CN107517409B - 一种基于直播卫星的导航定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于直播卫星的导航定位方法。用户端通过时间信息、所述直播卫星的轨道信息和卫视台站位置信息以及用户端与直播卫星的伪距并根据方程来计算用户端的位置信息。

Description

一种基于直播卫星的导航定位方法
技术领域
本发明涉及卫星导航技术，特别涉及一种基于直播卫星的导航定位方法。
背景技术
在导航隐蔽备份系统中，希望在导航卫星信号失效后能够利用通信卫星信号直接进行导航定位。在这方面，所有通信卫星中，直播卫星具备其他通信卫星不具备的优势条件：
(1)空间段
A.卫星数量较多，满足多重覆盖。覆盖我国境内及周边就有中星6、亚洲2等多颗专用直播卫星。
B.卫星轨道、频率参数已知。直播卫星轨道、频率经过国际协调和授权，是通信卫星系列中公开资料最为详细的卫星类型。
C.直播卫星的信号遵循相关国际、国家规范，信号格式较为固定。中星6等卫星遵循欧洲DVB-S规范，中星9及后续星遵循ABS-S规范。规范为公开的标准，不存在授权及短时间内变化的问题。
(2)控制段
A.一站发多用户收体制，与广播式GNSS系统相似。节目复用无论是SCPC还是MCPC方式都是基于一站上传，多用户接收，不存在多用户上行的调度问题。
(3)用户段
A.偏馈天线的“一锅多星”技术已经相当成熟。以中星6为中心可以收到亚洲2号、快车A2、亚洲3s、印尼电信1号等信号。
B.小尺寸接收天线已经广泛应用。Ku波段的35cm口径偏馈天线、25cm平板天线已经广泛应用于中星9等卫星信号接收。
此外，根据我国1993年颁布的国务院129号令(《卫星电视广播地面接收设施管理规定》)，任何个人不得安装和使用卫星地面接收设施。该禁令在打击卫星电视地面接收“山寨锅”的同时也使得一部分应该享受该服务的偏远地区无法正常接收信号。目前最新的解决措施是接收机内包含一个GPRS模块，通过该模块获知移动通信基站位置信息，从而与可享受卫星电视的地域匹配，匹配通过即可用收看节目。这种方式有相当大的缺点，其一是尚有一些偏远地区无移动通信信号，其二是两个蜂窝小区交界处往往无法正常接收信号。该问题主要是由于覆盖和定位精度不够造成。
发明内容
本发明的技术解决问题是：
用户通过接收直播卫星信号即可进行自身位置确定，可以使当前“户户通”等工程接收设备不需要使用地面移动网络，节约资源。此外，本发明的方法所形成的系统可以在当前卫星导航系统不可用的情况下成为一种导航备份系统。
本发明的技术解决方案是：
根据本发明，提供一种基于直播卫星的导航定位方法，所述方法包括以下步骤：
系统时钟参考源向卫视台站传输系统时钟参考信号；
所述卫视台站接收所述系统时钟参考信号，生成系统时钟以及多套节目，并在节目中插入节目时钟参考字段，从而形成传送流，并将所述传送流上行至直播卫星，其中，所述节目时钟参考字段包含系统时钟参考信号的整数周期计数；
所述直播卫星对所述传送流进行滤波、变频和放大处理，并将经过处理的传送流下行至卫视台站和用户端；
所述卫视台站接收所述经过处理的传送流，以监控节目的正确性和时间的准确性；
所述用户端通过偏馈天线接收所述经过处理的传送流，以提取时间信息，其中，所述时间信息包括时间偏移信息和时间测量信息，所述时间偏移信息是从预设的零时刻起经过的时间量，所述时间测量信息通过节目时钟参考字段获得；
所述用户端通过地面移动网络或互联网获取所述直播卫星的轨道信息和卫视台站位置信息；
所述用户端通过所述时间信息、所述直播卫星的轨道信息和所述卫视台站位置信息计算用户端的位置信息。
根据本发明的一个实施例，所述用户端通过偏馈天线接收所述经过处理的传送流包括以下步骤：
所述偏馈天线中的4个馈源接收4个卫视台站上行至直播卫星并经过处理的传送流，并通过合路器将所述4个馈源接收到的所述经过处理的传送流合成一路；
将一路经过处理的传送流通过在低噪声下变频器中与第一本振的本振信号进行混频，形成第一中频信号；
第二本振的本振信号对所述第一中频信号进行下变频，形成第二中频信号；
将第二中频信号进行模数转换成为数字中频信号；
所述数字中频信号通过第三本振的第三本振信号进行数字下变频，形成基带信号；
将所述基带信号进行滤波、解复用，从而解析出节目和时间信息。
根据本发明的一个实施例，所述数字中频信号通往4个数字通道，每个通道独立进行数字下变频、滤波和解复用，以获取4个时间偏移信息，并通过对节目时钟参考字段的环路跟踪来获取4个时间测量信息。
根据本发明的一个实施例，所述通过对节目时钟参考字段的环路跟踪来获取4个时间测量信息包括通过由鉴相器、环路滤波器、压控振荡器、分频器构成的环路对节目时钟参考字段的环路跟踪来获取4个时间测量信息。
根据本发明的一个实施例，所述用户端通过所述时间信息、所述直播卫星的轨道信息和所述卫视台站位置信息并根据方程来计算用户端的位置信息；
其中，为用户端与第m个卫视台站的伪距，通过光速乘以第m个时间测量信息获得；xu、yu、zu为待求用户三维位置；为卫视站台位置经由直播卫星映射到空间的三维位置，通过所述直播卫星的轨道信息和所述卫视台站位置信息获得；c为光速，b为系统时间和用户端接收所述经过处理的传送流的时间的钟差；为其他误差项，通过对信号的延迟分析获得；
其中，用户三维位置xu、yu、zu和钟差b通过计算由4个所述方程组成的方程组得出。
本发明与现有技术相比的优点在于：
通过采用本发明的技术方案，无需改变直播卫星以及地面台站的任何结构或者信号内容；对直播卫星地面接收偏馈天线改造(增加馈源)，对数字接收算法进行重新设计，即可在接收节目的同时进行位置解算；馈源的增加还使得可以收看多颗卫星的电视直播节目。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的基于直播卫星的导航定位系统的示意图；
图2是根据本发明的实施例的用户端接收信号的示意图；
图3是根据本发明的实施例的卫视台站经由直播卫星的映射图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
如图1所示，基于直播卫星的导航定位方法，所述方法包括：
系统时钟参考源通过链路1(光纤)向4个卫视台站传输系统时钟参考信号，4个卫视台站接收所述系统时钟参考信号，生成系统时钟以及多套节目，使得4个卫视台站在同一个时钟基准上生成直播信号。同时在节目中插入节目时钟参考(Program ClockReference，PCR)字段，从而形成传送流，并将所述传送流通过链路2(微波)分别上行至4个直播卫星，其中，所述节目时钟参考字段包含系统时钟参考信号的整数周期计数。其中，节目压缩标准遵循MPEG-2标准，该标准下PCR在TS流中最大间隔≤100ms，PCR抖动≤500ns。
4个直播卫星对所述传送流进行滤波、变频和放大处理，并将经过处理的传送流分别通过链路3和链路4下行至卫视台站和用户端；4个卫视台站接收4路经过处理的传送流，以监控节目的正确性和时间的准确性。
用户端使用一个偏馈天线接收4路经过处理的传送流，以提取时间信息，其中，所述时间信息包括时间偏移信息和时间测量信息，所述时间偏移信息是从预设的零时刻起经过的时间量，所述时间测量信息通过节目时钟参考字段获得。如图2所示，偏馈天线中的4个馈源接收4个卫视台站上行至直播卫星并经过处理的传送流，并通过合路器将所述4个馈源接收到的所述经过处理的传送流合成一路；将一路经过处理的传送流通过在低噪声下变频器中与第一本振的本振信号进行混频，形成第一中频信号；第二本振的本振信号对所述第一中频信号进行下变频，形成第二中频信号；将第二中频信号进行模数转换成为数字中频信号；数字中频信号通往4个数字通道，每个通道独立进行数字下变频形成4个基带信号，并对4个基带信号滤波和解复用，以获取4个时间偏移信息，并通过对节目时钟参考字段的环路跟踪来获取4个时间测量信息。其中，环路由鉴相器、环路滤波器、压控振荡器、分频器构成。通过由鉴相器、环路滤波器、压控振荡器、分频器构成的环路对节目时钟参考字段的环路跟踪来获取4个时间测量信息。
同时，用户端通过链路5从地面移动网络或通过链路6从互联网获取所述直播卫星的轨道信息和卫视台站位置信息，用户端通过所述时间信息、所述直播卫星的轨道信息和所述卫视台站位置信息计算用户端的位置信息。
在实施例中，可根据方程来计算用户端的位置信息。
其中，为用户端与第m个卫视台站的伪距，通过光速乘以第m个时间测量信息获得；xu、yu、zu为待求用户三维位置；为卫视站台位置经由直播卫星映射到空间的三维位置，如图3所示，为通过直播卫星镜像映射到空间位置，通过所述直播卫星的轨道信息和所述卫视台站位置信息获得；c为光速，b为系统时钟参考和用户端接收所述经过处理的传送流的时间的钟差；为其他误差项，通过对信号的延迟分析获得。
在实施例中，用户三维位置xu、yu、zu和钟差b通过计算由4个所述方程组成的方程组得出。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (4)

1.一种基于直播卫星的导航定位方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
系统时钟参考源向卫视台站传输系统时钟参考信号；
所述卫视台站接收所述系统时钟参考信号，生成系统时钟以及多套节目，并在节目中插入节目时钟参考字段，从而形成传送流，并将所述传送流上行至直播卫星，其中，所述节目时钟参考字段包含系统时钟参考信号的整数周期计数；
所述直播卫星对所述传送流进行滤波、变频和放大处理，并将经过处理的传送流下行至卫视台站和用户端；
所述卫视台站接收所述经过处理的传送流，以监控节目的正确性和时间的准确性；
所述用户端通过偏馈天线接收所述经过处理的传送流，以提取时间信息，其中，所述时间信息包括时间偏移信息和时间测量信息，所述时间偏移信息是从预设的零时刻起经过的时间量，所述时间测量信息通过节目时钟参考字段获得；
所述用户端通过地面移动网络或互联网获取所述直播卫星的轨道信息和卫视台站位置信息；
所述用户端通过所述时间信息、所述直播卫星的轨道信息和所述卫视台站位置信息计算用户端的位置信息；
所述用户端通过偏馈天线接收所述经过处理的传送流包括以下步骤：
所述偏馈天线中的4个馈源接收4个卫视台站上行至直播卫星并经过处理的传送流，并通过合路器将所述4个馈源接收到的所述经过处理的传送流合成一路；
将一路经过处理的传送流通过在低噪声下变频器中与第一本振的本振信号进行混频，形成第一中频信号；
第二本振的本振信号对所述第一中频信号进行下变频，形成第二中频信号；
将第二中频信号进行模数转换成为数字中频信号；
所述数字中频信号通过第三本振的第三本振信号进行数字下变频，形成基带信号；
将所述基带信号进行滤波、解复用，从而解析出节目和时间信息。
2.如权利要求1所述的基于直播卫星的导航定位方法，其特征在于，所述数字中频信号通往4个数字通道，每个通道独立进行数字下变频、滤波和解复用，以获取4个时间偏移信息，并通过对节目时钟参考字段的环路跟踪来获取4个时间测量信息。
3.如权利要求2所述的基于直播卫星的导航定位方法，其特征在于，所述通过对节目时钟参考字段的环路跟踪来获取4个时间测量信息包括通过由鉴相器、环路滤波器、压控振荡器、分频器构成的环路对节目时钟参考字段的环路跟踪来获取4个时间测量信息。
4.如权利要求2所述的基于直播卫星的导航定位方法，其特征在于，所述用户端通过所述时间信息、所述直播卫星的轨道信息和所述卫视台站位置信息并根据方程来计算用户端的位置信息；
其中，为用户端与第m个卫视台站的伪距，通过光速乘以第m个时间测量信息获得；xu、yu、zu为待求用户三维位置；为卫视站台位置经由直播卫星映射到空间的三维位置，通过所述直播卫星的轨道信息和所述卫视台站位置信息获得；c为光速，b为系统时间和用户端接收所述经过处理的传送流的时间的钟差；为其他误差项，通过对信号的延迟分析获得；
其中，用户三维位置xu、yu、zu和钟差b通过计算由4个所述方程组成的方程组得出。
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