CN110033687B - 一种卫星导航地面模拟装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种卫星导航地面模拟装置及方法，属于卫星导航地面模拟技术领域，一种卫星导航地面模拟装置及方法，包括定位基站组、被追踪件和接收控制模块，定位基站组安装于模拟型无人机组中，定位基站组对被追踪件进行定位并对发出位置信号，接收控制模块接收定位基站组发出的位置信号，并通过解算获得精确位置，本方案将定位基站组安装于模拟型无人机组中，利用模拟型无人机组于预设好的轨道上进行规则移动以模拟卫星运行，直接从接收控制模块控制更改定位基站的位置，实现免安装化和免拆卸化，节约人力和时间，消除安装拆卸操作中存在的安全隐患，安全便捷地实现卫星导航系统的模拟。

Description

一种卫星导航地面模拟装置及方法
技术领域
本发明涉及卫星导航地面模拟技术领域，更具体地说，涉及一种卫星导航地面模拟装置及方法。
背景技术
定位与导航技术是涉及自动控制、计算机、微电子学、光学、力学以及数学等多学科的高技术，是实现飞行器特别是航天器飞行任务的关键技术，也是武器精确制导的核心技术，这对于提高航空器、航天器以及武器装备的机动性、反应速率和远程精确打击能力具有重要意义，在海、陆、空等现代及武器平台中得到广泛应用。
北斗卫星定位系统是全球卫星定位系统的一种，它的工作基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。要达到这一目的，卫星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出。而用户到卫星的距离则通过纪录卫星信号传播到用户所经历的时间，再将其乘以光速得到(由于大气层电离层的干扰，这一距离并不是用户与卫星之间的真实距离，而是伪距(PR):当北斗卫星行为系统的卫星正常工作时，会不断地用1和0二进制码元组成的伪随机码(简称伪码)发射导航电文。北斗卫星定位系统使用的伪码一共有两种，分别是民用的C/A码和军用的P(Y)码。C/A码频率1.023MHz,重复周期一毫秒，码间距1微秒，相当于300m；P码频率10.23MHz，重复周期266.4天，码间距0.1微秒，相当于30m。而Y码是在P码的基础上形成的，保密性能更佳。导航电文包括卫星星历、工作状况、时钟改正、电离层时延修正、大气折射修正等信息。它是从卫星信号中解调制出来，以50b/s调制在载频上发射的。导航电文每个主帧中包含5个子帧每帧长6s。前三帧各10个字码；每三十秒重复一次，每小时更新一次，后两帧共15000b。导航电文中的内容主要有遥测码、转换码、第1、2、3数据块，其中最重要的则为星历数据。当用户接受到导航电文时，提取出卫星时间并将其与自己的时钟做对比便可得知卫星与用户的距离，再利用导航电文中的卫星星历数据推算出卫星发射电文时所处位置，用户在WGS-84大地坐标系中的位置速度等信息便可得知。可见北斗卫星定位系统卫星部分的作用就是不断地发射导航电文。然而，由于用户接受机使用的时钟与卫星星载时钟不可能总是同步，所以除了用户的三维坐标x、y、z外，还要引进一个Δt即卫星与接收机之间的时间差作为未知数，然后用4个方程将这4个未知数解出来。所以如果想知道接收机所处的位置，至少要能接收到4个卫星的信号。
在卫星导航地面模拟方面，中国专利公开号为CN206193691U公开了《一种动作捕捉系统》，包括：定位基站和被追踪设备，定位基站包括第一射频收发器和至少三个超声波发射器；被追踪设备包括第二射频收发器和至少一个超声波传感器；定位基站发射数据信号和超声波信号至被追踪设备，被追踪设备处理数据后得到每个超声波传感器相对于定位基站的空间位置，结合所有超声波传感器在被追踪设备上的分布信息确定被追踪设备相对于定位基站的空间位置和姿态。
但是上述定位基站是固定于墙壁上或是天花板上的，不方便进行位置上的调整，且在模拟前后，需要模拟操作人员手动进行安装与拆卸操作，浪费人力和时间，另外，模拟操作人员在高处作业会存在一定的安全隐患，在安装和拆卸的过程中，也极容易对定位基站上的精密器件造成损坏。
发明内容
1.要解决的技术问题
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种卫星导航地面模拟装置及方法，它将定位基站组安装于模拟型无人机组中，利用模拟型无人机组于预设好的轨道上进行规则移动以模拟卫星运行，直接从接收控制模块控制更改定位基站的位置，实现免安装化和免拆卸化，节约人力和时间，消除安装拆卸操作中存在的安全隐患，安全便捷地实现卫星导航系统的模拟。
2.技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
一种卫星导航地面模拟装置及方法，包括定位基站组、被追踪件和接收控制模块，所述定位基站组安装于模拟型无人机组中，所述模拟型无人机组于预设好的轨道上进行规则移动以模拟卫星运行，所述被追踪件同样于预设好的轨道上进行规则移动，所述定位基站组对被追踪件进行定位并对发出位置信号，所述接收控制模块接收定位基站组发出的位置信号，并通过解算获得精确位置，本方案将定位基站组安装于模拟型无人机组中，利用模拟型无人机组于预设好的轨道上进行规则移动以模拟卫星运行，直接从接收控制模块控制更改定位基站的位置，实现免安装化和免拆卸化，节约人力和时间，消除安装拆卸操作中存在的安全隐患，安全便捷地实现卫星导航系统的模拟。
进一步的，所述被追踪件为五号无人机，且五号无人机的机壳上标识有“5”，被追踪件为无人机，模拟操作人员可直接从接收控制模块控制更改被追踪件无人机的位置，从而获取多组定位数据，相较于现有技术中的人力改变被追踪件位置以及借助其他外力进行被追踪件位置的变更以获得多组数据的方法，无人机的优势更高，精确度更准。
进一步的，所述模拟型无人机组包括四个无人机，且四个无人机上分别安装有一个定位基站，四个所述无人机分别为一号无人机、二号无人机、三号无人机和四号无人机，且一号无人机、二号无人机、三号无人机和四号无人机的机壳上分别对应标识有“1”、“2”、“3”和“4”，将四个定位基站分别安装于一号无人机、二号无人机、三号无人机和四号无人机中，利用一号无人机、二号无人机、三号无人机和四号无人机于预设好的轨道上进行规则移动以模拟卫星运行，直接从接收控制模块控制更改定位基站的位置，实现免安装化和免拆卸化，节约人力和时间，消除安装拆卸操作中存在的安全隐患，安全便捷地实现卫星导航系统的模拟；对模拟型无人机组的四个无人机分别编号便于模拟操作人员区分。
进一步的，所述定位基站包括第一射频收发器和超声波发射器，所述被追踪件上连接有第二射频收发器和超声波传感器，定位基站通过第一射频收发器和超声波发射器发射数据信号和超声波信号至被追踪件，被追踪件接收并处理数据信号和超声波信号，得到每个超声波传感器相对于定位基站的空间位置，结合所有超声波传感器在被追踪设备上的分布信息确定被追踪设备相对于定位基站的空间位置和姿态。
进一步的，所述一号无人机、二号无人机、三号无人机和四号无人机型号相同并出产于同一批次，且一号无人机、二号无人机、三号无人机和四号无人机经过试验保证各自驱动力相当，保证四个无人机正常稳定的运作，不易在模拟过程中因单个无人机故障而拖慢模拟操作的进程。
进一步的，所述接收控制模块包括计算机、智能手机或平板，满足模拟操作人员广泛的操作需求，便于模拟操作的顺利进行。
进一步的，模拟操作人员可通过所述计算机、智能手机或平板修改模拟型无人机组的运行轨道，模拟操作人员同样可通过所述计算机、智能手机或平板修改被追踪件的运行轨道，简化模拟操作过程中的人力投入，同时能够极大程度上保证模拟操作的准确性，减小误差。
进一步的，所述定位基站组中多个定位基站两两相互信号连接，保证四个无人机之间相互协调，保持一定距离，避免相互撞击。
进一步的，所述接收控制模块上设置有报警功能，当所述模拟型无人机组电量不足时，所述接收控制模块发出报警提示，且报警提示包括弹窗和声音提示，方便提醒模拟操作人员及时对模拟型无人机组进行充电维护，减少模拟型无人机组长时间低电量运行，有利于延长模拟型无人机组的使用寿命。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的优点在于：
(1)本方案将定位基站组安装于模拟型无人机组中，利用模拟型无人机组于预设好的轨道上进行规则移动以模拟卫星运行，直接从接收控制模块控制更改定位基站的位置，实现免安装化和免拆卸化，节约人力和时间，消除安装拆卸操作中存在的安全隐患，安全便捷地实现卫星导航系统的模拟。
(2)被追踪件为五号无人机，且五号无人机的机壳上标识有“5”，被追踪件为无人机，模拟操作人员可直接从接收控制模块控制更改被追踪件无人机的位置，从而获取多组定位数据，相较于现有技术中的人力改变被追踪件位置以及借助其他外力进行被追踪件位置的变更以获得多组数据的方法，无人机的优势更高，精确度更准。
(3)模拟型无人机组包括四个无人机，且四个无人机上分别安装有一个定位基站，四个无人机分别为一号无人机、二号无人机、三号无人机和四号无人机，且一号无人机、二号无人机、三号无人机和四号无人机的机壳上分别对应标识有“1”、“2”、“3”和“4”，将四个定位基站分别安装于一号无人机、二号无人机、三号无人机和四号无人机中，利用一号无人机、二号无人机、三号无人机和四号无人机于预设好的轨道上进行规则移动以模拟卫星运行，直接从接收控制模块控制更改定位基站的位置，实现免安装化和免拆卸化，节约人力和时间，消除安装拆卸操作中存在的安全隐患，安全便捷地实现卫星导航系统的模拟；对模拟型无人机组的四个无人机分别编号便于模拟操作人员区分。
(4)定位基站包括第一射频收发器和超声波发射器，被追踪件上连接有第二射频收发器和超声波传感器，定位基站通过第一射频收发器和超声波发射器发射数据信号和超声波信号至被追踪件，被追踪件接收并处理数据信号和超声波信号，得到每个超声波传感器相对于定位基站的空间位置，结合所有超声波传感器在被追踪设备上的分布信息确定被追踪设备相对于定位基站的空间位置和姿态。
(5)一号无人机、二号无人机、三号无人机和四号无人机型号相同并出产于同一批次，且一号无人机、二号无人机、三号无人机和四号无人机经过试验保证各自驱动力相当，保证四个无人机正常稳定的运作，不易在模拟过程中因单个无人机故障而拖慢模拟操作的进程。
(6)接收控制模块包括计算机、智能手机或平板，满足模拟操作人员广泛的操作需求，便于模拟操作的顺利进行。
(7)模拟操作人员可通过计算机、智能手机或平板修改模拟型无人机组的运行轨道，模拟操作人员同样可通过计算机、智能手机或平板修改被追踪件的运行轨道，简化模拟操作过程中的人力投入，同时能够极大程度上保证模拟操作的准确性，减小误差。
(8)定位基站组中多个定位基站两两相互信号连接，保证四个无人机之间相互协调，保持一定距离，避免相互撞击。
(9)接收控制模块上设置有报警功能，当模拟型无人机组电量不足时，接收控制模块发出报警提示，且报警提示包括弹窗和声音提示，方便提醒模拟操作人员及时对模拟型无人机组进行充电维护，减少模拟型无人机组长时间低电量运行，有利于延长模拟型无人机组的使用寿命。
附图说明
图1为本发明的模拟型无人机组与接收控制模块之间的位置关系模型图；
图2为本发明的模拟型无人机组之间的模型图；
图3为本发明的模拟型无人机组与五号无人机之间的模型结构示意图；
图4为本发明的模拟型无人机组协作定位的系统模型图。
图中标号说明：
1一号无人机、2二号无人机、3三号无人机、4四号无人机、5五号无人机。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1：
请参阅图1，一种卫星导航地面模拟装置及方法，包括定位基站组、被追踪件和接收控制模块，定位基站组安装于模拟型无人机组中，模拟型无人机组于预设好的轨道上进行规则移动以模拟卫星运行，被追踪件同样于预设好的轨道上进行规则移动，请参阅图3，定位基站组对被追踪件进行定位并对发出位置信号，接收控制模块接收定位基站组发出的位置信号，并通过解算获得精确位置，本方案将定位基站组安装于模拟型无人机组中，利用模拟型无人机组于预设好的轨道上进行规则移动以模拟卫星运行，直接从接收控制模块控制更改定位基站的位置，实现免安装化和免拆卸化，节约人力和时间，消除安装拆卸操作中存在的安全隐患，安全便捷地实现卫星导航系统的模拟。
被追踪件为五号无人机5，且五号无人机5的机壳上标识有“5”，被追踪件为无人机，模拟操作人员可直接从接收控制模块控制更改被追踪件无人机的位置，从而获取多组定位数据，相较于现有技术中的人力改变被追踪件位置以及借助其他外力进行被追踪件位置的变更以获得多组数据的方法，无人机的优势更高，精确度更准。
请参阅图4，模拟型无人机组包括四个无人机，且四个无人机上分别安装有一个定位基站，四个无人机分别为一号无人机1、二号无人机2、三号无人机3和四号无人机4，且一号无人机1、二号无人机2、三号无人机3和四号无人机4的机壳上分别对应标识有“1”、“2”、“3”和“4”，利用四个无人机上的定位基站获得更加准确的被追踪件五号无人机5的三维坐标(x、y、z)，将四个定位基站分别安装于一号无人机1、二号无人机2、三号无人机3和四号无人机4中，利用一号无人机1、二号无人机2、三号无人机3和四号无人机4于预设好的轨道上进行规则移动以模拟卫星运行，直接从接收控制模块控制更改定位基站的位置，实现免安装化和免拆卸化，节约人力和时间，消除安装拆卸操作中存在的安全隐患，安全便捷地实现卫星导航系统的模拟；对模拟型无人机组的四个无人机分别编号便于模拟操作人员区分。
定位基站包括第一射频收发器和超声波发射器，被追踪件上连接有第二射频收发器和超声波传感器，定位基站通过第一射频收发器和超声波发射器发射数据信号和超声波信号至被追踪件，被追踪件接收并处理数据信号和超声波信号，得到每个超声波传感器相对于定位基站的空间位置，结合所有超声波传感器在被追踪设备上的分布信息确定被追踪设备相对于定位基站的空间位置和姿态。
一号无人机1、二号无人机2、三号无人机3和四号无人机4型号相同并出产于同一批次，且一号无人机1、二号无人机2、三号无人机3和四号无人机4经过试验保证各自驱动力相当，保证四个无人机正常稳定的运作，不易在模拟过程中因单个无人机故障而拖慢模拟操作的进程。
接收控制模块包括计算机、智能手机或平板，满足模拟操作人员广泛的操作需求，便于模拟操作的顺利进行。
模拟操作人员可通过计算机、智能手机或平板修改模拟型无人机组的运行轨道，模拟操作人员同样可通过计算机、智能手机或平板修改被追踪件的运行轨道，简化模拟操作过程中的人力投入，同时能够极大程度上保证模拟操作的准确性，减小误差。
请参阅图2，定位基站组中多个定位基站两两相互信号连接，保证四个无人机之间相互协调，保持一定距离，避免相互撞击。
接收控制模块上设置有报警功能，当模拟型无人机组电量不足时，接收控制模块发出报警提示，且报警提示包括弹窗和声音提示，方便提醒模拟操作人员及时对模拟型无人机组进行充电维护，减少模拟型无人机组长时间低电量运行，有利于延长模拟型无人机组的使用寿命。
需要进一步说明的是，本发明基于专利公开号为CN206193691U所公开的动作捕捉系统，其相关模拟器件及其工作原理已在该专利中公开，默认为本领域技术人员已知技术，故在此不做赘述。
相较于现有技术中的模拟操作中，定位基站不方便进行位置上的调整，且在模拟前后，需要模拟操作人员手动进行安装与拆卸操作，浪费人力和时间，另外，模拟操作人员在高处作业会存在一定的安全隐患，在安装和拆卸的过程中，也极容易对定位基站上的精密器件造成损坏，本方案将定位基站组安装于模拟型无人机组中，利用模拟型无人机组的一号无人机1、二号无人机2、三号无人机3和四号无人机4于预设好的轨道上进行规则移动以模拟卫星运行，直接从接收控制模块控制更改定位基站的位置，实现免安装化和免拆卸化，节约人力和时间，消除安装拆卸操作中存在的安全隐患，安全便捷地实现卫星导航系统的模拟。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种卫星导航地面模拟装置，包括定位基站组、被追踪件和接收控制模块，其特征在于：所述定位基站组安装于模拟型无人机组中，所述模拟型无人机组于预设好的轨道上进行规则移动以模拟卫星运行，所述被追踪件同样于预设好的轨道上进行规则移动，所述定位基站组对被追踪件进行定位并对发出位置信号，所述接收控制模块接收定位基站组发出的位置信号，并通过解算获得精确位置，实现卫星导航系统的模拟；所述被追踪件为五号无人机(5)，且五号无人机(5)的机壳上标识有“5”；所述模拟型无人机组包括四个无人机，且四个无人机上分别安装有一个定位基站，四个所述无人机分别为一号无人机(1)、二号无人机(2)、三号无人机(3)和四号无人机(4)，且一号无人机(1)、二号无人机(2)、三号无人机(3)和四号无人机(4)的机壳上分别对应标识有“1”、“2”、“3”和“4”；
所述接收控制模块包括计算机、智能手机或平板；
模拟操作人员可通过所述计算机、智能手机或平板修改模拟型无人机组的运行轨道，模拟操作人员同样可通过所述计算机、智能手机或平板修改被追踪件的运行轨道；
所述定位基站包括第一射频收发器和超声波发射器，所述被追踪件上连接有第二射频收发器和超声波传感器，所述定位基站通过第一射频收发器和超声波发射器发射数据信号和超声波信号至所述被追踪件，所述被追踪件接收并处理数据信号和超声波信号，得到每个超声波传感器相对于所述定位基站的空间位置，结合所有超声波传感器在所述被追踪件上的分布信息确定所述被追踪件相对于所述定位基站的空间位置和姿态。
2.根据权利要求1所述的一种卫星导航地面模拟装置，其特征在于：所述一号无人机(1)、二号无人机(2)、三号无人机(3)和四号无人机(4)型号相同并出产于同一批次，且一号无人机(1)、二号无人机(2)、三号无人机(3)和四号无人机(4)经过试验保证各自驱动力相当。
3.根据权利要求1所述的一种卫星导航地面模拟装置，其特征在于：所述定位基站组中多个定位基站两两相互信号连接。
4.根据权利要求1所述的一种卫星导航地面模拟装置，其特征在于：所述接收控制模块上设置有报警功能，当所述模拟型无人机组电量不足时，所述接收控制模块发出报警提示，且报警提示包括弹窗和声音提示。
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