CN111060940A - 基于卫星通信网络的卫星定位方法、装置、终端及介质 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种基于卫星通信网络的卫星定位方法、装置、终端及介质。该方法包括：在检测到定位终端的卫星定位请求时，通过定位终端接收卫星通信网络中的至少四颗通信卫星转发的设定下行参考信号；获取与各下行参考信号分别对应的信关站标识、通信卫星标识、信号发送时间以及信号接收时间；根据卫星通信网络的星历数据、信关站位置集合、信关站标识以及通信卫星标识，计算各信关站将下行参考信号发送至对应的通信卫星所需的上行时长；根据与各下行参考信号对应的信号发送时间、信号接收时间以及上行时长，计算定位终端与各通信卫星之间的通信距离，并根据各通信距离和星历数据，对定位终端进行定位。实现了对定位终端的定位。
Description
技术领域
本发明实施例涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于卫星通信网络的卫星定位方法、装置、终端及介质。
背景技术
随着人造卫星技术的不断发展，基于中低轨卫星的卫星通信网络以及基于高轨卫星的卫星定位网络得到了广泛的发展。
现阶段，卫星通信网络与卫星定位网络是两套完全独立的网络，卫星定位网络需要同时观测到四颗高轨卫星，即卫星定位网络中的四颗卫星，才能实现对定位终端的定位，其中，定位终端可以为需要定位的任意一种终端，例如：手机、平板电脑或者车载终端等终端。
现有技术中，仅能通过同时观测到四颗高轨卫星，即卫星定位网络中的四颗卫星，才能实现对定位终端的定位，由于高轨卫星的发射成本要明显高于中轨卫星的发射成本，因此，发明人考虑是否可以通过中低轨卫星，即基于卫星通信网络实现对定位终端的定位。
发明内容
本发明实施例提供一种基于卫星通信网络的卫星定位方法、装置、终端及介质，以实现通过中低轨卫星，即基于卫星通信网络对定位终端进行定位，并可以节约发射高轨卫星的成本。
第一方面，本发明实施例提供了一种基于卫星通信网络的卫星定位方法，该方法包括：
在检测到定位终端的卫星定位请求时，通过所述定位终端接收卫星通信网络中的至少四颗通信卫星转发的设定下行参考信号；
获取与各所述下行参考信号分别对应的信关站标识、通信卫星标识、信号发送时间以及信号接收时间；
根据所述卫星通信网络的星历数据、信关站位置集合、所述信关站标识以及所述通信卫星标识，计算各信关站将所述下行参考信号发送至对应的通信卫星所需的上行时长；
根据与各所述下行参考信号对应的信号发送时间、信号接收时间以及所述上行时长，计算所述定位终端与各所述通信卫星之间的通信距离，并根据各所述通信距离和所述星历数据，对所述定位终端进行定位。
第二方面，本发明实施例还提供了一种基于卫星通信网络的卫星定位装置，该装置包括：
下行参考信号接收模块，用于在检测到定位终端的卫星定位请求时，通过所述定位终端接收卫星通信网络中的至少四颗通信卫星转发的设定下行参考信号；
定位参数获取模块，用于获取与各所述下行参考信号分别对应的信关站标识、通信卫星标识、信号发送时间以及信号接收时间；
上行时长计算模块，用于根据所述卫星通信网络的星历数据、信关站位置集合、所述信关站标识以及所述通信卫星标识，计算各信关站将所述下行参考信号发送至对应的通信卫星所需的上行时长；
定位模块，用于根据与各所述下行参考信号对应的信号发送时间、信号接收时间以及所述上行时长，计算所述定位终端与各所述通信卫星之间的通信距离，并根据各所述通信距离和所述星历数据，对所述定位终端进行定位：
第三方面，本发明实施例还提供了一种终端，所述终端包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序，
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如本发明实施例中任一实施例所述的基于卫星通信网络的卫星定位方法。
第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本发明实施例中任一实施例所述的基于卫星通信网络的卫星定位方法。
本发明实施例通过在检测到定位终端的卫星定位请求时，通过定位终端接收卫星通信网络中的至少四颗通信卫星转发的设定下行参考信号；获取与各下行参考信号分别对应的信关站标识、通信卫星标识、信号发送时间以及信号接收时间；根据卫星通信网络的星历数据、信关站位置集合、信关站标识以及通信卫星标识，计算各信关站将下行参考信号发送至对应的通信卫星所需的上行时长；根据与各下行参考信号对应的信号发送时间、信号接收时间以及上行时长，计算定位终端与各通信卫星之间的通信距离，并根据各通信距离和星历数据，对定位终端进行定位。实现了通过中低轨卫星，即基于卫星通信网络对定位终端进行定位，并可以节约发射高轨卫星的成本。
附图说明
图1是本发明实施例一中的一种基于卫星通信网络的卫星定位方法的流程图；
图2是本发明实施例二中的一种基于卫星通信网络的卫星定位方法的流程图；
图3是本发明实施例二适用的一种下行参考信号的发送和接收示意图；
图4是本发明实施例二适用的一种单个波束宽度波束覆盖示意图；
图5是本发明实施例三中的一种基于卫星通信网络的卫星定位装置的结构示意图；
图6是本发明实施例四中的一种终端的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
图1是本发明实施例一提供的一种基于卫星通信网络的卫星定位方法的流程图，本实施例可适用于基于卫星通信网络对定位终端进行定位的情况，该方法可以由基于卫星通信网络的卫星定位装置来执行，该装置可以通过软件和/或硬件的方式实现，并集成在执行本方法的终端中，其中，执行本方法的终端可以为智能手机、计算机或者平板电脑等终端。具体的，参考图1，该方法包括如下步骤：
S110、在检测到定位终端的卫星定位请求时，通过定位终端接收卫星通信网络中的至少四颗通信卫星转发的设定下行参考信号。
具体的，本发明实施例中涉及到的定位终端可以是需要定位的任意一种终端，例如：手机、平板电脑、智能手表或者车载终端等任意一个需要定位的终端。具体的，当检测到定位终端的卫星定位请求时，可以通过定位终端接收卫星通信网络中的至少四颗通信卫星转发的设定下行参考信号，其中，下行参考信号可以为公共参考信号(Common ReferenceSignal，CRS)。
示例性的，若定位终端为手机，其国际移动设备识别码(International MobileEquipment Identity，IMEI)为“123456789101112”，当检测到该手机的卫星定位请求时，可以通过手机接收卫星通信网络中的至少三颗卫星转发的下行参考信号，例如：CRS。需要说明的是，每部手机的IMEI都是唯一的，通过IMEI可以确定唯一的一部手机。
需要说明的是，本发明实施例中涉及到的卫星通信网络应当满足下述至少一项条件：卫星通信网络的通信信号实现全球覆盖；卫星通信网络的卫星发送信号中，通信波束中心点的信噪比大于-6dB；以及，卫星通信网络的最小时间单元，与卫星定位所需的定位精度相匹配。
具体的，当卫星通信网络满足通信信号全球覆盖，或者卫星通信网络的卫星发送信号中，通信波束中心点的信噪比大于-6dB；以及，卫星通信网络的最小时间单元，与卫星定位所需的定位精度相匹配时，即可实现通过卫星通信网络对定位终端进行定位。
S120、获取与各下行参考信号分别对应的信关站标识、通信卫星标识、信号发送时间以及信号接收时间。
具体的，定位终端接收到卫星通信网络中的至少四颗通信卫星转发的设定下行参考信号之后，可以获取与各下行参考信号对应的信关站标识、通信卫星标识、信号发送时间以及信号接收时间；其中，信关站标识可以包括信关站的身份标识号(Identity Document，ID)信息以及其他参数信息，通过信关站标识可以唯一的确定发送下行参考信号的信关站；通信卫星标识可以包括通信卫星的ID信息以及其他参数信息，通过通信卫星标识可以确定接收信关站发送的下行参考信号的至少四颗通信卫星。
需要说明的是，在本发明实施例中，通信卫星接收到信关站发送的下行参考信号之后，将其转发至定位终端。据此，信号发送时间即信关站发送下行参考信号的时间；信号接收时间即定位终端接收到通信卫星转发的信关站发送的下行参考信号的时间。
示例性的，若下行参考信号为信号A，则可以获取到与信号A对应的信关站标识、通信卫星标识、信号发送时间以及信号接收时间；具体的，通过与信号A对应的信关站标识可以唯一的确定具体是哪一个信关站发送的信号A，例如，发送信号A的信关站可以为信关站B；通过与信号A对应的通信卫星标识可以确定至少四颗通信卫星，这四颗通信卫星可以为通信卫星a、b、c以及d，其中，通信卫星a、b、c以及d都可以接收到信关站B发送的信号A；相应的，信号发送时间即为信关站B发送信号A的时间；信号接收时间即为定位终端接收到通信卫星a、b、c以及d分别转发的信关站B发送的信号A的时间。
S130、根据卫星通信网络的星历数据、信关站位置集合、信关站标识以及通信卫星标识，计算各信关站将下行参考信号发送至对应的通信卫星所需的上行时长。
具体的，获取到与各下行信号分别对应的信关站标识、通信卫星标识、信号发送时间以及信号接收时间之后，可以根据卫星通信网络的星历数据、信关站位置集合、信关站标识以及通信卫星标识，计算各信关站将下行参考信号发送至对应的通信卫星所需的上行时长。需要说明的是，上行时长即为信关站将下行参考信号发送至与其对应的通信卫星所需的时间。
可选的，根据卫星通信网络的星历数据、信关站位置集合、信关站标识以及通信卫星标识，计算信关站将下行参考信号发送至对应的通信卫星经历的上行时长，可以包括：获取第一通信卫星转发的第一信关站的第一下行参考信号，并获取与第一下行参考信号对应的目标信关站标识和目标通信卫星标识；在信关站位置集合中，获取与目标信关站标识对应的定点位置信息；根据目标通信卫星标识以及星历数据，获取当前时刻下第一通信卫星相对于地球的卫星位置信息；根据定点位置信息以及卫星位置信息，计算第一信关站与第一通信卫星之间的相对距离；根据相对距离，以及预设的标准速度(典型的，光速)，计算第一信关站将第一下行参考信号发送至第一通信卫星经历的上行时长。
具体的，定位终端可以获取第一通信卫星转发的第一信关站的第一下行参考信号，并在获取到下行参考信号后，获取与第一下行参考信号对应的目标信关站标识和目标通信卫星标识。其中，与第一下行参考信号对应的目标信关站标识即为发送第一下行参考信号的第一信关站的信关站标识；与第一下行参考信号对应的目标通信卫星标识即为转发第一下行参考信号的第一通信卫星的通信卫星标识。
需要说明的是，本发明实施例中涉及到的第一信关站可以为信关站集合中的任意一个信关站；第一通信卫星可以为与第一信关站对应的任意一个通信卫星；第一下行参考信号可以是第一信关站发送的任意一个下行参考信号；本发明实施例中仅是为了更好地叙述本发明实施例的方案，将其命名为第一信关站、第一通信卫星以及第一下行参考信号，其并不是对本发明实施例的限定。
具体的，定位终端获取第一通信卫星转发的第一信关站的第一下行参考信号，并获取与第一下行参考信号对应的目标信关站标识和目标通信卫星标识之后，可以在信关站的位置集合中，获取与目标信关站标识对应的定点位置信息。具体的，信关站的位置集合中存储了所有信关站的位置信息，当确定了发送第一下行参考信号的第一信关站的目标信关站标识之后，可以唯一的确定发送第一下行参考信号的信关站；并且可以通过第一信关站的目标信关站标识确定第一信关站的定点位置信息。其中，第一信关站的位置信息可以为第一信关站所在位置在协议坐标系中的坐标值，也可以为第一信关站所在位置的经纬度。
进一步的，定位终端获取到与第一信关站的目标信关站标识对应的顶点位置信息之后，可以根据目标通信卫星标识以及星历数据，获取当前时刻下第一通信卫星相对于地球的卫星位置信息。具体的，星历数据中包括了卫星通信网络中所有通信卫星在当前时刻所在位置。示例性的，从星历数据中可以获取到第一通信卫星相对于地球的具体的位置信息。
具体的，定位终端获取到第一信关站的定点位置信息以及第一通信卫星的卫星位置信息之后，定位终端可以根据第一信关站的定点位置信息以及第一通信卫星的卫星位置信息，计算第一信关站与第一通信卫星之间的相对距离；并根据第一信关站与第一通信卫星之间的相对距离以及预设的第一通信卫星的标准速度，计算第一信关站将第一下行参考信号发送至第一通信卫星经历的上行时长，即第一信关站将第一下行参考信号发送至第一通信卫星所经历的时间。
示例性的，若第一下行参考信号为信号a，并且信号a是信关站A通过通信卫星B转发到定位终端C的；则定位终端C获取到信号a后，也可以获取到信关站A的信关站标识以及通信卫星B的通信标识；示例性的，信关站A的信关站标识以及通信卫星B的通信标识可以为可以唯一识别信关站A与通信卫星B的ID信息。在已知的信关站位置集合中，获取与信关站A的信关站标识对应的定点位置信息，示例性的，获取到的与信关站A的信关站标识对应的定点位置信息可以为(x1,y1,z1)。接着根据通信卫星B的通信标识以及星历数据，获取当前时刻下通信卫星B相对于地球的位置信息，示例性的，通信卫星B相对于地球的位置信息可以为(x2,y2,z2)。则可以根据(x1,y1,z1)以及(x2,y2,z2)计算信关站A与通信卫星B的相对距离，示例性的，计算得到信关站A与通信卫星B的相对距离为h；根据信关站A与通信卫星B的相对距离h，以及预设的通信卫星B的标准速度(典型的，3×108m/s)，计算得到信关站A将信号a发送至通信卫星B经历的上行时长，即信关站A将信号a发送至通信卫星B所经历的时间。
S140、根据与各下行参考信号对应的信号发送时间、信号接收时间以及上行时长，计算定位终端与各通信卫星之间的通信距离，并根据各通信距离和星历数据，对定位终端进行定位。
具体的，可以根据与下行参考信号对应的信号发送时间、信号接收时间以及上行时间即信关站将下行信号发送至通信卫星所经历的时间，计算定位终端与各通信卫星之间的定位距离，并根据各通信距离和星历数据，可以实现对定位终端的精确定位。
可选的，根据与下行参考信号对应的信号发送时间、信号接收时间以及上行时长，计算定位终端与通信卫星之间的通信距离，可以包括：获取第二通信卫星转发的第二信关站的第二下行参考信号，并获取与第二下行参考信号对应的目标信号发送时间、目标信号接收时间以及目标上行时长；根据目标信号接收时间以及目标信号发送时间，计算总传输时长，并根据总传输时长以及目标上行时长，计算第二通信卫星将第二下行参考信号发送至定位终端经历的下行时长；根据下行时长以及预设的标准速度，计算定位终端与第二通信卫星之间的通信距离。
具体的，可以获取第二通信卫星转发的第二信关站的第二下行参考信号，并获取与第二下行参考信号对应的目标信号发送时间、目标信号接收时间以及目标上行时长。需要说明的是，与第二下行参考信号对应的目标信号发送时间即第二信关站发送第二下行参考信号的时间；与第二下行参考信号对应的目标信号接收时间即为定位终端接收第二下行参考信号的时间；与第二下行参考信号对应的目标上行时长即为第二信关站将第二下行信号发送至第二通信卫星所经历的时间。
具体的，获取到与第二下行参考信号对应的目标信号发送时间、目标信号接收时间以及目标上行时长之后，可以根据与第二下行参考信号对应的目标信号发送时间以及与第二下行参考信号对应的目标信号接收时间计算第二下行参考信号的总传输时长。示例性的，第二下行参考信号的总传输时长可以为与第二下行参考信号对应的目标信号接收时间减去与第二下行参考信号对应的目标信号发送时间；例如，与第二下行参考信号对应的目标信号接收时间为13点01分56秒，与第二下行参考信号对应的目标信号发送时间为13点01分50秒，则第二下行参考信号的总传输时长为6秒。
进一步的，可以根据第二下行参考信号的总传输时长与第二下行参考信号对应的上行时长计算与第二下行参考信号对应的下行时长，其中，与第二下行参考信号对应的下行时长即为第二通信卫星将第二下行参考信号发送至定位终端所经历的时间。示例性的，与第二下行参考信号对应的下行时长可以为与第二下行参考信号的总传输时长减去与第二下行参考信号对应的上行时长；例如，与第二下行参考信号的总传输时长为5秒，与第二下行参考信号对应的上行时长为2秒，则与第二下行参考信号对应的下行时长为3秒。
具体的，计算得到第二通信卫星将第二下行参考信号发送至定位终端所经历的下行时长之后，可以根据第二通信卫星将第二下行参考信号发送至定位终端所经历的下行时长与预设的第二通信卫星的标准速度，计算定位终端与第二通信卫星之间的通信距离。示例性的，若第二通信卫星将第二下行参考信号发送至定位终端所经历的下行时长为2秒，第二通信卫星的标准速度为3×108米/秒，则定位终端与第二通信卫星之间的通信距离3×108米/秒×2秒＝6×108米。最终，可以根据定位终端与第二通信卫星之间的通信距离和星历数据，对定位终端进行精确的定位。
需要说明的是，本发明实施例中涉及到的第二信关站可以为信关站集合中的任意二个信关站；第二通信卫星可以为与第二信关站对应的任意二个通信卫星；第二下行参考信号可以是第二信关站发送的任意一个下行参考信号；本发明实施例中仅是为了更好地叙述本发明实施例的方案，将其命名为第二信关站、第二通信卫星以及第二下行参考信号，其并不是对本发明实施例的限定。
本实施例的方案通过在检测到定位终端的卫星定位请求时，通过定位终端接收卫星通信网络中的至少四颗通信卫星转发的设定下行参考信号；获取与各下行参考信号分别对应的信关站标识、通信卫星标识、信号发送时间以及信号接收时间；根据卫星通信网络的星历数据、信关站位置集合、信关站标识以及通信卫星标识，计算各信关站将下行参考信号发送至对应的通信卫星所需的上行时长；根据与各下行参考信号对应的信号发送时间、信号接收时间以及上行时长，计算定位终端与各通信卫星之间的通信距离，并根据各通信距离和星历数据，对定位终端进行定位。实现了通过中低轨卫星，即基于卫星通信网络对定位终端进行定位，并可以节约发射高轨卫星的成本。
实施例二
图2是本发明实施例二中的一种基于卫星通信网络的卫星定位方法的流程图，本实施例在上述实施例的基础上对本发明实施例进行细化，具体的，在检测到定位终端的卫星定位请求时，通过定位终端接收卫星通信网络中的至少四颗通信卫星转发的设定下行参考信号之前，还可以包括：建立协议坐标系；采用卫星轨道观测方法，对卫星通信网络中的各个通信卫星进行跟踪观测；按照不同的观测精度，将观测结果记录在协议坐标系中，得到与卫星通信网络对应的至少两个精度属性的星历数据。具体的，参考图2，该方法具体包括如下步骤：
S210、建立协议坐标系；采用卫星轨道观测方法，对卫星通信网络中的各个通信卫星进行跟踪观测；按照不同的观测精度，将观测结果记录在协议坐标系中，得到与卫星通信网络对应的至少两个精度属性的星历数据。
具体的，在通过定位终端接收卫星通信网络中的至少四颗通信卫星转发的设定下行参考信号之前，建立协议坐标系；需要说明的是，为了准确跟踪和预测卫星位置卫星星历中的各参数及位置外推算法都是基于协议坐标系的；具体的，协议坐标系的基准点为1900-1905年间的地极实际位置的平均值，协议坐标系的X轴指向参考子午面与地球赤道的一个交点，其中，参考子午面通常是英国伦敦处格林尼治子午面；协议坐标系的Z轴指向地球北极的协议基准点。
进一步的，建立协议坐标系之后，可以采用卫星轨道观测方法，对卫星通信网络中的各个通信卫星进行跟踪观测；并按照不同的观测精度将观测结果记录在建立的协议坐标系中，从而得到与卫星通信网络对应的至少两个精度属性的星历数据。需要说明的是，通过星历数据可以获取卫星通信网络中的各个通信卫星的位置信息。
S220、在检测到定位终端的卫星定位请求时，通过定位终端接收卫星通信网络中的至少四颗通信卫星转发的设定下行参考信号。
S230、获取与各下行参考信号分别对应的信关站标识、通信卫星标识、信号发送时间以及信号接收时间。
S240、根据卫星通信网络的星历数据、信关站位置集合、信关站标识以及通信卫星标识，计算各信关站将下行参考信号发送至对应的通信卫星所需的上行时长。
可选的，在根据卫星通信网络的星历数据、信关站位置集合、信关站标识以及通信卫星标识，计算各信关站将下行参考信号发送至对应的通信卫星所需的上行时长之前，还可以包括：确定与定位终端对应的定位权限，并获取与定位权限匹配的精度属性的星历数据。
示例性的，若定位终端的定位权限较高，则可以获取精度属性也较高的星历数据与定位终端的定位权限匹配。需要说明的是，星历数据的属性越高，对定位终端的定位精度也越高。
S250、根据与各下行参考信号对应的信号发送时间、信号接收时间以及上行时长，计算定位终端与各通信卫星之间的通信距离，并根据各通信距离和星历数据，对定位终端进行定位。
本实施例的方案，在上述实施例的基础上对本发明实施例进行细化，在检测到定位终端的卫星定位请求时，通过定位终端接收卫星通信网络中的至少四颗通信卫星转发的设定下行参考信号之前，还可以包括：建立协议坐标系；采用卫星轨道观测方法，对卫星通信网络中的各个通信卫星进行跟踪观测；按照不同的观测精度，将观测结果记录在协议坐标系中，得到与卫星通信网络对应的至少两个精度属性的星历数据。实现了基于卫星通信网络对定位终端进行定位。
应用场景
为了更好地理解本发明实施例，本应用场景对本发明实施例的方法进行了进一步的阐述，图3是本发明实施例适用的一种下行参考信号的发送和接收示意图，其主要包括信关站310、通信卫星320以及定位终端330。
从图3中可以看出，信关站310将公共参考信号发送至通信卫星320，通信卫星320并将接收到的公共参考信号转发至发送定位请求的定位终端330；在此过程中，定位终端330可以获取到与公共参考信号对应的信关站310的标识、通信卫星320的标识、信号发送时间以及信号接收时间；根据卫星通信网络的星历数据、信关站位置集合、信关站310的标识以及通信卫星320的标识，可以计算得到信关站310将公共参考信号发送至通信卫星320所需的时间；根据与公共参考信号对应的信号发送时间、信号接收时间以及信关站310将公共参考信号发送至通信卫星320所需的时间，可以计算出定位终端330与通信卫星320之间的通信距离，并可以根据计算到的通信距离和星历数据，对定位终端330进行精确定位。
在上述例子中，信关站将公共参考信号发送至通信卫星，通信卫星并将接收到的公共参考信号转发至发送定位请求的定位终端；定位终端可以获取到与公共参考信号对应的信关站标识、通信卫星标识、信号发送时间以及信号接收时间；根据卫星通信网络的星历数据、信关站位置集合、信关站标识以及通信卫星标识，可以计算得到信关站将公共参考信号发送至通信卫星所需的时间；根据与公共参考信号对应的信号发送时间、信号接收时间以及信关站将公共参考信号发送至通信卫星所需的时间，可以计算出定位终端与通信卫星之间的通信距离，并可以根据计算到的通信距离和星历数据，对定位终端进行精确定位。实现了基于卫星通信网络对定位终端的精确定位。
进一步的，本发明实施例对基于卫星通信网络而实现对定位终端的精确定位做了进一步的验证。波束是指由通信卫星天线发射出来的电磁波在地球表面上形成的形状(比如像手电筒向黑暗处射出的光束)；其主要有全球波束、点形波束或者赋形波束；波束的形状主要是由发射天线决定。图4列举了一种单个波束宽度波束覆盖示意图。
其中，A1和A2分别为通信波束覆盖点和定位波束覆盖点，下面以A1＝1dB和A2＝3dB为例说明通信波束覆盖和定位波束覆盖的关系。图4中O点是卫星波束的中心点，E是卫星波束地面覆盖区域的一个边缘点，E点的信号强度比O点信号强度低3dB左右，一般以OE所扫过的区域作为卫星的该波束通信信号覆盖区域。考虑到E点的传播损耗较O点要高，E点大概对应卫星波束的1dB点。
由于可以采用所有参考信号的相干累加，定位所需的信号质量需求比通信低，因此定位的波束覆盖范围可以比通信的波束覆盖范围大。采用卫星波束的3dB点覆盖区域作为定位信号覆盖区域，如图4中G点，对应了卫星波束的3dB点，卫星波束的3dB点夹角大概是1dB点夹角的2倍，可以推算得到G点传播损耗大概比E大2dB，综合分析下来，G点比波束中心点O点信号强度差7dB左右。
进一步的，假设通信波束覆盖和定位波束覆盖分别对应的卫星波束宽度为
和
相对于波束中心的衰减分别为A1和A2，卫星离地面高度为h，同时满足地面通信波束覆盖和定位波束覆盖的卫星波束约束方法：
(1)卫星波束设计使得
即满足通信波束范围的3dB要求；
(2)卫星波束设计波束时使得
此时可以得到通信波束覆盖范围分别为
和
通过上述验证，可以发现，通过卫星通信网络实现对定位终端的定位是可行的，并且卫星通信网络需要同时观测到六颗通信卫星才可实现全球范围的通信，而基于卫星通信网络的卫星定位方法仅需同时观测到三颗通信卫星即可实现对全球范围的定位终端进行定位。
实施例三
图5是本发明实施例实施例三提供的一种基于卫星通信网络的卫星定位装置的结构示意图；该装置可以执行本发明实施例任意实施例所涉及到的基于卫星通信网络的卫星定位方法；该装置可以通过软件和/或硬件的方式实现。具体的，参考图5，该装置包括：下行参考信号接收模块510、定位参数获取模块520、上行时长计算模块530和定位模块540。
其中，下行参考信号接收模块510，用于在检测到定位终端的卫星定位请求时，通过定位终端接收卫星通信网络中的至少四颗通信卫星转发的设定下行参考信号；
定位参数获取模块520，用于获取与各下行参考信号分别对应的信关站标识、通信卫星标识、信号发送时间以及信号接收时间；
上行时长计算模块530，用于根据卫星通信网络的星历数据、信关站位置集合、信关站标识以及通信卫星标识，计算各信关站将下行参考信号发送至对应的通信卫星所需的上行时长；
定位模块540，用于根据与各下行参考信号对应的信号发送时间、信号接收时间以及上行时长，计算定位终端与各通信卫星之间的通信距离，并根据各通信距离和星历数据，对定位终端进行定位。
本实施例的方案，通过下行参考信号接收模块在检测到定位终端的卫星定位请求时，通过定位终端接收卫星通信网络中的至少四颗通信卫星转发的设定下行参考信号；通过定位参数获取模块，获取与各下行参考信号分别对应的信关站标识、通信卫星标识、信号发送时间以及信号接收时间；通过上行时长计算模块，根据卫星通信网络的星历数据、信关站位置集合、信关站标识以及通信卫星标识，计算各信关站将下行参考信号发送至对应的通信卫星所需的上行时长；通过定位模块，根据与各下行参考信号对应的信号发送时间、信号接收时间以及上行时长，计算定位终端与各通信卫星之间的通信距离，并根据各通信距离和星历数据，对定位终端进行定位。本实施例的方案实现了通过卫星通信网络对定位终端进行定位。
可选的，上行时长计算模块530，具体用于获取第一通信卫星转发的第一信关站的第一下行参考信号，并获取与第一下行参考信号对应的目标信关站标识和目标通信卫星标识；在信关站位置集合中，获取与目标信关站标识对应的定点位置信息；根据目标通信卫星标识以及星历数据，获取当前时刻下第一通信卫星相对于地球的卫星位置信息；根据定点位置信息以及卫星位置信息，计算第一信关站与第一通信卫星之间的相对距离；根据相对距离，以及预设的标准速度，计算第一信关站将第一下行参考信号发送至第一通信卫星经历的上行时长。
可选的，定位模块540，具体用于获取第二通信卫星转发的第二信关站的第二下行参考信号，并获取与第二下行参考信号对应的目标信号发送时间、目标信号接收时间以及目标上行时长；根据目标信号接收时间以及目标信号发送时间，计算总传输时长，并根据总传输时长以及目标上行时长，计算第二通信卫星将第二下行参考信号发送至定位终端经历的下行时长；根据下行时长以及预设的标准速度，计算定位终端与第二通信卫星之间的通信距离。
可选的，本实施例中涉及到的下行参考信号包括公共参考信号。
可选的，基于卫星通信网络的卫星定位装置还包括：协议坐标系建立模块，用于建立协议坐标系；采用卫星轨道观测方法，对卫星通信网络中的各个通信卫星进行跟踪观测；按照不同的观测精度，将观测结果记录在协议坐标系中，得到与卫星通信网络对应的至少两个精度属性的星历数据。
可选的，上行时长计算模块630还包括：定位权限确定单元，用于确定与定位终端对应的定位权限，并获取与定位权限匹配的精度属性的星历数据。
可选的，本实施例中涉及到的基于卫星通信网络的卫星定位装置满足下述至少一项条件：卫星通信网络的通信信号实现全球覆盖；卫星通信网络的卫星发送信号中，通信波束中心点的信噪比大于-6dB；以及，卫星通信网络的最小时间单元，与卫星定位所需的定位精度相匹配。
本发明实施例所提供的基于卫星通信网络的卫星定位装置可执行本发明任意实施例所提供的基于卫星通信网络的卫星定位方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
实施例四
图6为本发明实施例四提供的一种终端的结构示意图。图6示出了适于用来实现本发明实施方式的示例性终端12的框图。图6显示的终端12仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图6所示，终端12以通用计算设备的形式表现。终端12的组件可以包括但不限于：一个或者多个处理器或者处理单元16，系统存储器28，连接不同系统组件(包括系统存储器28和处理单元16)的总线18。
总线18表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储器总线或者存储器控制器，外围总线，图形加速端口，处理器或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。举例来说，这些体系结构包括但不限于工业标准体系结构(ISA)总线，微通道体系结构(MAC)总线，增强型ISA总线、视频电子标准协会(VESA)局域总线以及外围组件互连(PCI)总线。
终端12典型地包括多种计算机系统可读介质。这些介质可以是任何能够被终端12访问的可用介质，包括易失性和非易失性介质，可移动的和不可移动的介质。
系统存储器28可以包括易失性存储器形式的计算机系统可读介质，例如随机存取存储器(RAM)30和/或高速缓存存储器32。终端12可以进一步包括其它可移动/不可移动的、易失性/非易失性计算机系统存储介质。仅作为举例，存储系统34可以用于读写不可移动的、非易失性磁介质(图6未显示，通常称为“硬盘驱动器”)。尽管图6中未示出，可以提供用于对可移动非易失性磁盘(例如“软盘”)读写的磁盘驱动器，以及对可移动非易失性光盘(例如CD-ROM,DVD-ROM或者其它光介质)读写的光盘驱动器。在这些情况下，每个驱动器可以通过一个或者多个数据介质接口与总线18相连。存储器28可以包括至少一个程序产品，该程序产品具有一组(例如至少一个)程序模块，这些程序模块被配置以执行本发明各实施例的功能。
具有一组(至少一个)程序模块42的程序/实用工具40，可以存储在例如存储器28中，这样的程序模块42包括但不限于操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。程序模块42通常执行本发明所描述的实施例中的功能和/或方法。
终端12也可以与一个或多个外部设备14(例如键盘、指向设备、显示器24等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该终端12交互的设备通信，和/或与使得该终端12能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如网卡，调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口22进行。并且，终端12还可以通过网络适配器20与一个或者多个网络(例如局域网(LAN)，广域网(WAN)和/或公共网络，例如因特网)通信。如图6所示，网络适配器20通过总线18与终端12的其它模块通信。应当明白，尽管图6中未示出，可以结合终端12使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、RAID系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。
处理单元16通过运行存储在系统存储器28中的程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，例如实现本发明实施例所提供的基于卫星通信网络的卫星定位方法，其中，该方法包括：
在检测到定位终端的卫星定位请求时，通过定位终端接收卫星通信网络中的至少四颗通信卫星转发的设定下行参考信号；
获取与各下行参考信号分别对应的信关站标识、通信卫星标识、信号发送时间以及信号接收时间；
根据卫星通信网络的星历数据、信关站位置集合、信关站标识以及通信卫星标识，计算各信关站将下行参考信号发送至对应的通信卫星所需的上行时长；
根据与各下行参考信号对应的信号发送时间、信号接收时间以及上行时长，计算定位终端与各通信卫星之间的通信距离，并根据各通信距离和星历数据，对定位终端进行定位。
实施例五
本发明实施例五还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现本发明实施例中任一实施例所述的基于卫星通信网络的卫星定位方法。
本发明实施例的计算机存储介质，可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括——但不限于无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)域连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种基于卫星通信网络的卫星定位方法，其特征在于，包括：
在检测到定位终端的卫星定位请求时，通过所述定位终端接收卫星通信网络中的至少四颗通信卫星转发的设定下行参考信号；
获取与各所述下行参考信号分别对应的信关站标识、通信卫星标识、信号发送时间以及信号接收时间；
根据所述卫星通信网络的星历数据、信关站位置集合、所述信关站标识以及所述通信卫星标识，计算各信关站将所述下行参考信号发送至对应的通信卫星所需的上行时长；
根据与各所述下行参考信号对应的信号发送时间、信号接收时间以及所述上行时长，计算所述定位终端与各所述通信卫星之间的通信距离，并根据各所述通信距离和所述星历数据，对所述定位终端进行定位。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述卫星通信网络的星历数据、信关站位置集合、所述信关站标识以及所述通信卫星标识，计算信关站将所述下行参考信号发送至对应的通信卫星经历的上行时长，包括：
获取第一通信卫星转发的第一信关站的第一下行参考信号，并获取与所述第一下行参考信号对应的目标信关站标识和目标通信卫星标识；
在信关站位置集合中，获取与所述目标信关站标识对应的定点位置信息；
根据所述目标通信卫星标识以及所述星历数据，获取当前时刻下所述第一通信卫星相对于地球的卫星位置信息；
根据所述定点位置信息以及所述卫星位置信息，计算第一信关站与所述第一通信卫星之间的相对距离；
根据所述相对距离，以及预设的标准速度，计算所述第一信关站将所述第一下行参考信号发送至所述第一通信卫星经历的上行时长。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据与所述下行参考信号对应的信号发送时间、信号接收时间以及所述上行时长，计算所述定位终端与所述通信卫星之间的通信距离，包括：
获取第二通信卫星转发的第二信关站的第二下行参考信号，并获取与所述第二下行参考信号对应的目标信号发送时间、目标信号接收时间以及目标上行时长；
根据所述目标信号接收时间以及所述目标信号发送时间，计算总传输时长，并根据所述总传输时长以及所述目标上行时长，计算第二通信卫星将所述第二下行参考信号发送至所述定位终端经历的下行时长；
根据所述下行时长以及预设的标准速度，计算所述定位终端与所述第二通信卫星之间的通信距离。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述下行参考信号包括公共参考信号。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在检测到定位终端的卫星定位请求时，通过所述定位终端接收卫星通信网络中的至少四颗通信卫星转发的设定下行参考信号之前，还包括：
建立协议坐标系；
采用卫星轨道观测方法，对所述卫星通信网络中的各个通信卫星进行跟踪观测；
按照不同的观测精度，将观测结果记录在所述协议坐标系中，得到与所述卫星通信网络对应的至少两个精度属性的星历数据。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在根据所述卫星通信网络的星历数据、信关站位置集合、所述信关站标识以及所述通信卫星标识，计算各信关站将所述下行参考信号发送至对应的通信卫星所需的上行时长之前，还包括：
确定与所述定位终端对应的定位权限，并获取与所述定位权限匹配的精度属性的星历数据。
7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，所述卫星通信网络满足下述至少一项条件：
所述卫星通信网络的通信信号实现全球覆盖；
所述卫星通信网络的卫星发送信号中，通信波束中心点的信噪比大于-6dB；以及，所述卫星通信网络的最小时间单元，与卫星定位所需的定位精度相匹配。
8.一种基于卫星通信网络的卫星定位装置，其特征在于，包括：
下行参考信号接收模块，用于在检测到定位终端的卫星定位请求时，通过所述定位终端接收卫星通信网络中的至少四颗通信卫星转发的设定下行参考信号；
定位参数获取模块，用于获取与各所述下行参考信号分别对应的信关站标识、通信卫星标识、信号发送时间以及信号接收时间；
上行时长计算模块，用于根据所述卫星通信网络的星历数据、信关站位置集合、所述信关站标识以及所述通信卫星标识，计算各信关站将所述下行参考信号发送至对应的通信卫星所需的上行时长；
定位模块，用于根据与各所述下行参考信号对应的信号发送时间、信号接收时间以及所述上行时长，计算所述定位终端与各所述通信卫星之间的通信距离，并根据各所述通信距离和所述星历数据，对所述定位终端进行定位。
9.一种终端，其特征在于，所述终端包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序，
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-7中任一所述的基于卫星通信网络的卫星定位方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一所述的基于卫星通信网络的卫星定位方法。
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