CN111208536A - 一种卫星导航辅助定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种卫星导航信号辅助定位的方法，首先确定卫星信号无法正常定位场景或需要辅助定位的真实经纬度坐标，读取RINEX卫星数据文件，判断所在经纬度坐标的可见星，并根据这些可见星生成PRN码，根据可见星位置和经纬度计算码相位和载波相位，对PRN码的码相位进行调整并生成导航电文，并对可见星通信信道进行分配，结合载波相位调制生成卫星导航基带信号IQ数据文件。发射机读取IQ数据后将导航电文上变频到中心频率后进行发射，导航信号接收机接收发射机接收卫星导航定位辅助信号，实现导航信号接收机的导航定位；本发明产生的卫星导航定位辅助信号与导航信号的真实信号格式一致，产生的卫星导航定位辅助信号可以将导航信号接收机定位到所在真实位置，不易被接收机本身防干扰所剔除，辅助定位成功率高。

Description

一种卫星导航辅助定位方法
技术领域
本发明涉及卫星导航领域，具体涉及一种卫星导航辅助定位方法。
背景技术
GPS、北斗、GALILEO、GLONASS导航定位系统是全世界当前最广泛应用的卫星导航系统，导航定位系统具有全方位、全天候、全时段、高精度等特点，在军民用领域具有非常广泛的应用。现在卫星导航定位应用已经和人民的生活密布相关，各类地图APP成为了人们出行必不可少的导航工具。但受限于卫星导航定位本身发射功率，对于一些非空旷地带例如某些房屋内或者地下等场景，卫星导航信号微弱甚至没有，卫星导航信号接收机无法正常接收卫星导航信号从而计算出当前所在经纬度。
对上述需要定位的场景，现存导航辅助定位系统包括转发式辅助定位和信号增强辅助定位。转发式辅助定位，即预先在当前地点接收来自卫星的导航信号，在信号中加入时延之后，再将信号放大后向目标区域进行发射，这样目标区域导航信号接收机接收到当前地点预先存储的导航信号，进行辅助定位。但是由于预先接收存储当前位置的卫星导航信号的信号微弱且距离测量可能会发生一定偏差，造成导航定位发生错误，这种辅助定位方法成功率比较低。信号增强辅助定位需要高增益天线和高增益放大器对卫星导航信号进行增强，但受限于这种措施可能需要较长线缆以及某些场景如地下无法实施，也存在一定是操作难度。
发明内容
针对卫星导航信号微弱或没有的区域，卫星导航信号接收机无法正常接收卫星导航信号的问题，本发明提供一种卫星导航辅助定位方法，涵盖GPS、GALILEO、GLONASS、北斗四种导航信号，当接收机接收到卫星导航定位辅助信号后，卫星导航信号接收机可以通过解算卫星定位辅助信号定位到当前位置。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种卫星导航辅助定位方法，包括以下步骤：
步骤1、选取所要辅助定位位置的经纬度；
步骤2、根据RINEX卫星数据文件，并结合步骤1选取的经纬度计算该经纬度的可见卫星，并根据可见卫星的编号生成可见卫星的PRN码；
步骤3、计算可见卫星和选取的经纬度之间的距离和光时间，并根据距离和光时间计算码相位和载波相位参数；
步骤4、利用步骤3得到的码相位对PRN码相位调整，同时根据RINEX卫星导航数据文件生成导航电文各子帧，并对每个可见卫星分配通信信道；
根据调整后的PRN码相位和导航电文各子帧，并结合载波相位参数调制生成卫星导航基带信号；
步骤5、读取基带信号数据文件，并上变频至中心频率后形成卫星导航定位辅助信号进行发射；
步骤6、导航信号接收机接收卫星导航定位辅助信号，导航信号接收机的经纬度变化至选定的经纬度。
优选的，步骤1中所述辅助定位位置的面积大于预定的面积时，将辅助定位位置的面积分为若干个区域，每个区域的面积小于预定的面积，将任一区域的经纬度作为选定经纬度。
3.根据权利要求1所述一种卫星导航辅助定位方法，其特征在于，步骤4中所述卫星导航基带信号的信号格式为GPS、GALILEO、GLONASS或北斗导航的信号格式。
4.根据权利要求1所述一种卫星导航辅助定位方法，其特征在于，步骤5中发射机读取基带数据文件，将数字信号与中频载波混频，而后将中频信号上变频到中心频率进行放大发射。
优选的，GPS、GALILEO和GLONASS导航系统的频段为L1频段；北斗导航系统的频段为B1频段。
优选的，步骤5中所述中心频率为1575.42MHz或1602.5625MHz。
优选的，所述GPS、GALILEO和北斗导航系统的中心频率为1575.42MHz；GLONASS的中心频率为1602.5625MHz。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明公开了一种卫星导航信号辅助定位的方法，适用于卫星导航信号微弱或者完全不能接收到卫星导航信号以致不能定位的场景，该方法产生的卫星导航定位辅助信号与导航信号的真实信号格式一致，产生的卫星导航定位辅助信号可以将导航信号接收机定位到所在真实位置，不易被接收机本身防干扰所剔除，辅助定位成功率高。卫星导航定位辅助信号不必像转发式辅助定位信号那样发预先接收存储当前位置的卫星导航信号的信号微弱且距离测量可能会发生一定偏差，造成导航定位发生错误且成功率比较低。本方法同传统导航信号转发或者信号增强方法相比，定位精度高、误差小，发射功率小且能长时间独立运行不受地点环境限制。
进一步，所述卫星导航定位辅助信号的格式与GPS、GALILEO、GLONASS、北斗导航信号的真实信号格式一致，适用于现有的所有导航系统。
附图说明
图1为本发明一种卫星导航辅助定位方法原理框图；
图2为本发明的卫星导航辅助定位地下场景示意图；
图3为本发明的卫星导航辅助定位部分被遮挡场景示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明提供了一种卫星导航辅助定位方法，涵盖GPS、GALILEO、GLONASS、北斗四种导航信号。导航信号具体涉及GPS L1频段、北斗导航B1频段、GALILEO L1频段和GLONASS L1频段，前三种信号的中心频率为1575.42MHz，GLONASS L1频段的中心频率为1602.5625MHz。
参阅图2和3，本方法目的是在某些卫星导航信号微弱或没有的特殊场景以及其余需要辅助信号的场景，例如一些非空旷地带的某些房屋内或者地下等，产生当前位置的经纬度伪卫星导航信号，当接收机接收到卫星导航定位辅助信号后，卫星导航信号接收机可以通过解算卫星定位辅助信号定位到当前位置。
如图1所示，根据选定的经纬度坐标，读取RINEX卫星数据文件，计算可见星确定卫星的可见性、计算传输时间，计算码相位、载波相位参数，生成PRN码并对相位进行调整，生成导航信号的导航电文，完成通道信息的分配。至此，数据生成部分全部实现，并能产生基带数据供发射机上变频至射频信号放大发射，本方法以GPS L1频段信号为例进行实施。
一种卫星导航辅助定位方法所搭建的系统硬件包括：一台电脑，一个定向天线，一个增益可调功率放大器，一台接收GPS导航信号并可显示经纬度坐标的导航信号接收机。
请参阅图1，本发明公开了一种卫星导航辅助定位方法，具体步骤如下：
步骤一：首先在地图上确定所要辅助定位场景或物体所在位置的经纬度，对于面积较大的需求辅助定位场景，可将场景进行分块并取不同分块位置的经纬度，每个区域的面积小于预定的面积，预定面积小于5m2，经纬度坐标可以为地图上任意位置。
步骤二：读取预存储的RINEX卫星数据文件，根据时间判断卫星的运动状态，根据选定的经纬度坐标判断卫星的可见性，记录可见卫星的编号，并将可见卫星的编号按照GPS信号中的C/A码结构生成可见卫星的PRN码。
步骤三：计算可见星和选定位置之间的距离和光时间，并根据距离和光时间计算码相位和载波相位参数。
步骤四：利用码相位对PRN码的相位进行调整，同时根据RINEX卫星导航数据文件生成的导航电文各子帧，将GPS卫星的导航电文数据分配到以1575.42MHz为中心频点的GPS导航信号通信信道中，结合载波相位参数调制生成GPS卫星导航基带信号。
步骤五：将GPS卫星导航基带信号生成基带数据文件发送给软件无线电发射机读取，软件无线电发射机读取电脑提供的基带数据文件，软件无线电发射机将导航电文上变频到中心频率为1575.42MHz射频信号后，经可调增益功率放大器放大后进行发射。
例如，GALILEO和北斗导航的中心频率为1575.42MHz；GLONASS的中心频率为1602.5625MHz。
GPS、GALILEO和GLONASS导航系统的频段为L1频段；北斗导航系统的频段为B1频段。
步骤六：打开导航信号接收机接收发射机产生的卫星导航辅助定位GPS信号，观察接收机定位经纬度的变化，可以观察到导航信号接收机定位的经纬度变化到选定经纬度或附近，即当前场景位置经纬度。
上述动态导航信号欺骗干扰方法的具体原理如图1所示，由于本方法所发射的卫星导航辅助定位GPS信号与真实GPS导航信号体制与GPS信号完全一致，卫星导航辅助定位GPS信号可以辅助某些场景或者物体确定当前所在位置经纬度，避免迷失方向。GLONASS L1频段、GALILEO L1频段、北斗B1频段三种导航信号和GPS导航L1频段信号结构类似，可通过以上方法同样进行辅助定位。卫星导航辅助定位信号可以用于某些无法定位的场景，通过产生伪卫星导航信号进行辅助定位，对于某些复杂无法定位场景降低了危险性。
本发明公开了一种卫星导航信号辅助定位的方法，适用于卫星导航信号微弱或者完全不能接收到卫星导航信号以致不能定位的场景，首先通过一定方式(雷达、卫星定位机等)确定某位置的经纬度，发射机产生当前经纬度伪卫星信号，当卫星导航信号接收机接收到生成的欺骗导航干扰信号后，接收机定位的经纬度随选定的经纬度坐标位置信息变化。本方法首先确定卫星信号无法正常定位或需要辅助定位场景的的真实经纬度坐标，读取RINEX卫星数据文件，判断所在经纬度坐标的可见星，并根据这些可见星生成PRN码，根据可见星位置和经纬度计算码相位和载波相位，对PRN码码相位进行调整并生成导航电文，并对可见星通信信道进行分配，结合载波相位调制生成卫星导航基带信号IQ数据文件，将生成的IQ数据供发射机读取。发射机读取IQ数据后将导航电文上变频到中心频率为1575.42MHz或1602.5625MHz的射频信号经可调增益功率放大器放大后进行发射。本方法同传统导航信号转发或者信号增强方法相比，定位精度高、误差小，发射功率小且能长时间独立运行不受地点环境限制。所产生的伪卫星导航信号经纬度坐标可以为地图上任意位置，不易被接收机本身防干扰所剔除，辅助定位成功率高。
与转发式辅助定位和信号增强辅助定位技术相比，本发明产生的卫星导航定位辅助信号与GPS、GALILEO、GLONASS、北斗导航信号的真实信号格式一致，产生的卫星导航定位辅助信号可以将工作在L1、B1频段的GPS、GALILEO、GLONASS、北斗导航信号接收机定位到所在真实位置，辅助定位场景经纬度坐标可以为地图上任意位置。本发明涉及的卫星导航定位辅助信号不必像转发式辅助定位信号那样发预先接收存储当前位置的卫星导航信号，该转发的导航信号的信号微弱且距离测量可能会发生一定偏差，造成导航定位发生错误且成功率比较低。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种卫星导航辅助定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、选取所要辅助定位位置的经纬度；
步骤2、根据RINEX卫星数据文件，并结合步骤1选取的经纬度计算该经纬度的可见卫星，并根据可见卫星的编号生成可见卫星的PRN码；
步骤3、计算可见卫星和选取的经纬度之间的距离和光时间，并根据距离和光时间计算码相位和载波相位参数；
步骤4、利用步骤3得到的码相位对PRN码相位调整，同时根据RINEX卫星导航数据文件生成导航电文各子帧，并对每个可见卫星分配通信信道；
根据调整后的PRN码相位和导航电文各子帧，并结合载波相位参数调制生成卫星导航基带信号；
步骤5、读取基带信号数据文件，并上变频至中心频率后形成卫星导航定位辅助信号进行发射；
步骤6、导航信号接收机接收卫星导航定位辅助信号，导航信号接收机的经纬度变化至选定的经纬度。
2.根据权利要求1所述一种卫星导航辅助定位方法，其特征在于，步骤1中所述辅助定位位置的面积大于预定的面积时，将辅助定位位置的面积分为若干个区域，每个区域的面积小于预定的面积，将任一区域的经纬度作为选定经纬度。
3.根据权利要求1所述一种卫星导航辅助定位方法，其特征在于，步骤4中所述卫星导航基带信号的信号格式为GPS、GALILEO、GLONASS或北斗导航的信号格式。
4.根据权利要求1所述一种卫星导航辅助定位方法，其特征在于，步骤5中发射机读取基带数据文件，将数字信号与中频载波混频，而后将中频信号上变频到中心频率进行放大发射。
5.根据权利要求3所述一种卫星导航辅助定位方法，其特征在于，GPS、GALILEO和GLONASS导航系统的频段为L1频段；北斗导航系统的频段为B1频段。
6.根据权利要求3所述一种卫星导航辅助定位方法，其特征在于，步骤5中所述中心频率为1575.42MHz或1602.5625MHz。
7.根据权利要求6所述一种卫星导航辅助定位方法，其特征在于，所述GPS、GALILEO和北斗导航系统的中心频率为1575.42MHz；GLONASS的中心频率为1602.5625MHz。
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