CN105425262B - 一种实现卫星转发导航系统载波相位精密测量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种实现卫星转发导航系统载波相位精密测量的方法，依次建立卫星转发系统伪码测速模型、卫星转发系统载波频率观测模型和卫星转发器转换频率偏移量观测模型，最后建立载波相位观测方程，输出载波相位伪距观测量。本发明可以使高精度的载波相位观测方法应用于卫星转发系统，提高卫星转发导航系统的导航、定位、授时精度。

Description

一种实现卫星转发导航系统载波相位精密测量的方法

技术领域

本发明涉及一种在卫星转发导航系统中应用载波相位实现精密测距的方法。

背景技术

卫星转发导航系统利用位于赤道面的对地静止轨道(Geostationary Orbit，GEO)卫星的转发器将地面产生的上行信号进行透明转发，通过点对点、点对多、点对面的形式广播给地面接收终端设备，实现通信、测距、导航、授时等功能。其导航信号在地面产生，卫星采用地球同步轨道(GEO)卫星或倾斜轨道同步(IGSO)卫星，不需要高精度的星载原子钟，降低了系统建设的技术实现难度，并使系统建设成本降低、周期减短、风险降低。因此，卫星转发导航系统在全球得到了广泛的关注与应用。

与通用的导航系统相比，卫星转发导航系统发射给用户的卫星信号多了一条从地面到卫星的上行发射链路，使系统用户接收机收到的信号附加了上行传输空间链路及卫星转发器的影响，尤其是卫星转发器的应用破坏了导航信号载波相位的连续性，使载波相位测量不能直接得到应用。而导航信号的载波频率高，波长短，利用载波相位可以达到更高的伪距测量精度，进一步提高卫星转发导航系统的导航、定位、授时性能。因此，寻求一种方法能够将载波相位应用于卫星转发系统，是提高卫星转发导航系统性能的有效途径。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种实现卫星转发导航系统载波相位精密测量的方法，将载波相位测量应用于转发式卫星导航系统，实现转发式卫星导航系统的精密测距功能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

步骤1，建立卫星转发系统伪码测速模型，卫星运行速度其中，ρ_i、ρ_i-1分别为第i和i-1时刻地面站到卫星再到地面站的伪码环路观测时延，τ为两次时延观测时间间隔；

步骤2，建立卫星转发系统载波频率观测模型，下行接收实测载波频率其中，f_ucarri为上行发射载波频率，f_sat,nominal为卫星转发器标称转换频率，f_sat,offset为卫星转发器频率变换过程中引入的频率偏移量；

步骤，获取卫星转发器转换频率偏移量观测模型，卫星转发器频率变换过程中引入的频率偏移量

步骤4，建立载波相位观测方程，输出载波相位伪距观测量φ_i＝Φ_i-Φ_i-1，其中，Φ_i为接收机第i次载波相位实时观测量，N_i和分别为接收机正常跟踪卫星转发信号后，从接收机载波NCO获得的载波整周数和不足一周的载波小数部分；f_sample为接收机信号采样频率，f_IF为接收机接收信号的数字中频工作频率。

本发明的有益效果是：通过对卫星转发器本振频率的精确测量，获得因卫星转发器频率偏移或频率漂移引入的载波相位观测误差，经在接收观测量中进行修正后，得到精确的载波相位伪距观测量。本发明可以使高精度的载波相位观测方法应用于卫星转发系统，提高卫星转发导航系统的导航、定位、授时精度。

附图说明

图1是卫星转发导航系统工作原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。

本发明提供一种应用于转发式卫星导航系统的载波相位测量方法，步骤如下：

步骤1：建立卫星转发系统伪码测速模型，包括

ρ_i、ρ_i-1为第i和i-1时刻地面站到卫星再到地面站的伪码环路观测时延，表示综合基带接收终端测量出信号从综合基带发射终端发出，经射频发射通道、空间上行、卫星转发、空间下行、射频接收通道和综合基带接收终端的时延；τ为两次时延观测时间间隔；为卫星运行速度，这里为时延变化率，单位为s/s。

步骤2：建立卫星转发系统载波频率观测模型，包括：

f_dcarri为下行接收实测载波频率，f_ucarri为上行发射载波频率，f_sat,nominal为卫星转发器标称转换频率，f_sat,offset为卫星转发器频率变换过程中引入的频率偏移量。

步骤3：获取卫星转发器转换频率偏移量观测模型，包括：

步骤4：建立载波相位观测方程：

φ_i＝Φ_i-Φ_i-1 (4)

φ_i为输出给用户的载波相位伪距观测量；Φ_i为接收机第i次载波相位实时观测量；N_i和分别为接收机正常跟踪卫星转发信号后，从接收机载波NCO获得的载波整周数和不足一周的载波小数部分；f_sample为接收机信号采样频率，f_IF为接收机接收信号的数字中频工作频率。

本发明实施例的技术特征在于：知悉地面发射站发射上行导航信号的载波频率，通过地面接收机收到卫星转发的导航信号，计算卫星转发器引入的频率偏差，在接收机完成频率修正后，输出精确的载波相位观测量，采用载波相位观测量可获得高精度的伪距观测值，以提高卫星转发导航系统的导航、定位、授时精度。该方法的实施基于以下条件：1.一颗具有透明转发器的GEO或IGSO卫星；2.一个可产生卫星导航信号的上行发射地面站；3.可提供载波相位观测量输出的接收机。

在具体实施过程中，以国家授时中心(NTSC)在西安建设的卫星转发系统为测试平台，试验和验证本发明提出方法的可行性和有效性。如图1所示，具体实施步骤如下：

步骤1：根据接收机码伪距观测量计算伪距变化率，即卫星运动速度。

步骤2：获得卫星转发系统载波频率观测量：

f_ucarri＝6051.02MHz (8)

f_sat,nominal＝2225MHz (9)

f_dcarri为下行接收实测载波频率，将随卫星转发器本振的频率漂移、卫星运动引起的多普勒频率变化而变化。

步骤3：计算卫星转发器转换频率偏移量：

步骤4：获得载波相位伪距观测量：

φ_i＝Φ_i-Φ_i-1 (11)

f_sample、f_IF为接收机信号采样频率和数字中频工作频率，取值与接收机的设计相关，这里取f_sample＝200MHz，f_IF＝70MHz。

在计算最终输出载波相位伪距观测量时，需考虑接收机设计的载波NCO的存储长度，这里假设为采用32位的NCO，则当N_i-N_i-1＜0时，应对读出的载波整周数进行修正，即N_i＝N_i+2³²。

Claims (1)

1.一种实现卫星转发导航系统载波相位精密测量的方法，其特征在于包括下述步骤：

步骤1，建立卫星转发系统伪码测速模型，卫星运行速度其中，ρ_i、ρ_i-1分别为第i和i-1时刻地面站到卫星再到地面站的伪码环路观测时延，τ为两次时延观测时间间隔；

步骤2，建立卫星转发系统载波频率观测模型，下行接收实测载波频率

其中，f_ucarri为上行发射载波频率，f_sat,nominal为卫星转发器标称转换频率，f_sat,offset为卫星转发器频率变换过程中引入的频率偏移量；

步骤，获取卫星转发器转换频率偏移量观测模型，卫星转发器频率变换过程中引入的频率偏移量

步骤4，建立载波相位观测方程，输出载波相位伪距观测量φ_i＝Φ_i-Φ_i-1，其中，Φ_i为接收机第i次载波相位实时观测量，N_i和分别为接收机正常跟踪卫星转发信号后，从接收机载波NCO获得的载波整周数和不足一周的载波小数部分；f_sample为接收机信号采样频率，f_IF为接收机接收信号的数字中频工作频率。