CN108363080B - 一种无人机机载差分北斗设备军码捕获和启动的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于无人机导航技术领域，涉及一种无人机机载差分北斗设备军码捕获和启动的方法。本发明包括时间信息t定义以及机载差分北斗军码上电启动逻辑设计。本发明提出了一种用于无人机导航的机载差分北斗设备军码捕获和启动的方法，通过该方法实现某型无人机机载差分北斗设备在无地面起降引导站传输标准时间信息情况下的民码引导军码捕获启动以及定位功能，同时大大缩短了机载差分北斗设备的军码直捕的捕获搜索时间和启动时间。

Description

一种无人机机载差分北斗设备军码捕获和启动的方法
技术领域
本发明属于无人机导航技术领域，涉及一种无人机机载差分北斗设备军码捕获和启动的方法。
背景技术
卫星导航系统是20世纪中期开始发展的导航技术，为全球或附近任何地点的用户提供准确的位置和速度信息。现在技术比较成熟并应用的主要有美国的GPS(全球定位系统)及俄罗斯的GLONASS(全球导航卫星系统)，欧盟的伽利略系统以及我国的北斗导航系统。由于卫星导航系统具有实时、全球性、全天候连续导航的能力，可以实现高精度的导航、定位和守时，目前已作为国内外各型军用无人机导航系统的重要组成部分。在卫星导航系统中，多采用码分多址的方式进行导航信号的传输。常用的伪码包括民码和军码，由于军码的码周期较长、码速率较高，所以军码的抗干扰性能和抗截获性能皆高于民码，同时军码还具有更高的定位精度，因此军码在军事领域获得了广泛的应用。
参见图1，无人机差分北斗导航系统由地面差分北斗基准站和机载差分北斗移动站组成，地面差分北斗基准站包括：北斗基准接收机、地面北斗测绘天线、地面数传发射电台、地面电台发射天线以及设备之间的连接电缆；机载差分北斗移动站包括：机载差分北斗设备、北斗航空天线、机载数传接收电台、机载电台接收天线以及设备之间的连接电缆。其中北斗基准接收机生成差分报文后，周期性发送给地面数传发射电台，地面数传发射电台与机载数传接收电台组成无线数据链，地面数传发射电台发送差分报文，机载数传接收电台接收到差分报文后周期性的发送给机载差分北斗设备以实现机载差分北斗设备军码直捕、差分定位等功能。
某型无人机机载差分北斗设备以北斗军码定位优先，要求设备从上电后尽快进入军码定位状态，机载差分北斗设备军码定位启动时间的快慢直接影响无人机导航系统快速机动反应的能力，是重要的技术指标。
发明内容
本发明的目的是：提出一种用于无人机导航的北斗2代卫星导航接收机军码快速捕获和启动的方法。
本发明的技术方案是：一种无人机机载差分北斗设备军码捕获和启动的方法，其包括时间信息t定义以及机载差分北斗军码上电启动逻辑设计。其中：
1)时间信息t定义
所述时间信息t由北斗时、时间子报文时系时间和链路传输延迟时间三部分组成，其中北斗时是北斗导航系统的时间基准，地面差分北斗基准接收机从接收到的北斗卫星发射的卫星电文中获取并周期上传至机载差分北斗设备；地面差分北斗基准接收机周期性发送差分报文至机载差分北斗设备，其中差分报文由若干个固定子报文组成，时间报文为其中一个子报文，所有子报文组成一个固定的时系周期性发送，时间子报文时系时间为时间子报文在该时间时系下开始发送的时间；链路传输延迟时间为差分报文经由地面差分北斗基准接收机发送,至机载差分北斗设备接收到的整个差分链路传输的耗时时间。
2)机载差分北斗军码上电启动逻辑设计
机载差分北斗军码上电启动逻辑设计如下：
a)机载差分北斗设备上电后完成硬件初始化；
b)机载差分北斗设备开始正常工作后周期接收机载数传接收电台转发的差分报文信息，若接收差分报文正常，则对其中的时间子报文进行数据解析，得到上报的时间信息t；
c)机载差分北斗设备根据时间信息t,在t±△时间范围内进行军码搜索捕获运算，若军码捕获成功，机载差分北斗设备成功完成军码捕获启动进入军码定位工作状态，若军码捕获失败，机载差分北斗设备未完成军码捕获启动，设备处于故障状态无法实现军码定位；所述△为军码捕获时间的不确定度；
d)步骤b)中若机载差分北斗设备接收差分报文不正常，机载差分北斗设备转而捕获北斗民码电文，若捕获民码电文成功，则利用民码电文中的时间信息引导进行军码的搜索捕获运算而不进行民码的定位解算，若捕获民码电文失败，则机载差分北斗设备未完成军码捕获启动，设备处于故障状态无法实现军码定位；
e)步骤d)中机载差分北斗设备通过民码引导军码，若军码捕获成功，机载差分北斗设备成功完成军码捕获启动进入军码定位工作状态，若军码捕获失败，机载差分北斗设备未完成军码捕获启动，设备处于故障状态无法实现军码定位。
本发明的有益效果是：本发明提出了一种用于无人机导航的机载差分北斗设备军码快速捕获和启动的方法，通过该方法实现某型无人机机载差分北斗设备在无地面起降引导站传输标准时间信息情况下的民码引导军码捕获启动以及定位功能同时大大缩短了机载差分北斗设备的军码直捕的捕获搜索时间和启动时间。经过验证，采用本发明实现了某型无人机机载差分北斗设备在无地面起降引导站传输标准时间信息情况下的民码引导军码捕获启动以及定位功能同时机载差分北斗设备的军码直捕的捕获搜索时间由原有的20到40秒缩短至约2到4秒，启动时间由原有的60秒左右缩短至30秒以内。
附图说明
图1为无人机差分北斗导航系统示意图；
图2为本发明机载差分北斗设备军码上电启动逻辑图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
本发明一种无人机机载差分北斗设备军码捕获和启动的方法，其包括时间信息t定义以及机载差分北斗军码捕获和启动逻辑设计。其中：
1)时间信息t定义
机载差分北斗设备在上电启动过程中，可通过时间信息t作为先验信息辅助对北斗军码进行搜索和捕获，若机载差分北斗设备得到时间信息t越准确，机载差分北斗设备对军码的搜索范围就越小，实现军码捕获的速度就越快。
本发明中时间信息t由北斗时、时间子报文时系时间和链路传输延迟时间三部分组成，其中北斗时是北斗导航系统的时间基准，地面差分北斗基准接收机从接收到得北斗卫星发射的卫星电文中获取并周期上传至机载差分北斗设备；地面差分北斗基准接收机周期性发送差分报文至机载差分北斗设备，其中差分报文由多个固定子报文组成，时间报文为其中一个子报文，所有子报文组成一个固定的时系周期性发送，时间子报文发送时系时间为时间子报文在该时间时系下开始发送的时间；链路传输延迟时间为差分报文经由地面差分北斗基准接收机发送,至机载差分北斗设备接收到的整个差分链路传输的耗时时间。
2)机载差分北斗军码上电启动逻辑设计
机载差分北斗军码上电启动逻辑设计如下(参见图2)：
a)机载差分北斗设备上电后完成硬件初始化；
b)设备开始正常工作后周期接收机载数传接收电台转发的差分报文信息，若接收差分报文正常，则对其中的时间子报文进行数据解析，得到上报的时间信息t；
c)机载差分北斗设备根据时间信息t,在t±△时间范围内(△为军码捕获时间的不确定度，该参数直接影响军码捕获的耗时时间和成功率，需要通过试验确定具体数据)进行军码搜索捕获运算，若军码捕获成功，机载差分北斗设备成功完成军码捕获启动进入军码定位工作状态，若军码捕获失败，机载差分北斗设备未完成军码捕获启动，设备处于故障状态无法实现军码定位；
d)b)中若机载差分北斗设备接收差分报文不正常，机载差分北斗转而捕获北斗民码电文，若捕获民码电文成功，则利用民码电文中的时间信息引导进行军码的搜索捕获运算不进行民码的定位解算，若捕获民码电文失败，则机载差分北斗设备未完成军码捕获启动，设备处于故障状态无法实现军码定位；
e)d)中机载差分北斗设备通过民码引导军码，若军码捕获成功，机载差分北斗设备成功完成军码捕获启动进入军码定位工作状态，若军码捕获失败，机载差分北斗设备未完成军码捕获启动，设备处于故障状态无法实现军码定位。
本发明是一种应用于某型无人机导航的机载差分北斗设备军码上电捕获和启动的逻辑方法，启动方式有两种：民码引导军码、军码直捕，具体实施方式如下：
实施实例1：
第一步：机载差分北斗设备上电后完成硬件初始化；
第二步：设备初始化完成后周期进行差分报文的接收状况监控，若连续3秒未接收到有效的差分报文，机载差分北斗设备开始捕获民码电文；
第三步：捕获民码电文成功后，解析并提取民码电文的时间信息t1，在t1±0.1秒时间范围内展开军码的搜索捕获运算；
第四步：军码捕获成功后进入军码定位模式完成上电启动。
实施实例2：
第一步：机载差分北斗设备上电后完成硬件初始化；
第二步：设备初始化完成后周期进行差分报文的接收状况监控，若3秒内接收到有效的差分报文，解析并提取差分报文中时间子报文的北斗时t2；
第三步：机载差分北斗设备得到上传的北斗t2后进行时间信息t的计算:t＝t2+t3+t4，其中t3为时间子报文时系时间,上传的差分报文共由8个子报文组成，时间子报文为第8个子报文，每个子报文的发送周期为125毫秒，则t3＝1秒；t4为链路传输延迟时间经过试验测试t4＝150毫秒，机载差分北斗设备在t±0.1秒时间范围内展开军码的搜索捕获运算；
第四步：军码捕获成功后进入军码定位模式完成上电启动。

Claims (1)

1.一种无人机机载差分北斗设备军码捕获和启动的方法，其特征为所述方法包括时间信息t定义以及机载差分北斗军码上电启动逻辑设计；其中：
1)时间信息t定义
所述时间信息t由北斗时、时间子报文时系时间和链路传输延迟时间三部分组成，其中北斗时是北斗导航系统的时间基准，地面差分北斗基准接收机从接收到的北斗卫星发射的卫星电文中获取北斗时，并周期上传至机载差分北斗设备；地面差分北斗基准接收机周期性发送差分报文至机载差分北斗设备，其中差分报文由若干个固定子报文组成，时间子报文为其中一个子报文，所有子报文组成一个固定的时系周期性发送，时间子报文时系时间为时间子报文在该时间时系下开始发送的时间；链路传输延迟时间为差分报文从地面差分北斗基准接收机发送,至机载差分北斗设备接收到的耗时时间；
2)机载差分北斗军码上电启动逻辑设计
机载差分北斗军码上电启动逻辑设计如下：
a)机载差分北斗设备上电后完成硬件初始化；
b)机载差分北斗设备开始正常工作后周期接收机载数传接收电台转发的差分报文信息，若接收差分报文正常，则对其中的时间子报文进行数据解析，得到上报的时间信息t；
c)机载差分北斗设备根据时间信息t,在t±△时间范围内进行军码搜索捕获运算，若军码捕获成功，机载差分北斗设备成功完成军码捕获启动，进入军码定位工作状态，若军码捕获失败，机载差分北斗设备未完成军码捕获启动，设备处于故障状态无法实现军码定位；所述△为军码捕获时间的不确定度；
d)步骤b)中若机载差分北斗设备接收差分报文不正常，机载差分北斗设备转而捕获北斗民码电文，若捕获民码电文成功，则利用民码电文中的时间信息引导进行军码的搜索捕获运算而不进行民码的定位解算，若捕获民码电文失败，则机载差分北斗设备未完成军码捕获启动，设备处于故障状态无法实现军码定位；
e)步骤d)中机载差分北斗设备通过民码引导军码，若军码捕获成功，机载差分北斗设备成功完成军码捕获启动，进入军码定位工作状态，若军码捕获失败，机载差分北斗设备未完成军码捕获启动，设备处于故障状态无法实现军码定位。
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