CN101487886A - 使用不同导航频段实现卫星导航定位的方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种使用不同导航频段实现卫星导航定位的方法，涉及卫星导航技术，导航定位租用已有的通信卫星，不专门发射导航卫星。租用卫星选用频段临近的不同导航频段，而不需要选用同一个导航频段。由于所选用导航频段临近，在地面接收时可用同一个天线，该天线带宽包含所有这些导航频段。导航接收机选用目前市场上价格低廉、稳定、可靠的GPS芯片，降低了卫星接收机的制造成本。而GPS芯片是针对GPS使用频段设计的，即L波段，因此，需要用变频单元把不同频段的导航信号变频到GPS频段，测出所有变频单元引起的时延，这些时延用软件补偿，最后用GPS芯片实现精确导航定位。本发明方法大大提高卫星导航系统的抗干扰能力。

Description

使用不同导航频段实现卫星导航定位的方法

技术领域

本发明涉及卫星导航技术领域，是一种使用不同导航频段实现卫星导航定位的方法。

背景技术

转发式卫星导航系统是一种新研发的卫星导航系统，可参阅发明专利(专利申请号200410046064.1)，信号上行经租用的6颗商用同步轨道卫星和3—4颗倾斜轨道卫星下行转发给用户(目前阶段还没有发射倾斜轨道卫星，使用高程约束法解决三维定位问题)，从而实现用户的导航定位。租用商用卫星时候，按照卫星导航定位的传统观念，要租用处于同一频段的转发器，但是这样就会使通信卫星受限，在很多情况下很难找到多个所处频段一致的转发器。

传统的卫星导航系统中，如GPS，信号强度很弱，接收机很容易受到有意或无意干扰。因此，为争取卫星导航处于领先地位，各国广泛开展卫星导航干扰和抗干扰技术研究来争夺导航资源的控制权。干扰与抗干扰已成为卫星导航领域研究的热点，很多昂贵的军事平台，比如战斗机、巡航导弹，都采取了复杂的反干扰措施。但是许多用在这些系统上的技术都不适合于一般的民用。

发明内容

本发明的目的是公开一种使用不同导航频段实现卫星导航定位的方法，利用处于不同频段的通信卫星转发器实现用户导航定位，通过接收机终端做相应地改进，而且可以采用目前市场上价格低廉、性能稳定、可靠的GPS芯片来完成卫星的导航、定位。本发明可以大大提高卫星导航系统的抗干扰能力。

为达到上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种使用不同导航频段实现卫星导航定位的方法，其包括以下步骤：

a)利用现有的多个通信卫星转发器，转发器的导航频段至少为两个相临近的频段，在这至少两个导航频段上接收地面生成的信号并转发；

b)地面CA码用户接收终端，采用一个全向天线，天线的带宽包含所采用的至少两个相临近的导航频段，接收所有频段的信号；

c)信号经前置放大器和带通滤波器后由分路器分成两路，两路信号分别通过两个不同的带通滤波器和两个频率转换模块后，把导航频段变到GPS频段；

用不同的变频单元会引起不同的信号时延，测得变频单元的时延，并在软件中补偿；

d)将频率转换后的信号用一个合路器把信号合成一路，合成信号通过带通滤波器来抑制带外噪声；

e)最后，CA码用户由GPS芯片来实现卫星导航定位。

所述的卫星导航定位的方法，其所述利用现有的多个通信卫星转发器，是用租用的方式。

所述的卫星导航定位的方法，其所述GPS芯片，为市场上廉价的GPS芯片，其包括GPS射频芯片和基带芯片。

所述的卫星导航定位的方法，其所述多个通信卫星转发器，至少为四个。

本发明所采用的方法是租用处于不同频段的卫星转发器，信号由地面生成后经卫星转发器转发给用户终端，用户终端用不同的频率转换模块把不同频段的信号转到同一个频段，最后可以选用GPS芯片来完成导航定位，实现传统卫星的导航定位。本发明方案简单、研制周期短、费用低可以广泛应用于民用。

附图说明

图1使用不同导航频段实现卫星导航定位的方框结构示意图。

具体实施方式

本发明是在利用目前丰富的通信卫星作为导航星，租用通信卫星的不同频段的转发器，地面站发射不同频段、调制不同测距码的信号，由转发器转发给接收终端，从而用来导航和定位。接收终端要利用这些不同频段的信号完成导航定位，需做一定的处理，即，研制不同频段的变频单元，测得信号经这些变频单元后的时延，并用软件补偿；为了降低研制接收机终端的成本，可以采用GPS芯片。

一种使用不同导航频段实现卫星导航定位方法，租用通信卫星转发器，转发器可以是处于同一频段，也可以是处于临近频段，为了下面便于说明，如用两个频段完成卫星导航定位。信号由地面生成(参阅发明专利(专利申请号200410046064.1))，两个不同频率的载波调制不同测距码，由通信卫星转发器转发广播。地面接收终端利用同一面全向天线接收这两个频段的信号，接收到的信号分路器把信号分成两路，分路后的信号用两个不同频率转换模块把信号转换到同一个频段，如GPS的L频段，然后用合路器把频率转换后的两路信号合成一路信号，该信号可以用GPS套片(GPS射频芯片和基带芯片)来实现导航定位。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

一种使用不同导航频段实现卫星导航定位方法，租用目前丰富的通信卫星转发器，导航频段不限制于同一个频段，选用频段临近的转发器即可，在这些频段上调制不同的CA(粗)码和P(精)码。

CA码是短码，可以选用与GPS相同的码钟和周期长度的C/A码，即周期为1ms，码速率为1.023MHz，码长为1023个码片。

P码一般是针对军事应用的，可以根据保密性和所要达到的定位精度专门设计。

对于接收终端，选用一个全向天线，天线的带宽包含所有导航频段。针对CA码用户，为了降低研制和使用费用，可以选用目前市场上低廉的GPS芯片(RF芯片和基带芯片)，但是GPS芯片是针对GPS频段使用的，所以，使用GPS芯片前首先使用不同的变频单元把导航频段变到GPS频段，而且使用不同的变频单元会引起不同的信号时延，用仪器(如矢量分析仪)或其它方法测得这些时延，并在后面基带信号处理过程软件补偿，最后实现精确的卫星导航定位。

如图1所示使用不同导航频段实现卫星导航定位结构示意图：本发明是在租用处于不同频段5和6的卫星转发器1、2、3和4，用户终端用同一面全向天线7接收所有频段的信号，信号经前置放大器8和带通滤波器9后由分路器10分成两路，两路信号分别通过两个不同的带通滤波器11、13和两个频率转换模块12、14，频率转换后的信号用一个合路器15把信号合成一路，合成信号通过带通滤波器16来抑制带外噪声，最后由GPS射频芯片17和基带芯片18来实现卫星导航定位。

为了完成本发明所采用的方法是：两个导航频段中心频率相差较小，可以用同一个天线接收信号；导航所用频段不是GPS频段L波段，所以不能直接使用GPS芯片，而要把导航波段变到GPS的L波段，这样就可以使用GPS芯片；两路信号经合路器合成的时候会使信噪比降低，为解决该问题，可以采用提高信号的发射功率等方法。

为了完成本发明所采用的装置及其性能要求如下：

1、天线单元

为了减少馈线长度损耗，LNA安装在天线底端部。因此，天线模块包括天线、低噪声放大器(LNA)和带通滤波器(BPF)单元。天线采用全向天线，性能指标：

(1)天线波束宽度：≥90°；

(2)增益：≥3dBi；

(3)轴比：小于3dB；

(4)驻波比：小于1.5；

2、前置放大器(LNA)+带通滤波器(BPF)模块

对前置放大器+带通滤波器整体模块的要求增益大于等于20dB(针对GP2015芯片而言)和低噪声系数(小于1.2dB)。

主要技术指标：

(1)增益：≥20dB；

(2)噪声系数：<1.2dB；

(3)输入输出匹配到：50Ω；

(4)全频带稳定。

3、分路器+C-L变频器+合路器模块

C-L变频器模块包括功分器、C1-L单元、C2-L单元和合路器，整体指标：

(1)变频增益：40～45.dB；

(2)噪声系数：<1.5dB；

4、GPS射频前端模块

射频前端即为信号变频模块，其中的基准频率振荡源为接收机提供时间和频率基准。它的输出通往频率合成器，产生本振频率与系统时钟信号，然后一个或多个本振频率信号与射频信号进行混频，完成射频信号(RF)到中频信号(IF)的变换，同时将中频信号放大并进行模数转换，并通过抽样频率对该中频信号进行抽样，以便后续数字化处理，目前市场上有多款GPS射频芯片，如GP2015。GPS射频芯片将GPS射频信号转化为中频信号供基带进一步处理。

5、基带芯片

选用与上面GPS射频芯片相配套的基带芯片，如GP4020，基带芯片的相关通道接收来自射频前端的数字采样信号，对其进行解扩、解调，得到导航电文信息，最终实现导航定位。

6、频率转换模块时延

两个不同频率转换模块引起信号的时延不同，必须首先通过仪器(如矢量分析仪)或其它方法测得两个频率转换模块对信号的时延，分别是τ₁和τ₂，在基带信号处理过程中，即可测得每颗卫星相对地面接收机的伪距ρ₁，ρ₂，ρ₃和ρ₄，设ρ₁和ρ₂是经过一个频率转换模块得到的，ρ₃和ρ₄是经过另一个频率转换模块得到的，则用于定位解算的伪距应是

${\mathrm{\&rho;}}_1^{\&prime;}={\mathrm{\&rho;}}_1-c\&CenterDot;{\mathrm{\&tau;}}_1---\left(1\right)$

${\mathrm{\&rho;}}_2^{\&prime;}={\mathrm{\&rho;}}_2-c\&CenterDot;{\mathrm{\&tau;}}_1---\left(2\right)$

${\mathrm{\&rho;}}_3^{\&prime;}={\mathrm{\&rho;}}_3-c\&CenterDot;{\mathrm{\&tau;}}_2---\left(3\right)$

${\mathrm{\&rho;}}_4^{\&prime;}={\mathrm{\&rho;}}_4-c\&CenterDot;{\mathrm{\&tau;}}_2---\left(4\right)$

用该4个伪距即可实现精确的卫星导航定位。

Claims (4)

1、一种使用不同导航频段实现卫星导航定位的方法，其特征在于，包括以下步骤：

a)利用现有的多个通信卫星转发器，转发器的导航频段至少为两个相临近的频段，在这至少两个导航频段上接收地面生成的信号并转发；

b)地面CA码用户接收终端，采用一个全向天线，天线的带宽包含所采用的至少两个相临近的导航频段，接收所有频段的信号；

c)信号经前置放大器和带通滤波器后由分路器分成两路，两路信号分别通过两个不同的带通滤波器和两个频率转换模块后，把导航频段变到GPS频段；

用不同的变频单元会引起不同的信号时延，测得变频单元的时延，并在软件中补偿；

d)将频率转换后的信号用一个合路器把信号合成一路，合成信号通过带通滤波器来抑制带外噪声；

e)最后，CA码用户由GPS芯片来实现卫星导航定位。

2、如权利要求1所述的卫星导航定位的方法，其特征在于，所述利用现有的多个通信卫星转发器，是用租用的方式。

3、如权利要求1所述的卫星导航定位的方法，其特征在于，所述GPS芯片，为市场上廉价的GPS芯片，其包括GPS射频芯片和基带芯片。

4、如权利要求1所述的卫星导航定位的方法，其特征在于，所述多个通信卫星转发器，至少为四个。