CN102809754A - 位于地球表面的无线信号发射机的地理定位系统以及相关联的分布式干涉测量的方法 - Google Patents

位于地球表面的无线信号发射机的地理定位系统以及相关联的分布式干涉测量的方法 Download PDF

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Abstract

一种对位于地球表面的至少一个无线信号发射机(ES)的地理定位的系统包括：卫星(SAT1、SAT2、SAT3)的集合，其装备有适用于接收所述信号、形成主扩展干涉测量设备的接收天线(ANT1、ANT2、ANT3)；卫星间相对度量设备，其用于确定所述卫星(SAT1、SAT2、SAT3)彼此之间的相对位置，所述卫星间相对度量设备包括用于每个卫星(SAT1、SAT2、SAT3)的至少一个专用传感器(CAPTd_1、CAPTd_2、CAPTd_3)，以及卫星间通信模块(COMM1、COMM2、COMM3)；用于根据对所述卫星(SAT1、SAT2、SAT3)彼此之间的所述相对位置进行的所述确定来对由所述卫星间相对度量设备发出的所述接收信号进行测定的设备(DAT1、DAT2、DAT3)；辅干涉测量设备，其包括卫星的至少三个天线(ANT21_3、ANT22_3、ANT23_3)的至少一个集合；地面基站(SBS)；用于将在所述卫星上获取的测量结果发射到所述地面基站(SBS)的设备；以及，用于确定所述卫星(SAT1、SAT2、SAT3)中的至少一个卫星的绝对位置的模块(DPA)。

Description

位于地球表面的无线信号发射机的地理定位系统以及相关联的分布式干涉测量的方法
技术领域
本发明涉及一种对位于地球表面的至少一个无线信号发射机的地理定位系统，以及相关联的分布式干涉测量的方法。 
背景技术
使用一组装备有GPS(通过卫星的“全球定位系统”的首字母缩略词)接收机对位于地球表面上的至少一个无线信号发射机的地理定位或地理位置确定的系统是已知的。AIS“自动识别系统”程序和ORBCOM系统可以被引用作为例子。 
这种对位于地球表面的无线信号发射机的地理定位的系统经常依赖外部系统(GPS系统)。因此，在GPS系统失败、或不精确、或被其拥有者拒绝共享数据的情况下，则这种对其依赖的地理定位系统将不起作用或具有大大增加的不精确性。 
由于成形的天线基距通常不超过大约10米，因此当系统的空间段限制到单个卫星时，这种系统受限于定位的精确度。 
由于在卫星之间同步和交换数据上的困难，因此当系统分布于若干卫星时，这种系统受限于检测和跟踪能力。在地面上后验地执行定位。 
发明内容
本发明的一个目的是提供对位于地球表面的电子信号发射机的地理定位的系统，该系统独立于GPS系统，是自主的，具有增强的精确度(包括存在卫星机动)、灵活性，并且拥有扩展的干涉测量(即，其中天线基距从数米到数十千米变化)。 
根据本发明的一个方面，提供一种对位于地球表面的至少一个无线信号发射机的地理定位的系统，包括： 
卫星的集合，其装备有适用于接收所述信号、形成主扩展干涉测量设备的接收天线； 
卫星间相对度量设备，其用于确定所述卫星彼此之间的相对位置，所述卫星间相对度量设备包括用于每个卫星的至少一个专用传感器，以及卫星间通信模块； 
用于根据对所述卫星彼此之间的所述相对位置进行的所述确定来对由所述卫星间相对度量设备发出的所述接收信号进行测定的设备； 
辅干涉测量设备，其包括卫星的至少三个天线的至少一个集合； 
地面基站； 
用于将在所述卫星上获取的测量结果发射到所述地面基站的设备；以及 
用于确定所述卫星中的至少一个卫星的绝对位置的模块。 
这种系统可以用于根据卫星上搭载的计算能力来大致上实时地接入自主检测，并且当信号是谐波时的定位和/或其分析的精确度的改善得益于在这种情况下由主干涉测量设备提供的扩展的天线基距。 
本发明在射频或RF无源频带中的观测领域中特别有用，用于识别陆地发射机(例如，求救信标类型检测)。 
另外，位于给定的卫星上的辅干涉测量设备和用于确定所述卫星彼此的相对位置的卫星间度量设备的组合使用可以用以在通过主干涉测量设备的扩展天线基距来扩展定位精确度之前去除载波相位周期的模糊性。 
卫星间度量设备可以包括可能辅以光学度量设备的编队飞行射频设备或FFRF设备。使用来自卫星间度量的数据来去除对卫星定位系统(诸如GPS系统)的依赖性，并且能够利用增加的精确度来取得卫星的相对定位。还允许精确地同步陆地信号测量结果(其可以通过(例如，FFRF设备的)通信链路来进行交换)，开放自主搭载数据处理的可能性，并从而实时地定位陆地发射机。 
卫星间度量的使用还使得能够自主控制卫星编队，并且在配置方面(与地面的链路的可能的冗余，对卫星的任务和位置的重配置等)提供显著的灵活性。 
卫星间度量的使用还允许使系统适应任何类型的轨道(LEO、MEO、 GEO、HEO、IGSO)的可能性。 
在一个实施例中，所述确定所述卫星中的至少一个卫星的绝对位置的模块包括至少一个位置已知的地面发射机。 
作为变化，所述确定所述卫星中的至少一个卫星的绝对位置的模块包括卫星定位系统(诸如GPS、GALILEO或DORIS)的接收机。 
根据一个实施例，所述用于将在卫星上获取的测量结果发射到地面基站的设备包括分布在所述卫星上的至少一个天线的集合，使得一卫星最多包括所述至少一个天线中的一个。 
在一个实施例中，所述卫星的集合包括主卫星和至少一个辅卫星，所述主卫星包括所述传输设备，所述传输设备包括单个天线，并且适用于收集由所述卫星的集合发射的所述接收信号、所述相对位置和所述测定的集合，并将它们发射到所述地面基站。 
这一实施方式通过给予所述卫星中的一个卫星优先的角色，简化了到地面的数据传输，这还可以负责事先处理对测量结果的处理和预处理。在这样做时，可以简化其他卫星的架构。 
根据一个实施方式，所述系统包括用于确定在所述主卫星内布置的所述发射机的地理位置的模块。 
例如，辅干涉测量设备适用于提供所述发射机的大概的地理位置，该大概的地理位置可以作为由主扩展干涉测量设备对所述发射机的精确地理定位的初始值。 
实际上，当在卫星上处理测量结果时，辅干涉测量设备可以用于以粗略的精确度确定发射机的地理位置，或用于由主干涉测量设备对发射机的精确地理位置进行初始化。所关注的天线基距是对所关注的卫星内的专用天线进行间隔的距离。 
于是，主干涉测量设备可以用于以增加的精确度对发射机进行地理定位，则所关注的天线基距是对卫星进行间隔的距离，其得益于卫星间度量设备而是已知的。得益于卫星之间的精确同步和测量结果的交换，本实施例得以实现，其可以用于根据天线基距的知识计算在信号路径差的同步测量上的角度位置。 
根据另一实施例，所述系统包括用于确定布置在所述地面基站内的所 述发射机的地理位置的模块。 
因此，可以根据信号处理领域的技术引入对不同测量结果的离线处理，以提供对所述信号的分析的灵活性，以能够实现对测量的信号的集合更详尽的定位。 
在一个实施例中，所述卫星中的至少一个卫星包括微推进设备。 
因此，在测量期间，可以按照命令精确地修改卫星天线的相对距离，以克服测量偏差。 
例如，所述接收天线适用于接收RF(射频)电子信号。 
因此，潜在地能够与测量天线基距的确定的精确度兼容地定位任意类型的射频信号陆地发射机。 
在一个实施例中，所述卫星间相对度量设备包括编队飞行射频设备，以及还可能包括光学度量设备。 
根据本发明的另一方面，还提供了一种对位于地球表面的至少一个无线信号发射机的地理定位的方法，其中由卫星间度量来确定卫星之间的相对位置和相对同步，并且对根据对所述卫星相互之间的相对位置进行的所述确定的所述接收的信号进行测定。 
附图说明
通过对以非限制性示例描述并在附图中示出的一些实施例的研究，将更好地理解本发明，其中： 
图1示意性地示出了根据本发明的一个方面的电子信号发射机的地理定位系统； 
图2示意性地示出了根据本发明的另一个方面的电子信号发射机的地理定位系统； 
在所有附图中，具有同样标记的元件是类似的。 
具体实施方式
图1示意性地表示对位于地球表面的至少一个无线信号发射机ES的地理定位系统，其包括卫星集合(例如三个卫星SAT1、SAT2和SAT3)，每个卫星各自装备有适用于接收由发射机ES发射的信号的接收天线ANT1、 ANT2和ANT3。作为变化，该地理定位系统可包括大于或等于2的任意数目的卫星。 
该系统包括主扩展干涉测量设备，其包括用于每个卫星SAT1、SAT2、SAT3的至少一个天线ANT1_1、ANT1_2、ANT1_3。 
该系统还包括用于确定所述卫星SAT1、SAT2和SAT3彼此之间的相对位置的卫星间相对度量设备，其包括至少一个专用传感器(在这种情况下，为用于每个卫星SAT1、SAT2和SAT3的专用传感器CAPTd_1、CAPTd_2、和CAPTd_3)，以及卫星间通信模块COMM1、COMM2和COMM3。 
该系统还包括用于基于对卫星SAT1、SAT2和SAT3彼此之间的相对位置进行的确定来对由所述卫星间相对度量设备发出的接收信号进行测定(dating)的设备DAT1、DAT2和DAT3。图1中的示例性实施例的测定设备包括分别安装在卫星SAT1、SAT2和SAT3上的3个测定模块DAT1、DAT2和DAT3。因此，可以由卫星间相对度量设备在卫星之间同步对测量结果的测定。 
测定设备DAT1、DAT2和DAT3使用由编队中的卫星SAT1、SAT2和SAT3发射的不同信号的伪距离的测量结果。RPN码相关技术用于识别发射机和接收机之间的时间偏差。然后，精确测定使用传送用于使卫星SAT1、SAT2和SAT3的时钟彼此同步的数据(伪距离的测量结果)和时间的技术。然后，可以将这种参考时间用于在同一参考架构中测定由卫星SAT1、SAT2和SAT3获得的地面无线发射机的测量结果。 
该系统还包括：辅干涉测量设备，其包括卫星(在这种情况下是第三卫星SAT3)的至少三个天线ANT21_3、ANT22_3、ANT23_3的至少一个集合；地面基站SBS；以及，用于确定所述卫星中的至少一个卫星(在这种情况下是第一卫星SAT1)的绝对位置的模块DPA。优选的卫星(这种情况下是第三卫星SAT3)通过辅干涉测量设备提供参考时间。 
如在这本示例中所示出的，用于确定第一卫星SAT1的绝对位置的模块DPA包括至少一个位置已知的地面发射机EC。 
作为变化，用于确定所述卫星中的至少一个卫星的绝对位置的模块DPA可以包括卫星定位系统的接收机。 
这种用于确定地理位置的模块DPA可以例如实现通过地面基站或站 SBS与卫星之间的电信信号链路进行的伪距离和/或多普勒测量。 
卫星SAT1、SAT2和SAT3的至少一个卫星包括微推进设备，在这种情况下，在图1的实施例中，卫星SAT1、SAT2和SAT3的每个卫星包括微推进模块MP1、MP2和MP3。 
地面基站SBS包括用于确定地理位置的模块DLG。利用由不同的卫星产生的返回到地面的不同的经测定的测量结果来执行地面定位技术。 
作为变化，用于确定地理位置的模块DLG可以被安装到卫星上。 
此外，测定模块DAT1、DAT2、DAT3可以例如通过实施欧洲专利EP1813957B1的教导来实现，因此不依赖于GPS接收机的使用。 
从而，卫星的测定模块DAT1、DAT2、DAT3利用了相对度量设备。这可以实现用于双向卫星间伪距离测量的方法，从其中提取卫星间时间偏差，从而使得能精确地进行对主干涉测量的相对测定。度量设备还能够估计由其他卫星发射的信号的传输方向。 
与实现GPS类型接收机的已知的系统相比，这种系统的定位精确度被改善，这是由于即使当对卫星进行机动时，卫星的相对定位精确度也可以被降低到厘米以下，且实时的时间同步少于3纳秒。 
图2示意性地示出了地理定位系统的另一实施例，其中卫星SATP、SATS1和SATS2(在非限制的方式中在数目上总是3个)的集合包括主卫星SATP和至少一个辅卫星，这种情况下是两个辅卫星SATS1和SATS2。主卫星SATP适用于收集由SATP、SATS1、SATS2的集合发射的接收信号、相对位置和测定的集合，并将它们发射到地面基站SBS。可以在主卫星SATP上或者在地面基站SBS中执行数据处理，尤其是检测、跟踪和第一等级的地理定位。此外，用于确定发射机ES的地理位置的模块DLG可以布置在主卫星SATP中。 
作为变化，用于确定发射机ES的地理位置的模块DLG可以布置在地面基站SBS中。 
主卫星SATP和辅助卫星SATS1、SATS2这三个卫星分别装备有接收天线ANTP、ANTS1和ANTS2，其适用于接收由发射机ES发射的信号。作为变化，地理定位系统可以包括大于或等于2的任意数目的卫星。 
所述系统包括主干涉测量设备，该主干涉测量设备包括用于每个卫星 SATP、SATS1、SATS2的至少一个天线ANT1_P、ANT1_S1、ANT1_S2。 
所述系统还包括用于确定卫星SATP、SATS1和SATS2彼此之间的相对位置的卫星间相对度量设备，其包括用于每个卫星SATP、SATS1、SATS2的至少一个专用传感器CAPTd_P、CAPTd_S1、CAPTd_S2，以及卫星间通信模块COMMP、COMMS1、COMMS2。 
所述系统还包括用于基于对卫星SATP、SATS1、SATS2彼此之间的相对位置的确定来对由所述卫星间相对度量设备(这种情形下是设备FFRF)发出的接收信号进行测定的设备DATP、DATS1、DATS2。图2中的示例性实施例中的测定设备包括分别安装在卫星SATP、SATS1和SATS2上的三个测定模块DATP、DATS1和DATS2。因此，可以在卫星之间使对测量的测定同步。 
所述系统还包括：辅干涉测量设备，其包括卫星(在这种情况下是辅卫星SATS1)的至少三个天线ANT21S_1、ANT22_S1、ANT23_S1的至少一个集合；地面基站SBS；以及，用于确定所述卫星中的至少一个卫星(在这种情况下是辅卫星SATS2)的绝对位置的模块DPA。优选的卫星(在这种情况下是辅卫星SATS2)通过辅干涉测量设备提供参考时间。 
如在这个示例中示出的，用于确定第一卫星SAT1的绝对位置的模块DPA包括至少一个位置已知的地面发射机ES。 
作为变化，用于确定所述卫星中的至少一个卫星的绝对位置的模块DPA可以包括卫星定位系统的接收机。 
用于确定地理位置的模块DLG可以安装于卫星上，这种情况下是主卫星SATP。 
作为变化，地面基站SBS可以包括用于确定地理位置的模块DLG。 
图2中的示例性实施例中的测定设备包括分别安装在主SATP和辅卫星SATS1和SATS2上的3个测定模块DATP、DATS1和DATS2。 
作为变化，可以在地面基站SBS中布置单个测定模块，以替代3个测定模块DATP、DATS1和DATS2。 
主SATP和辅卫星SATS1和SATS2中的至少一个卫星包括微推进设备，在这种情况下，在图2的实施例中，主SATP和辅卫星SATS1和SATS2中的每个卫星包括微推进模块MPP、MPS1和MPS2。 

Claims (12)

1.对位于地球表面的至少一个无线信号发射机(ES)的地理定位的系统，包括：
卫星(SAT1、SAT2、SAT3)的集合，其装备有适用于接收所述信号、形成主扩展干涉测量设备的接收天线(ANT1、ANT2、ANT3)；
卫星间相对度量设备，其用于确定所述卫星(SAT1、SAT2、SAT3)彼此之间的相对位置，所述卫星间相对度量设备包括用于每个卫星(SAT1、SAT2、SAT3)的至少一个专用传感器(CAPTd_1、CAPTd_2、CAPTd_3)，以及卫星间通信模块(COMM1、COMM2、COMM3)；
用于根据对所述卫星(SAT1、SAT2、SAT3)彼此之间的所述相对位置进行的所述确定来对由所述卫星间相对度量设备发出的所述接收信号进行测定的设备(DAT1、DAT2、DAT3)；
辅干涉测量设备，其包括卫星的至少三个天线(ANT21_3、ANT22_3、ANT23_3)的至少一个集合；
地面基站(SBS)；
用于将在所述卫星上获取的测量结果发射到所述地面基站(SBS)的设备；以及
用于确定所述卫星(SAT1、SAT2、SAT3)中的至少一个卫星的绝对位置的模块(DPA)。
2.根据权利要求1的系统，其中，确定所述卫星中的至少一个卫星的绝对位置的所述模块(DPA)包括至少一个位置已知的地面发射机(EC)。
3.根据权利要求1的系统，其中，确定所述卫星中的至少一个卫星的绝对位置的所述模块(DPA)包括卫星定位系统的接收机。
4.根据前述权利要求中的一项权利要求所述的系统，其中，用于将在所述卫星上获取的测量结果发射到所述地面基站(SBS)的所述设备包括分布在所述卫星上的至少一个天线(ANT1_1、ANT1_2、ANT1_3)的集合，以使一卫星(SAT1、SAT2、SAT3)最多包括它们中的一个。
5.根据权利要求1-3中的一项权利要求所述的系统，其中，所述卫星集合包括主卫星(SATP)和至少一个辅卫星(SATS1、SATS2)，所述主卫星(SATP)包括所述传输设备，所述传输设备包括单个天线(ANT1_P)，并适用于收集由所述卫星集合发射的所述接收信号、所述相对位置以及所述测定(DATP、DATS1、DATS2)的集合，并将其发射到所述地面基站(SBS)。
6.根据权利要求5所述的系统，包括用于确定布置在所述主卫星(SATP)中的所述发射机(ES)的地理位置的模块(DLG)。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述辅干涉测量设备适用于提供所述发射机(ES)的大概的地理位置，所述大概的地理位置适用于用作由所述主扩展干涉测量设备对所述发射机(ES)的精确地理定位的初始值。
8.根据权利要求1-5中的一项权利要求所述的系统，包括用于确定布置在所述地面站(SBS)内的所述发射机(ES)的地理位置的模块(DLG)。
9.根据前述权利要求中的一项权利要求所述的系统，其中，所述卫星中的至少一个卫星包括微推进设备(MPi)。
10.根据前述权利要求中的一项权利要求所述的系统，其中，所述接收天线(ANT1、ANT2、ANT3)适用于接收RF信号。
11.根据前述权利要求中的一项权利要求所述的系统，其中，所述卫星间相对度量设备包括编队飞行射频设备。
12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述卫星间相对度量设备还包括光学度量设备。
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