CN107144858A - 一种终端协同的北斗单星搜救定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种终端协同的北斗单星搜救定位方法，在搜救终端利用定时或授时的方式进行时间同步处理；同时在各搜救终端增加遇险时刻发送求救信号功能，通过伪卫星的方式将求救信号转发给卫星和附近的终端；附近的终端接收该求救信号同时计算两个终端之间的信号传播距离，通过卫星转发给地面中心站；地面中心站至少利用一颗卫星及一个终端发来的距离信息就能计算该搜救终端的位置。该方法可用于中心站所接收信号不足2颗卫星下的单星搜救定位。

Description

一种终端协同的北斗单星搜救定位方法

技术领域

本发明属于搜救定位技术领域，具体涉及一种终端协同的北斗单星搜救定位方法。

背景技术

搜救分为搜寻和救助两个环节，而且搜寻并确定搜救目标的位置信息是救助成败的关键。目前我国搜救定位主要有三类：GPS全球卫星导航定位系统、基站定位、北斗卫星导航定位。GPS定位装置尽管可以实行快速高效定位，但只能用作自身导航和定位，无法实现通信功能。基站定位要求距离岸边较近，距离远就没有信号和基站的覆盖，无法进行定位。北斗系统兼具定位通信于一体，是我国搜救定位可利用的重要资源，北斗定位服务提供中心站有源定位和终端无源定位两种模式，后者为搜救定位提供了便利条件。

北斗系统提供定位、通信、定时、授时服务功能。由用户终端、空间段卫星和地面中心站组成，其中，空间段可利用卫星包括GEO卫星、IGSO卫星和其他通信卫星等。如图1所示，用户终端定位时发出定位请求，通过空间段卫星转发器将信号发送到地面中心站，地面中心站通过测量2颗及以上的双向伪距，结合高程库信息或零高程利用三球交会原理完成2星定位计算，就可以锁定终端的位置。新一代系统卫星将引入IGSO卫星，当卫星星座几何构型好的情况下还可采用3星及以上利用伪距交会定位原理实现用户定位，或是利用广义RDSS实现三星定位。

北斗系统定位的前提条件是中心站能够接收到两颗卫星及以上的测量伪距才能完成定位，如果少于两颗以上的卫星信号就无法完成定位，而搜救通常是在紧急且非正常情况下，通常所获取的资源可能不足两颗，在此情况下如何能更进一步实现定位对搜救具有重要的意义。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种终端协同的北斗单星搜救定位方法，可辅助实现所接收信号少于2颗卫星无法锁定用户位置下的搜救定位。

一种终端协同的北斗单星搜救定位方法，包括如下步骤：

步骤1：在各终端正常定位的基础之上配置时间同步计算处理功能；

步骤2：在各终端上配置遇险时刻发送求救信号功能；

步骤3：当其中一个终端遇险后，定义该终端为搜救终端，定义其它终端为辅助终端；搜救终端向卫星与其它辅助终端发送求救信号；接收到求救信号的辅助终端基于时间同步功能计算该辅助终端自身与搜救终端之间的距离信息，并通过卫星转发给地面中心站；

步骤4：地面中心站利用至少一颗卫星的测距信息以及至少一个辅助终端发来的距离信息计算并确定该搜救终端的位置，具体采用以下四种模式：

模式一、单星及单个终端辅助定位：

当中心站接收到一颗卫星的测距信息以及一个辅助终端发送的距离信息时，首先利用常规定位方法对该辅助终端进行定位计算获取其位置；然后地面中心站依据一个辅助终端的位置信息、所述一颗卫星的测距信息以及一个辅助终端发送的距离信息，再结合搜救终端的高程信息，利用三球交会原理完成对搜救终端的定位计算，从而获取搜救终端的位置；

模式二、单星及多个终端辅助定位：

当中心站接收到一颗卫星的测距信息以及至少两个辅助终端发送的距离信息时，首先利用常规定位方法对辅助终端进行定位计算获取辅助终端的位置；地面中心站依据至少两个辅助终端的位置信息、所述一颗卫星的测距信息以及至少两个辅助终端发送的距离信息，利用伪距交会定位原理完成对搜救终端的定位计算，从而获取搜救终端的位置；

模式三、两个终端辅助定位：

当地面中心站接收到两个辅助终端发送的距离信息、但未接收到卫星的测距信息时，地面中心站首先利用常规定位方法对该两个辅助终端进行定位计算获取其位置；然后利用两个辅助终端的位置信息、两个辅助终端发送的距离信息以及搜救终端的高程信息，依据三球交会原理完成搜救终端的定位计算，从而获取搜救终端的位置；

模式四、至少三个终端辅助定位：

当地面中心站接收到至少三个辅助终端发送的距离信息、但未接收到卫星的测距信息时，地面中心站首先利用常规定位方法对辅助终端进行定位计算获取其位置；然后利用至少三个辅助终端的位置信息、该至少三个辅助终端发送的距离信息依据伪距交会定位原理完成搜救终端的定位计算，从而获取搜救终端的位置。

本发明具有如下有益效果：

本发明的一种终端协同的北斗单星搜救定位方法，在搜救终端利用定时或授时的方式进行时间同步处理；同时在各搜救终端增加遇险时刻发送求救信号功能，通过伪卫星的方式将求救信号转发给卫星和附近的终端；附近的终端接收该求救信号同时计算两个终端之间的信号传播距离，通过卫星转发给地面中心站；地面中心站至少利用一颗卫星及一个终端发来的距离信息就能计算该搜救终端的位置。该方法可用于中心站所接收信号不足2颗卫星下的单星搜救定位。

附图说明

图1为北斗双星定位信号传输路径图；

图2为单星及一个终端辅助定位信号传输路径图；

图3为单星及一个终端以上辅助定位信号传输路径图；

图4为两个终端辅助定位信号传输路径图；

图5为两个以上终端辅助定位信号传输路径图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供一种终端协同的北斗单星搜救定位方法，该方法适用于基于双向通信的卫星定位系统。其系统由搜救终端、空间段卫星和地面中心站组成，其中，空间段可利用卫星包括北斗GEO卫星、IGSO卫星和其他通信卫星等。

以北斗双向通信定位系统为例，如图1所示，用户终端发射定位请求，通过空间段卫星转发器将信号发送到地面中心站，这样，地面中心站通过测量2颗及以上双向伪距，结合高程库信息或零高程利用三球交会原理完成2星定位计算，就可以锁定终端的位置。新一代系统卫星引入IGSO卫星，当卫星星座几何构型好的情况下还可采用3星及以上利用伪距交会定位原理实现用户定位。此外，该系统还提供定时和授时功能。

本发明在此基础之上提出一种基于终端伪卫星辅助的北斗单星搜救定位方法，如图2至图5所示，其核心思想是：在搜救终端利用定时或授时的方式进行时间同步处理；同时在各搜救终端增加遇险时刻发送求救信号功能，通过伪卫星的方式将求救信号转发给卫星和附近的辅助终端；附近的辅助终端接收该求救信号同时计算两个终端之间的信号传播距离，通过卫星转发给地面中心站；地面中心站至少利用一颗卫星及至少一个终端发来的距离信息就能计算该搜救终端的位置。该方法可用于中心站所接收信号不足2颗卫星下的单星搜救定位。

具体步骤如下：

步骤1：在各搜救终端正常定位的基础之上增加时间同步计算处理

正常情况下，各用户终端按照系统原有定位模式正常定位，在此基础之上利用卫星双向传播时延，通过系统授时或定时的方式，进行各用户终端的时间同步计算。

步骤2：在各搜救终端增加遇险时刻发送求救信号功能

当某个用户终端遇险时，促发遇险时刻求救功能发送遇险信号，为了减少中心站处理的负担以及信号间的干扰，采用触发式遇险求救模式，在必要时启动该功能。

步骤3：辅助终端接收该求救信号同时计算该辅助终端自身与搜救终端之间的信号传播时延，并通过卫星转发给地面中心站；

正常情况下，中心站发出测距信号，用户响应该信号并通过两颗及以上的卫星转发至中心站进行卫星测距；在中心站所接收到的卫星测距信号不足两颗情况下，周边及其他搜救终端可同时接收到搜救终端发出的遇险信号，同时测量遇险搜救终端发射到该终端接收到信号的时延，再通过卫星将该时延转发给中心站。

步骤4：地面中心站用至少一颗卫星及一个终端发来的距离信息就能计算并确定该搜救终端的位置；

具体可采用的单星定位模式包括四种：

模式一、单星及单个终端辅助定位

当中心站接收到该搜救终端的单星伪距及一个终端辅助测距信号(辅助终端测量的与搜救终端时间的距离)时，其传输路径图见图2，首先利用常规定位方法对该辅助终端进行定位计算获取其位置，在此基础之上，可利用一颗卫星对遇险中的测距信息，一个终端测距信息以及结合搜救终端的高程信息(用户高程有时是零高程，例如海面上的终端)，利用三球交会原理完成对搜救终端的定位计算，从而获取搜救终端的位置。

模式二、单星及多个终端辅助定位

当中心站接收到该搜救终端的一个单星伪距及一个以上终端辅助测距信号时，其传输路径图见图3，首先利用常规定位方法对辅助终端进行定位计算获取两个以上辅助终端的位置，在此基础之上，结合一颗卫星测距及两个以上终端测距信息，利用伪距交会定位原理直接完成对搜救终端的定位计算，从而获取搜救终端的位置。与模式一中只利用一颗卫星伪距及一个终端辅助测距信号相比，本模式下，不需要利用搜救终端的高程信息。

模式三、两个终端辅助定位

当中心站接收到不到该搜救终端的直接信号，但是可以间接通过单星接收到附近其他两个终端辅助测距信号时，其传输路径图见图4，首先利用常规定位方法对辅助终端进行定位计算获取其位置，在此基础之上，结合这两个终端测距以及搜救终端高程，利用三球交会原理完成定位计算，从而获取用户位置。

模式四、至少三个终端辅助定位。

当中心站接收到不到该搜救终端的直接信号，但是可以间接通过单星接收到附近其他至少三个终端辅助测距信号时，其传输路径图见图5，首先利用常规定位方法对辅助终端进行定位计算获取其位置，在此基础之上，结合这三个终端测距信息，利用伪距交会定位原理直接完成定位计算，从而获取用户位置。与模式三相比，本模式下，不需要利用搜救终端的高程信息。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种终端协同的北斗单星搜救定位方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：在各终端正常定位的基础之上配置时间同步计算处理功能；

步骤2：在各终端上配置遇险时刻发送求救信号功能；

步骤3：当其中一个终端遇险后，定义该终端为搜救终端，定义其它终端为辅助终端；搜救终端向卫星与其它辅助终端发送求救信号；接收到求救信号的辅助终端基于时间同步功能计算该辅助终端自身与搜救终端之间的距离信息，并通过卫星转发给地面中心站；

步骤4：地面中心站利用至少一颗卫星的测距信息以及至少一个辅助终端发来的距离信息计算并确定该搜救终端的位置，具体采用以下四种模式：

模式一、单星及单个终端辅助定位：

当中心站接收到一颗卫星的测距信息以及一个辅助终端发送的距离信息时，首先利用常规定位方法对该辅助终端进行定位计算获取其位置；然后地面中心站依据一个辅助终端的位置信息、所述一颗卫星的测距信息以及一个辅助终端发送的距离信息，再结合搜救终端的高程信息，利用三球交会原理完成对搜救终端的定位计算，从而获取搜救终端的位置；

模式二、单星及多个终端辅助定位：

当中心站接收到一颗卫星的测距信息以及至少两个辅助终端发送的距离信息时，首先利用常规定位方法对辅助终端进行定位计算获取辅助终端的位置；地面中心站依据至少两个辅助终端的位置信息、所述一颗卫星的测距信息以及至少两个辅助终端发送的距离信息，利用伪距交会定位原理完成对搜救终端的定位计算，从而获取搜救终端的位置；

模式三、两个终端辅助定位：

当地面中心站接收到两个辅助终端发送的距离信息、但未接收到卫星的测距信息时，地面中心站首先利用常规定位方法对该两个辅助终端进行定位计算获取其位置；然后利用两个辅助终端的位置信息、两个辅助终端发送的距离信息以及搜救终端的高程信息，依据三球交会原理完成搜救终端的定位计算，从而获取搜救终端的位置；

模式四、至少三个终端辅助定位：

当地面中心站接收到至少三个辅助终端发送的距离信息、但未接收到卫星的测距信息时，地面中心站首先利用常规定位方法对辅助终端进行定位计算获取其位置；然后利用至少三个辅助终端的位置信息、该至少三个辅助终端发送的距离信息依据伪距交会定位原理完成搜救终端的定位计算，从而获取搜救终端的位置。