CN106199663A - 基于四星融合的空中管理导航系统 - Google Patents

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邵玉君
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    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/38—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
    • G01S19/39—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/42—Determining position
    • G01S19/45—Determining position by combining measurements of signals from the satellite radio beacon positioning system with a supplementary measurement

Abstract

为解决当前飞机航行卫星导航定位精度不高，无法满足飞机导航完好性、精确性、可用性和连续性要求，本发明提出一种基于四星融合的空中管理导航系统，该系统包括天基定位系统、地基增强系统、连续运行卫星参考系统CORS、无线网络通信系统和飞机终端系统。天基定位系统包括北斗卫星导航系统、全球定位系统(GPS)、格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)和伽利略卫星导航系统。地基增强系统包括主控站系统、监控站系统和注入站系统。通过四星融合的车辆定位系统，可以有效提高飞机四维坐标的定位精度和导航区域范围，降低飞机航行的高度和航道宽度的要求，提高了空域利用率，降低了信号传输时滞，提高了信号传输的实时性。

Description

基于四星融合的空中管理导航系统
技术领域
本发明涉及到卫星应用技术，特别涉及到一种基于四星融合的空中管理导航系统。
背景技术
随着航天航空技术的发展，卫星特别是导航卫星的应用给人们带来了巨大的方便。导航卫星不但应用于日常人们交通运输的定位，同时也开始大面积的应用于飞机航行的定位。在飞机导航经历了惯性导航系统和无线电导航系统之后，卫星导航开始成为飞机导航的主要导航技术。但是，现有的卫星导航在飞机导航需要满足的四性即完好性、精确性、可用性和连续性方面还存在明显的不足。现在飞机导航主要是基于GPS和GLONASS系统，但是现实的情况是一旦这两大系统中的一颗或者几颗卫星出现故障的信息需要一个或者几个小时之后才能传送到飞机终端，这段过程中，飞机会偏离正确的飞行航道，在可接收卫星数量少、飞行时间长的情况下，造成的航道偏离超出了飞机飞行队航道精确性的要求。同时，应用GPS和GLONASS系统在某些区域不能同时接收5颗卫星的信息，不能计算出飞机的导航位置，如果仅仅应用这两大系统满足不了飞机航行的可用性要求。GPS当前的民用精度在10米级，及时使用精确定位精度PPS也小于一类精密进场的要求。飞机在上升和着陆的时间段需要高频信息流支撑实时性的要求，GPS和GLONASS的数据更新率还无法与传统导航设备相当。
本发明基于四星融合的空中管理导航系统，应用北斗卫星导航系统、全球定位系统(GPS)、格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)和伽利略卫星导航系统的天际导航系统，引入基于连续运行卫星参考系统CORS包括单基站CORS、多基站CORS和网络CORS的导航差分技术，使得航行飞机实时同步获得的卫星数显著增加，通过差分技术，可以有效消除电离层延迟误差，从而使得飞机导航的定位精度可以获得数量级的提升，提高导航的实时性，降低失效故障卫星对飞机航行的影响，有效增强飞行导航覆盖面，从而综合优化卫星导航在飞机航行中的应用。
发明内容
为解决当前飞机航定卫星导航定位精度不高，无法满足飞机导航完好性、精确性、可用性和连续性要求，本发明提出一种基于四星融合的空中管理导航系统，该系统包括天基定位系统、地基增强系统、连续运行卫星参考系统CORS、无线网络通信系统和飞机终端系统。天基定位系统包括北斗卫星导航系统、全球定位系统(GPS)、格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)和伽利略卫星导航系统。地基增强系统包括主控站系统、监控站系统和注入站系统。无线网络通信系统是指以3G、4G或者更高一代的移动通信系统。飞机终端系统包括信息接收模块、微处理模块和定位信息显示模块。四星定位模块可以同时接收北斗卫星导航系统、全球定位系统(GPS)、格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)和伽利略卫星导航系统的信号。信息接收模块可以接收卫星星历和时间等导航参数信号。连续运行卫星参考系统CORS包括单基站CORS、多基站CORS和网络CORS。飞机终端的微处理模块可以将信息接收模块接收到的信号转换成定位信息数据通过无线网络通信系统传送到连续运行卫星参考系统CORS，还可以接收连续运行卫星参考系统CORS通过无线网络通信系统传输的信息。地基增强系统可以兼容北斗卫星导航系统、全球定位系统(GPS)、格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)和伽利略卫星导航系统四星标准。
附图说明
附图1为基于四星融合的空中管理导航系统的结构示意图。
具体实施方式
由图可知，本发明所示基于四星融合的空中管理导航系统，该系统包括天基定位系统、地基增强系统、连续运行卫星参考系统CORS、无线网络通信系统和飞机终端系统。天基定位系统包括北斗卫星导航系统、全球定位系统(GPS)、格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)和伽利略卫星导航系统。地基增强系统包括主控站系统、监控站系统和注入站系统。无线网络通信系统是指以3G、4G或者更高一代的移动通信系统。飞机终端系统包括信息接收模块、微处理模块和定位信息显示模块。四星定位模块可以同时接收北斗卫星导航系统、全球定位系统(GPS)、格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)和伽利略卫星导航系统的信号。信息接收模块可以接收卫星星历和时间等导航参数信号。连续运行卫星参考系统CORS包括单基站CORS、多基站CORS和网络CORS。飞机终端的微处理模块可以将信息接收模块接收到的信号转换成定位信息数据通过无线网络通信系统传送到连续运行卫星参考系统CORS，还可以接收连续运行卫星参考系统CORS通过无线网络通信系统传输的信息。地基增强系统可以兼容北斗卫星导航系统、全球定位系统(GPS)、格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)和伽利略卫星导航系统四星标准。
当飞机在空中飞行时，飞机终端的信息接收模块可以接受包括北斗卫星导航系统、全球定位系统(GPS)、格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)和伽利略卫星导航系统的信号，测定上述四大卫星系统中可见星与飞机的三维距离和时间的信号，信息接收模块将接收到的卫星星历和实践等参数信号传送到微处理模块，由微处理模块通过数据处理转换成飞机的空间三维坐标和时间坐标，通过定位信息系统显示。同时，地基增强系统中的监测站系统将北斗卫星导航系统、全球定位系统(GPS)、格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)和伽利略卫星导航系统的信号通过设立在地面的GNSS地基增强系统，主控站通过卫星参考系统CORS包括单基站CORS、多基站CORS和网络CORS与卫星传输信息四维坐标的差别解出差分修正系数包括区域信号差分和广域信号差分，差分修正信息通过注入站系统传送给飞机的数据接收系统，由数据接收系统传送到处理模块，由微处理模块对数据终端的初始接收信号进行精确修正，微处理模块再将修正后的信息传送到定位信息显示模块，客户就可以在屏幕上看清所处的位置、时间、运行速度、加速度等信息。同时，主控站系统将差分修正信息通过注入站传送给卫星系统进行误差修正。
通过四星融合的基于四星融合的空中管理导航系统，有效增加了飞机航行可见卫星的数量，当前GPS的在轨运行卫星数量为31颗，北斗卫星导航系统、全球定位系统(GPS)、格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)和伽利略卫星导航系统现在在轨卫星为80多颗，北斗卫星导航系统和伽利略卫星导航系统的卫星数量还会持续增加，卫星数量相当于当前GPS卫星数量的三倍。卫星数量的增加，使得飞机定位精度可以产生数量级的增长，与此类似，时间坐标的精确度也将产生数量级的增加，从而有效降低信号传输时滞，当可见星出现故障时，飞机接收终端可以迅速发现并且关闭故障卫星传送的信号，维持轨道的正确运行。由于采用了基于北斗卫星导航系统、全球定位系统(GPS)、格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)和伽利略卫星导航系统地面增强系统的差分系统的应用，可以对卫星信息误差进行修正，从而有效提高了飞机四维坐标的定位精度。由于飞机航行时卫星课件数量的倍数增加，有效增加了导航区域范围，从而有效降低了飞机航行的高度和航道宽度的要求，通过最优化的航道布局，不但降低了飞行距离和飞行时间，而且可以增加飞机飞行密度，提高了空域利用率。有了卫星导航，还可以减少对地面监控设备的以来，降低地面监控设备维护费，提高飞机在飞行过程中的灵活性。

Claims (10)

1.一种基于四星融合的空中管理导航系统，其特征在于：该系统包括天基定位系统、地基增强系统、连续运行卫星参考系统CORS、无线网络通信系统和飞机终端系统。
2.根据权利要求1所述的基于四星融合的空中管理导航系统，其特征在于：天基定位系统包括北斗卫星导航系统、全球定位系统(GPS)、格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)和伽利略卫星导航系统。
3.根据权利要求1所述的基于四星融合的空中管理导航系统，其特征在于：地基增强系统包括主控站系统、监控站系统和注入站系统。
4.根据权利要求1所述的基于四星融合的空中管理导航系统，其特征在于：无线网络通信系统是指以3G、4G或者更高一代的移动通信系统。
5.根据权利要求1所述的基于四星融合的空中管理导航系统，其特征在于：飞机终端系统包括信息接收模块、微处理模块和定位信息显示模块。
6.根据权利要求1、2和5所述的基于四星融合的空中管理导航系统，其特征在于：四星定位模块可以同时接收北斗卫星导航系统、全球定位系统(GPS)、格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)和伽利略卫星导航系统的信号。
7.根据权利要求1和5所述的基于四星融合的空中管理导航系统，其特征在于：信息接收模块可以接收卫星星历和时间等导航参数信号。
8.根据权利要求1所述的基于四星融合的空中管理导航系统，其特征在于：连续运行卫星参考系统CORS包括单基站CORS、多基站CORS和网络CORS。
9.根据权利要求1和5所述的基于四星融合的空中管理导航系统，其特征在于：飞机终端的微处理模块可以将信息接收模块接收到的信号转换成定位信息数据通过无线网络通信系统传送到连续运行卫星参考系统CORS，还可以接收连续运行卫星参考系统CORS通过无线网络通信系统传输的信息。
10.根据权利要求3所述的基于四星融合的空中管理导航系统，其特征在于：地基增强系统可以兼容北斗卫星导航系统、全球定位系统(GPS)、格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)和伽利略卫星导航系统四星标准。
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