几何精度衰减因子越小，定位精度越高)，给用户设备播发比较精确的区域内误差改正数；此外，针对由于特殊原因无法建立地面参考站的区域，本发明提出了网络化区域卫星导航系统，可以通过附近区域的地面参考站和伪卫星来给特殊地区的用户设备提供导航定位服务。

区域卫星导航方法实施例1

在区域卫星导航方法中，若现有的GPS导航卫星不可用，区域伪卫星将播发自主导航信号到地面参考站和用户设备，地面参考站再将求解的区域伪卫星的位置信息发送给区域内的用户设备；用户设备利用该信息解算自己的位置信息。该方法可不依靠GPS全球定位系统仍能给区域内的用户设备一个准确的定位。

具体方法如图4所示：

步骤101、区域伪卫星播发自主导航信号到所述地面参考站和用户设备；

步骤102、地面参考站接收所述区域伪卫星的自主导航信号，所述区域伪卫星和地面参考站上装时钟精度一致的收发器，通过抵消钟差来解算区域伪卫星的位置信息；

步骤103、将所述区域伪卫星的位置信息播发给所述用户设备。

最后，区域内的用户设备根据接收到的区域伪卫星播发的自主导航信号，以及地面参考站传来的区域伪卫星的位置信息，解算其自身的位置信息。

利用该方法对区域内的用户设备进行定位，可独立于全球GPS卫星导航系统，用户设备可以只利用区域伪卫星产生和播发的码伪距观测值和载波相位观测值来解算自己的位置信息。并且，由于使用了新的思路——在地面参考站和区域伪卫星上都安装收发器，通过系统内部差分的方法，在引入误差很小的前提下，解决了区域伪卫星之间及其与地面参考站之间的时钟同步问题，最终大大提高了用户设备的定位精度。

区域卫星导航方法实施例2

该区域卫星导航系统也可作为GPS导航的辅助，依靠GPS导航卫星进行导航。区域伪卫星辅助导航系统中，也在区域伪卫星和地面参考站引入了收发器，通过区域伪卫星之间、地面参考站之间、以及区域伪卫星和地面参考站之间的相互差分，把安装在每个区域伪卫星及地面参考站上的收发器的发射部分的钟差和接收部分的钟差完全消除掉，解得区域伪卫星的一个比较准确的位置，并将其传给区域伪卫星。在该辅助导航系统中，地面参考站还通过现有导航卫星播发的导航信号，其中包括：P码(码伪距)，C/A码(载波相位)，D码(导航电文，其中包含星历参数)，求得区域内较全球卫星导航系统更为准确的误差改正数。

如图5所示，区域卫星导航系统的具体导航步骤如下：

步骤201、导航卫星播发导航信号到地面参考站；

步骤202、区域伪卫星播发自主导航信号到所述地面参考站和用户设备；

步骤203、地面参考站接收导航卫星播发的导航信号和区域伪卫星的自主导航信号，解算、处理误差改正数；

步骤204、区域伪卫星接收地面参考站发送的误差改正数，并播发给该区域内的用户设备。

步骤205、区域内的用户设备根据接收到的自主导航信号和区域伪卫星的位置信息，以及误差改正数解算其位置信息。

所述导航信号包括：码伪距观测值和载波相位观测值；所述自主导航信号包括：伪卫星的码伪距观测值和载波相位观测值；所述误差改正数包括：星历改正数、星钟改正数、相对论效应和地球自转效应引起的误差、电离层格网改正数、对流层格网改正数。

为了便于对本实施例中区域伪卫星辅助导航进行说明，首先对安装在每个地面参考站和区域伪卫星上的收发器的工作原理进行简单介绍。如图6所示，该收发器对数据处理过程为：

步骤301、接收天线接收现有导航卫星播发的导航信号，本身发射的信号，其他收发器发射的信号，地面参考站的信号，以及地面处理中心的信号；

步骤302、接收到的信号通过无源带通前置滤波处理，减小射频干扰；

步骤303、将经过滤波处理的信号进行前置低噪放大处理，确定接收机的噪声系数；

步骤304、经信号滤波和放大的射频信号与来自收发器本地的振荡器的混频信号下变频到中频；

步骤305、在中频上进行模/数转换，在此过程中还要进行自动增益控制；

步骤306、数字化的中频信号送至N个数字接收机通道的每一通道，和接收机处理器中进行处理；

步骤307、处理后的信息送至导航综合处理单元，经该导航综合处理单元处理后，输出一系列的误差改正数和伪卫星的位置；同时，信息发生器产生C/A码和载波相位信号；

步骤308、将导航综合处理单元处理后的信号和信息发生器产生的信号通过发射天线发射出去。

在收发器的工作原理说明之后，下面具体说明如何通过它来解算区域伪卫星的位置，如图7所示。在此算法中，认为收发器时钟偏差是不随时间变化的，同时忽略热噪声和多路径带来的误差，具体解算步骤如下：

步骤401、区域伪卫星j发射导航信号，导航信号包括：伪卫星j的码伪距观测值和载波相位观测值；

步骤402、区域伪卫星j接收自己发射的导航信号，建立伪距模型，其中包括区域伪卫星j收发器发射部分和接收部分的钟差，产生伪距方程1；

步骤403、区域伪卫星k发射导航信号，导航信号包括：伪卫星k的码伪距观测值和载波相位观测值；

步骤404、区域伪卫星j接收区域伪卫星k发射的导航信号，建立伪距模型，其中包括区域伪卫星k收发器发射部分和区域伪卫星j收发器接收部分的钟差，产生伪距方程2；

步骤405、伪距方程1和伪距方程2相减，消去区域伪卫星j收发器接收部分的钟差，得到方程5；

步骤406、区域伪卫星k接收自己发射的导航信号，建立伪距模型，其中包括区域伪卫星k收发器发射部分和接收部分的钟差，产生伪距方程3；

步骤407、区域伪卫星k接收区域伪卫星j发射的导航信号，建立伪距模型，其中包括区域伪卫星j收发器发射部分和区域伪卫星k收发器接收部分的钟差，产生伪距方程4；

步骤408、伪距方程3和伪距方程4相减，消去区域伪卫星k收发器接收部分的钟差，得到方程6；

步骤409、方程5和方程6相加，得到方程7，从而消去了区域伪卫星j和区域伪卫星k各自收发器发射部分的钟差；

步骤410、其他伪卫星两两之间重复步骤401到步骤409的算法过程；

步骤411、地面参考站和地面参考站之间重复步骤401到步骤409的算法过程；

步骤412、地面参考站和区域伪卫星之间重复步骤401到步骤409的算法过程；

步骤413、把步骤409，步骤410，步骤411，步骤412所得的方程组成矩阵形式的方程组，用最小二乘法对其进行求解，求得区域伪卫星的位置。

在区域伪卫星的位置确定以后，地面处理中心就可以对导航数据进行一系列的处理了，如图8所示：

步骤501、地面参考站中已知真实位置参考站i接收现有导航卫星播发的导航信号，包括：码伪距观测值、载波相位观测值以及伪距变化率、载波相位变化率；

步骤502、参考站i利用伪距/载波相位组合法探测和修复接收到的数据中的周跳，周跳是由于接收机失锁引起的；

步骤503、参考站i进行载波相位平滑伪距滤波，来减小码伪距中的噪声和多径误差；

步骤504、利用Klobuchar模型，从步骤403所得的数据中提取电离层延迟误差；

步骤505、参考站i从导航卫星处接收导航电文，利用导航电文中的参数计算电离层倾斜因子；

步骤506、参考站i结合步骤404和步骤405求得的数据，求解电离层垂直穿透点延迟；

步骤507、参考站i根据导航电文和参考站i的真实位置求得电离层穿透点的位置；

步骤508、进行区域格网的设置：根据区域内的电离层的分布情况以及变化特点，对电离层进行格网(建议：如果区域位于高纬地区，格网步长可以大些，如经纬都按0.6°；如果是在低纬地区，格网步长需要小些，如经纬都按0.4°)；

步骤509、根据步骤508设置的区域格网和步骤507得到的电离层穿透点位置求解邻近格网穿透点选择；

步骤510、根据步骤506解得的电离层垂直穿透点延迟和步骤509选择的格网穿透点设置拟合格网穿透点垂直延迟；

步骤511、其他的地面参考站中已知真实位置的参考站重复步骤501到510；

步骤512、所有参考站把拟合得到的格网穿透点垂直延迟通过数据链传给地面处理中心，处理中心对其进行综合处理，形成最终的电离层格网改正数；

步骤513、所有参考站分别根据码伪距和载波相位观测量，以及导航电文计算其所有可见卫星的由相对论效应和地球自转效应引起的误差，并将误差值传给地面处理中心；

步骤514、所有参考站分别根据导航电文和气象观测数据中的参数(如温度、湿度等)，应用Hopfield模型，计算对流层延迟，并将计算出的值传给地面处理中心；

步骤515、所有参考站分别根据导航电文中的星历参数，利用精密定轨模型和星历模型，求得所有可见卫星的星历改正数，并将计算出的值传给地面处理中心；

步骤516、所有参考站分别根据导航电文中的星钟参数，利用精密定轨模型和星钟模型，求得所有可见卫星的星钟改正数，并将计算出的值传给地面处理中心；

步骤517、地面处理中心把步骤514中传来的对流层延迟拟合于步骤508所形成的格网中，拟合方法是，离格网点近的几个点的对流层延迟值作算数平均，结果作为此格网点的对流层延迟。

步骤518、地面处理中心对步骤513、步骤515、步骤516中传来的各种误差进行处理，例如：星历误差，处理过程为，若某颗导航卫星在多个地面参考站均可见，则把多个地面参考站求出的误差进行算术平均作为该导航卫星的星历误差；若某颗星只在一个地面参考站可见，就把这个地面参考站传来的误差作为该导航卫星的星历误差。

步骤519、按步骤518对其它类型的误差处理完之后，地面处理中心再把这些误差信息传给伪卫星；地面处理中心把利用区域伪卫星的位置解算模块求得的区域伪卫星位置通过数据链传给区域用户设备。

在地面参考站和处理中心对各种数据进行了以上的处理后，区域内的终端用户设备就可以进行定位了。以下说明区域内的用户设备定位方法，如图9所示：

步骤601、用户设备接收现有导航卫星播发的导航信号；

步骤602、用户设备接收区域伪卫星播发的误差改正数；

步骤603、用户设备接收区域伪卫星播发的自主导航信号，即伪卫星的码伪距和载波相位观测值；

步骤604、用户设备接收区域伪卫星播发的区域伪卫星的位置信息；

步骤605、用户设备利用步骤601～步骤604所得到的数据解算自己的位置。

在步骤605中，可供用户设备解算自己位置信息的观测量有两组：步骤601中的现有导航卫星的导航信号，步骤603中的伪卫星播发的自主导航信号。用户设备首先根据步骤602中的各项误差改正数对步骤601所得的导航信号中的码伪距观测量和载波相位观测量进行预处理，然后再把预处理后的步骤601中的码伪距观测量和载波相位观测量与步骤603所得的观测量联合，用加权最小二乘或者卡尔曼滤波法对其进行求解，从而得到用户设备自己的位置信息。

本实施例提供的区域伪卫星辅助GPS导航方法，可改善导航系统的几何精度衰减因子。由于在每个参考站和区域伪卫星都安装了收发器，同时使用了一种新的区域伪卫星定位算法步骤401～步骤413，克服了现有区域导航系统中时钟不一致而引起的定位不准，以及为了提高时钟精度而带来的其他不便等问题，大大提高了区域伪卫星的定位精度。还可以在区域范围内播发比WAAS所播发的更准确的误差改正数，WAAS中求了星历改正数、星钟改正数、电离层格网改正数，但是，WAAS是通过两个同步轨道卫星给全球的用户设备广播信息，由于格网很大，所以这样信息的误差也就很大，而且对流层格网改正数、相对论效应和地球自转效应引起的误差在WAAS中也并没有求；在本发明的实施例中对误差改正数进行了分离，利用了与WAAS中的算法基本相同的算法求解出了星历改正数、星钟改正数、电离层格网改正数，但在本发明的实施例中，由于是在比全球范围小得多的区域内进行格网，且格网的步长也比WAAS小得多，因此播发的误差改正数的误差就很小；相对论效应和地球自转效应引起的误差是有现成算法，在一定区域内计算得出的；对流层误差也是由现成算法算出，再对其进行格网，拟合到电离层延迟误差上来的。通过这种新的误差改正数求解方法，以及消除收发器钟差求伪卫星位置信息的方法，使得区域内得用户设备可以得到更加精确的位置信息。

区域卫星导航方法实施例3

若在某些特殊地区或在某些特殊情况下，一些地区无法建立地面参考站，可以运用一种网络化区域卫星导航系统，使得临近区域地面参考站和处理中心的信息通过其上空的伪卫星传给无法建站的区域上空的伪卫星，然后再播发给用户设备，以确保一些特殊地区、特殊情况的导航服务。

该导航方法的具体步骤为：无法建立地面参考站的区域上空的伪卫星与临近区域上空的伪卫星联网；临近区域的区域导航系统将导航信息通过该临近区域上空的区域伪卫星传给无法建立地面参考站的区域上空的伪卫星，再播发给该区域内的用户设备解算其位置信息。

通过这种再次传递的方法可以实现无法建立地面参考站的区域用户设备的定位；同样，在这种情况下，如果现有导航卫星不可用时，用户设备也是只用区域伪卫星发送的自主导航来求解自己的位置，具体做法在上述的实施例中已经说明。

该网络化的区域导航系统，不仅可以使得区域导航系统在特殊的情况和条件下仍然能够进行正常的导航定位，同时也扩大了区域导航系统的覆盖范围；但是该区域导航系统覆盖的范围越大，则定位精度越低，所以在条件允许的情况下，还是应该保证在适当的区域范围内建立该区域导航系统。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (15)

1.一种区域卫星导航系统，包括：

区域伪卫星，用于播发自主导航信号；

地面参考站，用于接收所述区域伪卫星的自主导航信号，解算区域伪卫星的位置信息；

其特征在于：所述区域伪卫星和地面参考站上分别设有时钟精度一致的收发器，用于在解算伪卫星准确位置时消除钟差的影响。

2.根据权利要求1所述的区域卫星导航系统，其特征在于：还包括用户设备，用于根据接收到的所述自主导航信号和所述区域伪卫星的位置信息来解算自身的位置信息。

3.根据权利要求1所述的区域卫星导航系统，其特征在于：还包括导航卫星，用于播发导航信号。

4.根据权利要求3所述的区域卫星导航系统，其特征在于：还包括用户设备，用于根据接收到的所述导航信号和自主导航信号、所述区域伪卫星的位置信息、以及误差改正数解算其位置信息。

5.根据权利要求1-4所述的任一系统，其特征在于，所述地面参考站包括：

真实位置已知的参考站，用于接收所述区域伪卫星或所述导航卫星和所述区域伪卫星发射的信息，并解算区域伪卫星的位置信息和计算误差改正数；

地面处理中心，用于接收真实位置已知的参考站发送的所述误差改正数，进行处理，发送至区域内用户设备。

6.根据权利要求1-4所述的任一系统，其特征在于：还包括网络化区域卫星导航系统，用于将一区域导航系统的导航信息通过该区域上空的区域伪卫星转发给没有地面参考站的区域上空的区域伪卫星。

7.根据权利要求6所述的区域卫星导航系统，其特征在于：所述网络化区域卫星导航系统中的区域伪卫星采用正六边形相互连接方式排布，每个六边形的顶点上设置一个区域伪卫星。

8.一种区域卫星导航方法，其特征在于：包括如下步骤：

区域伪卫星播发自主导航信号；

地面参考站接收所述自主导航信号，通过将所述区域伪卫星和地面参考站上的收发器采用精度相同的时钟，解算区域伪卫星的位置并消除钟差；

将所述区域伪卫星的位置信息播发出去。

9.根据权利要求8所述的区域卫星导航方法，其特征在于：在所述将所述区域伪卫星的位置信息播发出去之后还包括：用户设备接收区域伪卫星播发的所述自主导航信号，以及地面参考站传来的区域伪卫星的位置信息，解算该用户设备的位置信息。

10.根据权利要求8所述的区域卫星导航方法，其特征在于：所述解算区域伪卫星的位置信息的具体步骤为：

在每个所述区域伪卫星和地面参考站上设有时钟精度一致的收发器；

所述区域伪卫星之间、地面参考站之间、以及区域伪卫星和地面参考站之间互相接收对方发送的自主导航信号和自身的自主导航信号；

每个区域伪卫星和地面参考站根据其收到的对方发送的自主导航信号和自身的自主导航信号分别建立伪距方程，所述伪距方程中包括收发器发射部分和接收部分的钟差；

利用所述伪距方程消去区域伪卫星上收发器发射部分和接收部分的钟差；

计算区域伪卫星的位置信息。

11.根据权利要求8或10所述的区域卫星导航方法，其特征在于：在所述区域伪卫星播发自主导航信号之前，还包括：

导航卫星播发导航信号；

所述地面参考站接收所述导航卫星播发的导航信号，解算、处理误差改正数；

所述区域伪卫星接收所述地面参考站发送的误差改正数，并播发出去。

12.根据权利要求11所述的区域卫星导航方法，其特征在于还包括：用户设备根据接收到的所述自主导航信号和所述区域伪卫星的位置信息，以及误差改正数解算其位置信息。

13.根据权利要求11所述的区域卫星导航方法，其特征在于：所述电离层格网改正数的求解过程为：

根据区域内的电离层的分布信息及其变化参数，对电离层进行格网细分；

应用广域增强系统的电离层延迟处理模式求解所述电离层格网改正数。

14.根据权利要求11所述的区域卫星导航方法，其特征在于：所述对流层格网改正数的求解过程为：

计算对流层延迟；

将所述对流层延迟进行发送；

地面参考站将接收到的所述对流层延迟拟合于细分的所述格网中，所述拟合为：离格网点近的几个点的对流层延迟作算数平均，作为此格网点的对流层延迟改正数。

15.根据权利要求8至10、12至14所述的任一区域卫星导航方法，其特征在于：在没有地面参考站的区域对用户设备进行导航的步骤为：

没有地面参考站的区域上空的伪卫星与一区域上空的伪卫星联网；

所述区域的区域导航系统将导航信息通过该区域上空的区域伪卫星传给所述没有地面参考站的区域上空的伪卫星，再播发给没有地面参考站的区域内的用户设备解算其位置信息。

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