CN110488328A - 低轨卫星导航增强平台的电文收发方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低轨卫星导航增强平台的电文收发方法及系统，其中，该方法包括：接收地面运行管理中心传输的低轨卫星的精密星历信息和精密钟差参数以及多个导航系统中的多个导航卫星的精密星历信息和精密钟差参数；针对每个导航系统，根据预设卫星选取条件，从该导航系统中的多个导航卫星中选取预设数量的导航卫星作为待播发的导航卫星；按照预设信息播发格式，对低轨卫星的精密星历信息和精密钟差参数、待播发的导航卫星的精密星历信息和精密钟差参数以及其他待播发信息进行编排处理，得到导航增强信号；按照预设播发周期，播发导航增强信号，为导航接收机提供导航增强服务。该方案实现了对导航卫星的精密星历信息和精密钟差参数的快速播发。

Description

低轨卫星导航增强平台的电文收发方法及系统

技术领域

本发明涉及卫星导航技术领域，具体涉及一种低轨卫星导航增强平台的电文收发方法及系统。

背景技术

现有的全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)能够提供全球范围内的连续、实时的定位服务，广泛应用于各个领域中，但是现有的GNSS定位精度较低，无法满足自动驾驶、智能机器人、精细农业、物联网技术等新兴产业对定位和授时的要求。为了解决上述问题，目前出现了各种不同类型的导航增强系统，包括地基增强系统和星基增强系统等。其中，星基增强系统包括：利用地球同步卫星的广域增强系统，如美国WAAS系统、欧盟EGNOS系统等，以及利用低轨卫星的全球增强系统。目前利用低轨卫星的全球增强系统还都处于设计论证和研制建设阶段，还没有开通运行提供服务的系统存在。

由于星基导航增强信号的传输速率较低，在现有技术中，星基导航增强系统都只播发高精度的卫星星历和钟差改正数。导航接收机在实际工作时，首先利用从导航卫星接收到的广播电文计算出导航卫星的粗略位置和粗略钟差，然后利用钟差改正数对上述位置和钟差进行修正，得到导航卫星的精密位置和精密钟差，进而提升导航接收机的定位精度。

在现有的星基导航增强系统的电文播发方式中，要求导航接收机必须完成对4个以上导航卫星的广播电文的接收，以及1个以上的导航增强卫星播发的星历和钟差改正数的接收才能实现高精度定位解算。在导航接收机开机启动时，尤其是在冷启动和温启动状态下，导航接收机中未事先存储有导航卫星的广播电文，以及星历与钟差改正数，导航接收机的首次定位时间将完全取决于导航卫星的广播电文的播发周期和星基导航增强电文的播发周期。通常情况下，前者的播发周期(约为30秒)远大于后者的播发周期(约为6秒)。因此，导航接收机的首次定位时间完全受制于导航卫星的广播电文的播发周期，在这种状态下，导航接收机首次定位时间一般为40秒～60秒，无法满足用户的快速定位需求。

为了解决首次定位时间过长的问题，目前业界提出了辅助全球卫星定位系统(Assisted Global Positioning System，AGPS)的技术，该技术利用其他通信链路，如互联网、移动通信网等，向导航接收机快速发送其他导航接收机提前接收的导航卫星的广播电文，以缩短导航接收机首次接收广播电文的时间。然而，虽然采用AGPS技术能够缩短首次定位时长，但是需要在导航接收机中增加通信接收模块，从而增加了导航接收机的重量、制作成本和功耗。并且，对于通信网络无法覆盖的地区，该方法也将无法使用。

因此，现有技术中缺少一种既能够有效缩短首次定位时长，又能够不增加导航接收机的制作成本和功耗的方法。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的低轨卫星导航增强平台的电文收发方法及系统。

根据本发明的一个方面，提供了一种低轨卫星导航增强平台的电文收发方法，该方法包括：

接收地面运行管理中心传输的低轨卫星的精密星历信息和精密钟差参数以及多个导航系统中的多个导航卫星的精密星历信息和精密钟差参数；

针对每个导航系统，根据预设卫星选取条件，从该导航系统中的多个导航卫星中选取预设数量的导航卫星作为待播发的导航卫星；

按照预设信息播发格式，对低轨卫星的精密星历信息和精密钟差参数、待播发的导航卫星的精密星历信息和精密钟差参数以及其他待播发信息进行编排处理，得到导航增强信号；

按照预设播发周期，播发导航增强信号，为导航接收机提供导航增强服务。

根据本发明的另一方面，提供了一种低轨卫星导航增强平台的电文收发系统，该系统包括：

接收模块，适于接收地面运行管理中心传输的低轨卫星的精密星历信息和精密钟差参数以及多个导航系统中的多个导航卫星的精密星历信息和精密钟差参数；

卫星选取模块，适于针对每个导航系统，根据预设卫星选取条件，从该导航系统中的多个导航卫星中选取预设数量的导航卫星作为待播发的导航卫星；

信号编排处理模块，适于按照预设信息播发格式，对低轨卫星的精密星历信息和精密钟差参数、待播发的导航卫星的精密星历信息和精密钟差参数以及其他待播发信息进行编排处理，得到导航增强信号；

播发模块，适于按照预设播发周期，播发导航增强信号，为导航接收机提供导航增强服务。

根据本发明的又一方面，提供了一种计算设备，包括：处理器、存储器、通信接口和通信总线，处理器、存储器和通信接口通过通信总线完成相互间的通信；

存储器用于存放至少一可执行指令，可执行指令使处理器执行上述低轨卫星导航增强平台的电文收发方法对应的操作。

根据本发明的再一方面，提供了一种计算机存储介质，存储介质中存储有至少一可执行指令，可执行指令使处理器执行如上述低轨卫星导航增强平台的电文收发方法对应的操作。

根据本发明提供的技术方案，充分利用了低轨卫星导航增强信号较高的信息传输速率，通过导航增强信号播发低轨卫星、导航卫星的精密星历信息和精密钟差参数，实现了对导航卫星的精密星历信息和精密钟差参数的快速播发，缩短了导航接收机启动后获取导航卫星的精密星历信息和精密钟差参数的时间，使得导航接收机只需完成对低轨卫星导航增强平台中一个低轨卫星播发的导航增强信号的接收就能够实现高精度定位解算，并快捷地输出定位结果，有效地缩短了首次定位时长，初始定位精度远远高于利用现有技术在同时刻获得的定位精度；并且，该技术方案实现方式简单，无需在导航接收机中增加通信接收模块，从而无需增加导航接收机的硬件成本和功耗即可实现，并且也不受网络覆盖范围的限制。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了现有的导航增强技术的工作原理示意图；

图2示出了根据本发明一个实施例的低轨卫星导航增强平台的电文收发方法的流程示意图；

图3a示出了精密星历信息对应的拟合误差曲线；

图3b示出了精密钟差参数对应的拟合误差曲线；

图3c示出了精密钟差参数对应的预报误差曲线；

图4a示出了一种导航增强信号的内容示意图；

图4b示出了一种各个播发频点对应的导航增强信号的内容示意图；

图4c示出了对应于图4b中各个播发频点对应的导航增强信号的信号播发示意图；

图5示出了一种分群组播发导航卫星的精密星历信息和精密钟差参数的播发示意图；

图6示出了根据本发明一个实施例的导航接收机的电文处理方法的流程示意图；

图7a示出了利用本发明得到的定位结果对应的定位误差曲线的示意图；

图7b示出了基于现有的星基导航增强电文播发技术得到的定位结果对应的定位误差曲线的示意图；

图8示出了根据本发明一个实施例的低轨卫星导航增强平台的电文收发系统的结构框图；

图9示出了根据本发明实施例的一种计算设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

现有技术中，利用导航卫星播发导航卫星的广播电文，导航卫星的广播电文包括：导航卫星广播星历参数和导航卫星钟差参数等信息，其中，导航卫星广播星历参数和导航卫星钟差参数的更新周期较长，一般为1小时至12小时，根据其计算得到的导航卫星位置和钟差精度都较差，位置精度为10米量级，钟差精度为分米量级，计算结果都为概略位置和概略钟差，无法满足高精度定位需求，因此对于要求高精度定位结果的用户，则需要利用星基导航增强系统发送的星基导航增强信号对这些结果进行改正。在现有技术中，导航接收机需要在接收到导航卫星播发的广播电文以及星基导航增强系统播发的星基导航增强信号之后才能实现高精度定位解算。

图1示出了现有的导航增强技术的工作原理示意图，如图1所示，利用星基导航增强系统中的导航增强卫星101播发导航增强信号，利用导航卫星102播发导航卫星102的广播电文，该导航增强信号用于测距和传输信息，分别基于该导航增强信号和导航卫星102的广播电文进行测距得到测距结果，测距结果包括伪距和载波相位等结果，其中，基于该导航增强信号进行测距的测距原理与基于导航卫星102的广播电文进行测距的测距原理相同。而该导航增强信号中所包括的信息不同于导航卫星102的广播电文所包括的信息，该导航增强信号包括高精度的卫星星历和钟差改正数等信息。导航接收机103必须完成对4个以上导航卫星102的广播电文的接收，以及1个以上的导航增强卫星101播发的星历和钟差改正数的接收才能实现高精度定位解算。导航接收机103在实际工作时，首先利用从导航卫星102接收到的广播电文计算出导航卫星的粗略位置和粗略钟差，然后利用钟差改正数对上述位置和钟差进行修正，得到导航卫星102的精密位置和精密钟差，进而提升导航接收机103的定位精度。然而导航接收机103在冷启动和温启动状态下，导航接收机103的首次定位时间完全受制于导航卫星102的广播电文的播发周期，使得导航接收机103首次定位时间一般为40秒～60秒，无法满足用户的快速定位需求。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种低轨卫星导航增强平台的电文收发方法，图2示出了根据本发明一个实施例的低轨卫星导航增强平台的电文收发方法的流程示意图，如图2所示，该方法包括如下步骤：

步骤S201，接收地面运行管理中心传输的低轨卫星的精密星历信息和精密钟差参数以及多个导航系统中的多个导航卫星的精密星历信息和精密钟差参数。

一般情况下，低轨卫星导航增强平台运行在轨道高度为3000公里以下的空间轨道。其中，低轨卫星导航增强平台中的低轨卫星向地面发射覆球波束或方向性波束，即播发导航增强信号，为陆域、海域、空域中的各个导航接收机提供导航增强服务。

地面运行管理中心收集地面监测网络和低轨卫星星载GNSS观测数据，接着利用收集到的多天连续的观测数据，估测低轨卫星的精密轨道和精密钟差以及多个导航系统中多个导航卫星的精密轨道和精密钟差，并进行轨道预报，然后结合精密轨道序列和精密钟差序列，拟合得到低轨卫星的精密星历信息和精密钟差参数以及多个导航卫星的精密星历信息和精密钟差参数。

其中，精密星历信息可以包括：卫星轨道参数、多项式系数、卫星位置采样点等进行卫星绝对位置表示的参数。具体地，精密星历信息可以采用多项式形式表示，本领域技术人员可根据实际需要对多项式的阶数进行设置，此处不做具体限定。以阶数为4为例，精密星历信息可包括16个参数，其中，一个参数为参考时间t₀，其他15个参数可以包括6个对应于参考时间t₀的开普勒轨道参数和9个用于反映摄动力影响的参数。其他15个参数可采用如下形式表示：

精密星历信息中的上述16个参数可以采用对卫星XYZ轨道位置序列进行拟合获得，经试验表明，能够在10分钟内完成对上述4阶多项式的拟合，拟合误差小于1mm。对于采用1天的实际轨道数据拟合得到的4阶形式的精密星历信息，图3a示出了精密星历信息对应的拟合误差曲线，如图3a所示，横坐标表示天内秒，即一天内的第几秒，纵坐标表示拟合误差，精密星历信息对应的拟合误差小于1mm，可完全满足低轨卫星导航增强对精密星历信息的精度要求。

精密钟差参数可以包括：多项式系数、卫星钟差采样点等进行卫星绝对钟差表示的参数。具体地，精密钟差参数也可以采用多项式形式表示，本领域技术人员可根据实际需要对多项式的阶数进行设置，此处不做具体限定。以阶数为2为例，精密钟差参数可包括4个参数，其中，一个参数为参考时间t₀，其他3个参数可采用如下形式表示：

[a₀ a₁ a₂] 形式2

精密钟差参数中的上述4个参数可以采用对卫星钟差序列进行拟合获得，经试验表明，能够在10分钟内完成对上述2阶多项式的拟合，拟合误差小于3mm，预报30秒误差小于5mm。对于采用1天的实际钟差数据拟合得到的2阶形式的精密钟差参数，图3b和图3c分别示出了精密钟差参数对应的拟合误差曲线和预报误差曲线，图3b中的横坐标表示天内秒，即一天内的第几秒，纵坐标表示拟合误差，如图3b和图3c所示，精密钟差参数对应的拟合误差小于1mm，预报30秒误差小于5mm，可完全满足低轨卫星导航增强对精密钟差参数的精度要求。

在拟合得到低轨卫星的精密星历信息和精密钟差参数以及多个导航卫星的精密星历信息和精密钟差参数之后，地面运行管理中心就可将上述信息传输至低轨卫星导航增强平台，也可称为将上述信息上注至低轨卫星导航增强平台。具体地，地面运行管理中心可通过单点传输的方式将拟合得到的低轨卫星的精密星历信息和精密钟差参数传输至低轨卫星导航增强平台中对应的低轨卫星中；地面运行管理中心可通过广播的方式将拟合得到的多个导航系统中多个导航卫星的精密轨道和精密钟差传输至低轨卫星导航增强平台中的每个低轨卫星中。在步骤S201中，低轨卫星导航增强平台中的每个低轨卫星接收并存储地面运行管理中心传输的低轨卫星的精密星历信息和精密钟差参数以及多个导航系统中的多个导航卫星的精密星历信息和精密钟差参数。在完成上述信息的接收和存储后，低轨卫星导航增强平台中的每个低轨卫星都存储有各自的精密星历信息和精密钟差参数，以及多个导航系统中的多个导航卫星的精密星历信息和精密钟差参数。

其中，导航系统具体可为现有技术中已有的各种导航系统，例如，导航系统包括：中国北斗导航系统、美国GPS导航系统、欧盟伽利略(Galileo)导航系统和/或俄罗斯GLONASS导航系统。在实际应用中，地面运行管理中心可将其能够拟合得到的多个导航系统中的所有的导航卫星的精密星历信息和精密钟差参数都传输至低轨卫星导航增强平台，以供低轨卫星导航增强平台使用。

步骤S202，针对每个导航系统，根据预设卫星选取条件，从该导航系统中的多个导航卫星中选取预设数量的导航卫星作为待播发的导航卫星。

为了能够确保向导航接收机提供较好的导航增强服务，还需对多个导航系统中的多个导航卫星中进行筛选。具体地，针对每个导航系统，可根据预设卫星选取条件，从该导航系统中的多个导航卫星中选取预设数量的导航卫星作为待播发的导航卫星。本领域技术人员可根据实际需要对预设卫星选取条件和预设数量进行设置，此处不做具体限定。其中，预设卫星选取条件可包括：导航卫星需要满足的观测高度角范围、信号强度范围以及观测误差范围等；预设数量可根据导航增强信号信息速率、精密星历信息和精密钟差参数等信息进行综合确定，一般情况下，预设数量大于或等于4，例如，预设数量可为8个。

步骤S203，按照预设信息播发格式，对低轨卫星的精密星历信息和精密钟差参数、待播发的导航卫星的精密星历信息和精密钟差参数以及其他待播发信息进行编排处理，得到导航增强信号。

在完成了对待播发的导航卫星的选取工作之后，从接收到的多个导航系统中的多个导航卫星的精密星历信息和精密钟差参数中查找待播发的导航卫星的精密星历信息和精密钟差参数，然后对低轨卫星的精密星历信息和精密钟差参数、待播发的导航卫星的精密星历信息和精密钟差参数以及其他待播发信息进行编排处理。其中，低轨卫星的精密星历信息和精密钟差参数、待播发的导航卫星的精密星历信息和精密钟差参数能够用于独立计算低轨卫星的精密位置坐标和精密钟差以及待播发的导航卫星的精密位置坐标和精密钟差，而不依赖于导航卫星播发的广播电文。也就是说，导航接收机无需事先接收导航卫星播发的广播电文，只要接收到低轨卫星的精密星历信息和精密钟差参数、待播发的导航卫星的精密星历信息和精密钟差参数，就能够依据接收到低轨卫星的精密星历信息和精密钟差参数、待播发的导航卫星的精密星历信息和精密钟差参数来计算低轨卫星的精密位置坐标和精密钟差以及待播发的导航卫星的精密位置坐标和精密钟差，同时利用导航接收机测量得到的伪距和载波相位观测数据即可进行定位解算，并向外部输出定位结果。

具体地，针对每个导航系统，将低轨卫星的精密星历信息和精密钟差参数、属于该导航系统的待播发的导航卫星的精密星历信息和精密钟差参数以及其他待播发信息进行编排处理，形成导航增强信号发播帧，接着利用导航增强信号发播帧，得到该导航系统对应的导航增强信号部分；在得到了多个导航系统对应的导航增强信号部分之后，对多个导航系统对应的导航增强信号部分进行组合，得到导航增强信号。其中，其他待播发信息包括：完好性指标、系统时差以及地球自转参数等信息。

下面以多个导航系统包括：中国北斗导航系统、美国GPS导航系统、欧盟伽利略导航系统，且预设数量为8个为例，介绍导航增强信号的构造方式。

(1)将低轨卫星的精密星历信息和精密钟差参数、北斗导航系统中的8个待播发的导航卫星的精密星历信息和精密钟差参数以及其他待播发信息进行编排处理，得到北斗导航系统对应的导航增强信号部分；将低轨卫星的精密星历信息和精密钟差参数、GPS导航系统中的8个待播发的导航卫星的精密星历信息和精密钟差参数以及其他待播发信息进行编排处理，得到GPS导航系统对应的导航增强信号部分；将低轨卫星的精密星历信息和精密钟差参数、伽利略导航系统中的8个待播发的导航卫星的精密星历信息和精密钟差参数以及其他待播发信息进行编排处理，得到伽利略导航系统对应的导航增强信号部分。

(2)在得到了多个导航系统对应的导航增强信号部分之后，可按照预先设置的组合顺序对多个导航系统对应的导航增强信号部分进行组合，得到导航增强信号。以组合顺序为“北斗导航系统-GPS导航系统-伽利略导航系统”为例，那么组合得到导航增强信号的内容示意图可如图4a所示。

在实际应用中，可利用多个播发频点播发导航增强信号。具体地，为了进一步缩短导航接收机接收精密星历信息和精密钟差参数所耗费的时间、提高信息传输效率，当播发频点的数量为多个时，本发明针对各个播发频点，按照不同的组合顺序对多个导航系统对应的导航增强信号部分进行组合，得到各个播发频点对应的导航增强信号。优选地，通过对不同播发频点对应的组合顺序的设置，可使多个导航系统对应的导航增强信号部分按照对应的组合顺序进行组合后，所得到的不同播发频点对应的导航增强信号在相同信号位置处对应于不同的导航系统对应的导航增强信号部分，获得内容交叉播发的播发效果。

图4b示出了一种各个播发频点对应的导航增强信号的内容示意图，如图4b所示，播发频点的数量为3个，这3个播发频点分别为播发频点1、播发频点2和播发频点3，针对播发频点1，按照“北斗导航系统-GPS导航系统-伽利略导航系统”的组合顺序对多个导航系统对应的导航增强信号部分进行组合，得到播发频点1对应的导航增强信号；针对播发频点2，按照“GPS导航系统-伽利略导航系统-北斗导航系统”的组合顺序对多个导航系统对应的导航增强信号部分进行组合，得到播发频点2对应的导航增强信号；针对播发频点3，按照“伽利略导航系统-北斗导航系统-GPS导航系统”的组合顺序对多个导航系统对应的导航增强信号部分进行组合，得到播发频点3对应的导航增强信号。可见，这3个导航增强信号在相同信号位置处分别对应于不同的导航系统对应的导航增强信号部分，如图4b所示，这3个导航增强信号在第1个导航增强信号部分位置处分别对应于北斗导航系统对应的导航增强信号部分、GPS导航系统对应的导航增强信号部分以及伽利略导航系统对应的导航增强信号部分。

可选地，为了精简导航增强信号的内容，在导航增强信号中，可只需第一个导航增强信号部分既包含有低轨卫星的精密星历信息和精密钟差参数又包含有对应的导航系统的待播发的导航卫星的精密星历信息和精密钟差参数以及其他待播发信息，而其他的导航增强信号部分不包含低轨卫星的精密星历信息和精密钟差参数，仅包含对应的导航系统的待播发的导航卫星的精密星历信息和精密钟差参数以及其他待播发信息。

步骤S204，按照预设播发周期，播发导航增强信号，为导航接收机提供导航增强服务。

在步骤S203得到导航增强信号之后，对导航增强信号进行调制，按照预设播发周期，播发导航增强信号，为导航接收机提供导航增强服务。其中，预设播发周期可根据低轨卫星导航增强服务的性能要求和参数表达形式等进行综合确定，通常预设播发周期的取值范围为0.1秒至150秒。例如，当预设播发周期为12秒时，每隔12秒对地播发导航增强信号，为陆域、海域、空域中的各个导航接收机提供导航增强服务。为了提高导航增强信号的播发效果，在信号播发过程中，可放大播发导航增强信号。若播发频点的数量为多个，则可按照预设播发周期，利用多个播发频点，播发各自播发频点对应的导航增强信号。

具体地，可按照多个导航系统的数量，将预设播发周期划分为多个播发时隙，然后在每个播发时隙中，对导航增强信号中的一个导航系统对应的导航增强信号部分进行播发。其中，每个播发时隙的间隔可以相等或近似相等，本领域技术人员还可根据实际需要对播发时隙进行设置，此处不做具体限定。假设导航增强信号的信息速率为1000bps，需要播发3个导航系统的导航增强电文，针对每个导航系统需要播发8个导航卫星的精密星历信息和精密钟差参数，那么可将预设播发周期设置为12秒，并将预设播发周期平均划分为3个播发时隙，即每个播发时隙为4秒。

图4c示出了对应于图4b中各个播发频点对应的导航增强信号的信号播发示意图，如图4c所示，将预设播发周期401划分为3个播发时隙402，然后在每个播发时隙402中，利用多个播发频点，对各自播发频点对应的导航增强信号中的一个导航系统对应的导航增强信号部分进行播发，那么导航接收机在任何一个播发时隙402内都能够同时接收3个导航系统中总计24个导航卫星的精密星历信息和精密钟差参数。因此，当播发频点的数量为多个时，导航接收机在任何一个播发时隙内能够同时接收多个导航系统中的多个导航卫星的精密星历信息和精密钟差参数，从而使得导航接收机能够快速地获取多个导航卫星的精密星历信息和精密钟差参数，有效地缩短了导航接收机接收精密星历信息和精密钟差参数所耗费的时间。

可选地，低轨卫星导航增强平台中的低轨卫星可分群组地播发导航卫星的精密星历信息和精密钟差参数。具体地，可将对导航接收机可见的所有的导航卫星分为多个群组，每个群组中所包括的导航卫星可能会有重叠，低轨卫星导航增强平台中的每个低轨卫星用于播发一个群组中的导航卫星的精密星历信息和精密钟差参数。通过分群组播发的方式，能够有效降低播发信息量，同时使得导航接收机能够通过多个可见的低轨卫星接收所有可见的导航卫星的精密星历信息和精密钟差参数。

图5示出了一种分群组播发导航卫星的精密星历信息和精密钟差参数的播发示意图，如图5所示，假设针对导航接收机503可见的导航卫星502一共有13个，可将这13个导航卫星分为3个群组，这3个群组分别为群组504、群组505和群组506，各群组之间导航卫星502存在重叠，低轨卫星导航增强平台中的3个低轨卫星501分别负责播发这3个群组中的导航卫星502的精密星历信息和精密钟差参数，那么导航接收机503通过接收这3个低轨卫星501播发的导航增强信号就可实现对所有可见导航卫星502的精密星历信息和精密钟差参数的接收。

根据本实施例提供的低轨卫星导航增强平台的电文收发方法，充分利用了低轨卫星导航增强信号较高的信息传输速率，通过导航增强信号播发低轨卫星、导航卫星的精密星历信息和精密钟差参数，实现了对导航卫星的精密星历信息和精密钟差参数的快速播发，缩短了导航接收机启动后获取导航卫星的精密星历信息和精密钟差参数的时间，使得导航接收机只需完成对低轨卫星导航增强平台中一个低轨卫星播发的导航增强信号的接收就能够实现高精度定位解算，并快捷地输出定位结果，有效地缩短了首次定位时长，初始定位精度远远高于利用现有技术在同时刻获得的定位精度；并且，该技术方案实现方式简单，无需在导航接收机中增加通信接收模块，从而无需增加导航接收机的硬件成本和功耗即可实现，并且也不受网络覆盖范围的限制。

图6示出了根据本发明一个实施例的导航接收机的电文处理方法的流程示意图，如图6所示，该方法由导航接收机执行，该方法包括如下步骤：

步骤S601，导航接收机上电启动。

当需要进行定位时，导航接收机可上电启动，其中，这里的启动是指冷启动或温启动，导航接收机中未事先存储有导航卫星的广播电文以及低轨卫星的导航增强信号。导航接收机在启动后，会按照预设搜索策略进行伪码搜索和多普勒频偏搜索，以实现对导航增强信号的捕获和跟踪。

步骤S602，接收低轨卫星导航增强平台中低轨卫星播发的导航增强信号，基于导航增强信号进行测距，并对导航增强信号进行解调。

其中，导航增强信号是按照预设信息播发格式，对低轨卫星的精密星历信息和精密钟差参数、待播发的导航卫星的精密星历信息和精密钟差参数以及其他待播发信息进行编排处理得到的。当导航接收机完成对导航增强信号的跟踪后，接收导航增强信号，可利用现有技术中的测距原理，基于接收到的导航增强信号进行测距，得到伪距和载波相位观测数据，并按照与预设信息播发格式对应的电文解调格式对接收到的导航增强信号进行解调，得到低轨卫星的精密星历信息和精密钟差参数、待播发的导航卫星的精密星历信息和精密钟差参数等信息。若导航增强信号的信号播发示意图如图4c所示，导航接收机同时接收3个播发频点的导航增强信号，那么导航接收机在完成1个播发时隙的电文接收后，就能够获得3个导航系统中总计24个导航卫星的精密星历信息和精密钟差参数。

步骤S603，根据解调得到的导航卫星的精密星历信息和精密钟差参数，计算导航卫星的精密位置坐标和精密钟差。

若导航卫星的精密星历信息包括参考时间t₀以及如上述形式1所示的15个参数，导航卫星的精密钟差包括参考时间t₀以及如上述形式2所示的3个参数，则导航接收机可根据下列公式1和公式2计算得到导航卫星的精密位置坐标和精密钟差。其中，用于计算精密位置坐标的公式如公式1所示：

其中，表示卫星的精密位置坐标，t表示信号观测时刻，t₀表示导航增强信号播发的参考时间。

用于计算精密钟差的公式如公式2所示：

δt_k＝a₀+a₁(t-t₀)+a₂(t-t₀)² 公式2

其中，δt_k表示卫星的精密钟差，t表示信号观测时刻，t₀表示导航增强信号播发的参考时间。

利用公式1和公式2可计算得到低轨卫星的精密位置坐标和精密钟差以及导航卫星的精密位置坐标和精密钟差。通过上述计算所获得的导航卫星的精密位置坐标和精密钟差具有较高的精度，精度可达到厘米量级，能够满足高精度定位需求。

步骤S604，利用得到的伪距和载波相位观测数据以及导航卫星的精密位置坐标和精密钟差进行定位解算，输出定位结果。

具体地，以导航卫星的精密位置坐标和精密钟差为基础，同时利用导航接收机进行测距得到的伪距和载波相位观测数据进行定位解算，并向外部输出定位结果。

根据本实施例提供的导航接收机电文处理方法，导航接收机只需完成对低轨卫星导航增强平台中一个低轨卫星播发的导航增强信号的接收就能够实现高精度定位解算，并快捷地输出定位结果，有效地缩短了首次定位时长；与采用AGPS技术缩短首次定位时长的方案相比，利用本发明提供的技术方案，无需对导航接收机的构成模块进行修改或增加，也无需增加导航接收机的硬件成本和功耗，即可有效地缩短首次定位时长，能够很好地满足用户的快速定位需求。

图7a示出了利用本发明得到的定位结果对应的定位误差曲线的示意图，图7b示出了基于现有的星基导航增强电文播发技术得到的定位结果对应的定位误差曲线的示意图，其中，图7a和图7b中的横坐标轴代表时间，0时刻表示导航接收机开机启动的时刻，纵坐标轴代表定位误差。如图7a所示，利用本发明提供的技术方案，导航接收机在开机启动后的5秒内就可输出定位结果，定位误差在亚米量级，之后定位误差逐步缩小；在30秒左右，定位误差缩小到20厘米水平；在40秒之后，定位误差缩小到厘米量级。而如图7b所示，基于现有的星基导航增强电文播发技术，导航接收机在40秒之前一直都没有定位结果输出，直至40秒后才输出定位误差在厘米量级的定位结果，定位时间较长，无法满足用户的快速定位需求，用户体验感较差。

图8示出了根据本发明一个实施例的低轨卫星导航增强平台的电文收发系统的结构框图，如图8所示，该系统包括：接收模块810、卫星选取模块820、信号编排处理模块830和播发模块840。

接收模块810适于：接收地面运行管理中心传输的低轨卫星的精密星历信息和精密钟差参数以及多个导航系统中的多个导航卫星的精密星历信息和精密钟差参数。

其中，低轨卫星导航增强平台运行在轨道高度为3000公里以下的空间轨道。导航系统包括：中国北斗导航系统、美国GPS导航系统、欧盟伽利略导航系统和/或俄罗斯GLONASS导航系统。低轨卫星的精密星历信息和精密钟差参数、待播发的导航卫星的精密星历信息和精密钟差参数能够用于独立计算低轨卫星的精密位置坐标和精密钟差以及待播发的导航卫星的精密位置坐标和精密钟差，而不依赖于导航卫星播发的广播电文。

卫星选取模块820适于：针对每个导航系统，根据预设卫星选取条件，从该导航系统中的多个导航卫星中选取预设数量的导航卫星作为待播发的导航卫星。

信号编排处理模块830适于：按照预设信息播发格式，对低轨卫星的精密星历信息和精密钟差参数、待播发的导航卫星的精密星历信息和精密钟差参数以及其他待播发信息进行编排处理，得到导航增强信号。

可选地，信号编排处理模块830进一步适于：针对每个导航系统，将低轨卫星的精密星历信息和精密钟差参数、属于该导航系统的待播发的导航卫星的精密星历信息和精密钟差参数以及其他待播发信息进行编排处理，得到该导航系统对应的导航增强信号部分；对多个导航系统对应的导航增强信号部分进行组合，得到导航增强信号。

可选地，若播发频点的数量为多个，信号编排处理模块830进一步适于：针对各个播发频点，按照不同的组合顺序对多个导航系统对应的导航增强信号部分进行组合，得到各个播发频点对应的导航增强信号。

播发模块840适于：按照预设播发周期，播发导航增强信号，为导航接收机提供导航增强服务。

可选地，播发模块840进一步适于：将预设播发周期划分为多个播发时隙；在每个播发时隙中，对导航增强信号中的一个导航系统对应的导航增强信号部分进行播发。

根据本实施例提供的低轨卫星导航增强平台的电文收发系统，充分利用了低轨卫星导航增强信号较高的信息传输速率，通过导航增强信号播发低轨卫星、导航卫星的精密星历信息和精密钟差参数，实现了对导航卫星的精密星历信息和精密钟差参数的快速播发，缩短了导航接收机启动后获取导航卫星的精密星历信息和精密钟差参数的时间，使得导航接收机只需完成对低轨卫星导航增强平台中一个低轨卫星播发的导航增强信号的接收就能够实现高精度定位解算，并快捷地输出定位结果，有效地缩短了首次定位时长，初始定位精度远远高于利用现有技术在同时刻获得的定位精度；并且，该技术方案实现方式简单，无需在导航接收机中增加通信接收模块，从而无需增加导航接收机的硬件成本和功耗即可实现，并且也不受网络覆盖范围的限制。

本发明还提供了一种非易失性计算机存储介质，计算机存储介质存储有至少一可执行指令，可执行指令可执行上述任意方法实施例中的低轨卫星导航增强平台的电文收发方法。

图9示出了根据本发明实施例的一种计算设备的结构示意图，本发明具体实施例并不对计算设备的具体实现做限定。

如图9所示，该计算设备可以包括：处理器(processor)902、通信接口(Communications Interface)904、存储器(memory)906、以及通信总线908。

其中：

处理器902、通信接口904、以及存储器906通过通信总线908完成相互间的通信。

通信接口904，用于与其它设备比如客户端或其它服务器等的网元通信。

处理器902，用于执行程序910，具体可以执行上述低轨卫星导航增强平台的电文收发方法实施例中的相关步骤。

具体地，程序910可以包括程序代码，该程序代码包括计算机操作指令。

处理器902可能是中央处理器CPU，或者是特定集成电路ASIC(ApplicationSpecific Integrated Circuit)，或者是被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路。计算设备包括的一个或多个处理器，可以是同一类型的处理器，如一个或多个CPU；也可以是不同类型的处理器，如一个或多个CPU以及一个或多个ASIC。

存储器906，用于存放程序910。存储器906可能包含高速RAM存储器，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。

程序910具体可以用于使得处理器902执行上述任意方法实施例中的低轨卫星导航增强平台的电文收发方法。程序910中各步骤的具体实现可以参见上述低轨卫星导航增强平台的电文收发实施例中的相应步骤和单元中对应的描述，在此不赘述。所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的设备和模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程描述，在此不再赘述。

在此提供的算法和显示不与任何特定计算机、虚拟系统或者其它设备固有相关。各种通用系统也可以与基于在此的示教一起使用。根据上面的描述，构造这类系统所要求的结构是显而易见的。此外，本发明也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本发明的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本发明的最佳实施方式。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

本发明的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本发明实施例中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本发明的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

Claims (10)

1.一种低轨卫星导航增强平台的电文收发方法，其特征在于，所述方法包括：

接收地面运行管理中心传输的低轨卫星的精密星历信息和精密钟差参数以及多个导航系统中的多个导航卫星的精密星历信息和精密钟差参数；

针对每个导航系统，根据预设卫星选取条件，从该导航系统中的多个导航卫星中选取预设数量的导航卫星作为待播发的导航卫星；

按照预设信息播发格式，对所述低轨卫星的精密星历信息和精密钟差参数、所述待播发的导航卫星的精密星历信息和精密钟差参数以及其他待播发信息进行编排处理，得到导航增强信号；

按照预设播发周期，播发所述导航增强信号，为导航接收机提供导航增强服务。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述低轨卫星导航增强平台运行在轨道高度为3000公里以下的空间轨道。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述低轨卫星的精密星历信息和精密钟差参数、所述待播发的导航卫星的精密星历信息和精密钟差参数能够用于独立计算所述低轨卫星的精密位置坐标和精密钟差以及所述待播发的导航卫星的精密位置坐标和精密钟差。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述按照预设信息播发格式，对所述低轨卫星的精密星历信息和精密钟差参数、所述待播发的导航卫星的精密星历信息和精密钟差参数以及其他待播发信息进行编排处理，得到导航增强信号进一步包括：

针对每个导航系统，将所述低轨卫星的精密星历信息和精密钟差参数、属于该导航系统的待播发的导航卫星的精密星历信息和精密钟差参数以及其他待播发信息进行编排处理，得到该导航系统对应的导航增强信号部分；

对多个导航系统对应的导航增强信号部分进行组合，得到导航增强信号。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，若播发频点的数量为多个，则所述对多个导航系统对应的导航增强信号部分进行组合，得到导航增强信号进一步包括：

针对各个播发频点，按照不同的组合顺序对多个导航系统对应的导航增强信号部分进行组合，得到各个播发频点对应的导航增强信号。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述按照预设播发周期，播发所述导航增强信号，为导航接收机提供导航增强服务进一步包括：

将预设播发周期划分为多个播发时隙；

在每个播发时隙中，对所述导航增强信号中的一个导航系统对应的导航增强信号部分进行播发。

7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，所述导航系统包括：中国北斗导航系统、美国GPS导航系统、欧盟伽利略导航系统和/或俄罗斯GLONASS导航系统。

8.一种低轨卫星导航增强平台的电文收发系统，其特征在于，所述系统包括：

接收模块，适于接收地面运行管理中心传输的低轨卫星的精密星历信息和精密钟差参数以及多个导航系统中的多个导航卫星的精密星历信息和精密钟差参数；

卫星选取模块，适于针对每个导航系统，根据预设卫星选取条件，从该导航系统中的多个导航卫星中选取预设数量的导航卫星作为待播发的导航卫星；

信号编排处理模块，适于按照预设信息播发格式，对所述低轨卫星的精密星历信息和精密钟差参数、所述待播发的导航卫星的精密星历信息和精密钟差参数以及其他待播发信息进行编排处理，得到导航增强信号；

播发模块，适于按照预设播发周期，播发所述导航增强信号，为导航接收机提供导航增强服务。

9.一种计算设备，包括：处理器、存储器、通信接口和通信总线，所述处理器、所述存储器和所述通信接口通过所述通信总线完成相互间的通信；

所述存储器用于存放至少一可执行指令，所述可执行指令使所述处理器执行如权利要求1-7中任一项所述的低轨卫星导航增强平台的电文收发方法对应的操作。

10.一种计算机存储介质，所述存储介质中存储有至少一可执行指令，所述可执行指令使处理器执行如权利要求1-7中任一项所述的低轨卫星导航增强平台的电文收发方法对应的操作。