CN113466902A - 一种低轨导航增强系统的体系架构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低轨导航增强系统的体系架构，包括低轨卫星星座、地面运控系统和用户端，所述地面运控系统包括主控站和监测站，低轨卫星星载GNSS接收机接收GNSS导航信号并将观测数据调制到低轨导航信号中，所述监测站接收低轨导航信号获得地面对低轨卫星的观测量同时解调导航电文来获得星载GNSS观测量，所述主控站使用星载和地面观测量估计低轨卫星的轨道和星钟并按照特定格式将精密星历编排成电文后上传至互联网，用户端通过移动通信网络获得精密星历，最终完成高精度定位。本发明所提体系架构无需在低轨卫星与地面运控系统之间建立星地通信链路，极大简化了卫星载荷的实现复杂度，降低了地面运控系统的建设成本。

Description

一种低轨导航增强系统的体系架构
技术领域
本发明涉及卫星导航技术领域，更具体地说，特别涉及一种低轨导航增强系统的体系架构。
背景技术
低轨导航增强系统的传统体系架构由如下五个部分所组成：1、低轨卫星：接收GNSS导航信号，并通过星地下行通信链路将观测数据传输给地面监测站；同时接收地面注入站上传的电文数据，将电文调制到低轨导航信号后播发至地面；分布在多个轨道面的多颗低轨卫星组成低轨导航星座，实现对全球或特定区域的多重覆盖；2、监测站：接收GNSS导航卫星和低轨导航信号，并将观测数据传输给主控站；全球或区域分布的多个监测站组成地面监测网，实现对GNSS/低轨卫星全弧段或部分弧段的连续覆盖；3、主控站：根据各类观测信息，计算低轨卫星的精密轨道和精密钟差，编排成特定电文格式后，发送给注入站；4、注入站：通过星地上行通信链路将电文发送给低轨卫星；5、用户端：接收低轨卫星的下行导航信号，结合解调出的精密星历完成精密单点定位。
低轨导航增强系统的传统体系架构中的相关链路如图1所示，低轨卫星轨道和星钟的稳定性远低于GNSS卫星，为了控制星历的轨道误差和星钟误差，需要频繁地更新星历数据。尤其对于精密单点定位应用，几乎需要连续实时更新精密星历数据，才能满足用户对轨道和星钟精度的要求。但是由于低轨星座卫星数量多，运动速度快，可见弧段短，为了建立并维持连续稳定的星地通信链路，需要高昂的系统建设成本和占用大量的星地通信资源，直接制约了低轨导航增强系统的建设与推广。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低轨导航增强系统的体系架构，以克服现有技术所存在的缺陷。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种低轨导航增强系统的体系架构，包括低轨卫星星座和地面运控系统，所述地面运控系统包括低轨卫星星座、地面运控系统和用户端，所述地面运控系统包括主控站和监测站，低轨卫星星载GNSS接收机接收GNSS导航信号并将观测数据调制到低轨导航信号中，所述监测站接收低轨导航信号获得地面对低轨卫星的观测量同时解调导航电文来获得星载GNSS观测量，所述主控站使用星载和地面观测量估计低轨卫星的轨道和星钟，并按照特定格式将精密星历编排成电文后上传至互联网，所述用户端通过移动通信网络获得精密星历，最终完成高精度定位。
进一步地，所述低轨卫星载荷用于完成GNSS导航信号接收和低轨导航信号播发。
进一步地，所述观测数据包括伪距、载波相位和多普勒数据。
进一步地，所述星载GNSS接收机在接收卫星信号的过程中输出反映GNSS卫星距离和速度的所述观测数据。
进一步地，所述监测站在接收低轨导航信号过程中输出反映低轨卫星距离和速度的伪距、载波相位和多普勒数据。
进一步地，所述特定格式为按照约定的格式。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明所提体系架构无需在低轨卫星与地面运控系统之间建立星地通信链路，极大简化了卫星载荷的实现复杂度，降低了地面运控系统的建设成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是低轨导航增强系统的传统体系架构图。
图2是本发明低轨导航增强系统的体系架构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
相比于GNSS系统，低轨导航增强系统具有如下两个特点：一是低轨卫星导航信号使用了高电文速率的调制方式，可直接通过下行导航信号广播星载GNSS观测数据，而无需通过额外的星地下行通信链路传输至地面运控系统；二是在低轨导航增强系统的典型使用场景中，地面用户可以方便地通过移动通信链路获取低轨卫星的精密星历数据，而无需从低轨卫星的下行导航信号中解调出精密星历。
基于上述特点，参阅图2所示，本实施例公开了一种低轨导航增强系统的体系架构，包括低轨卫星星座、地面运控系统和用户端，所述地面运控系统包括主控站和监测站，其中，低轨卫星（低轨卫星星座是所有低轨卫星的统称）的星载GNSS接收机接收GNSS导航信号，并将观测数据调制到低轨导航信号中，所述监测站接收低轨导航信号获得地面对低轨卫星的观测量，同时解调导航电文来获得星载GNSS观测量，所述主控站使用星载和地面观测量估计低轨卫星的轨道和星钟，并按照特定格式将精密星历编排成电文后上传至互联网，该特定格式只要按照约定的格式即可，可以直接参考现有的高精度星历的格式，用户端接收低轨导航信号并通过移动通信网络获得精密星历，最终完成高精度定位。
本实施例中，所述的低轨卫星载荷用于完成GNSS导航信号接收和低轨导航信号播发。
本实施例中，所述的观测数据包括伪距、载波相位和多普勒等数据。
本实施例中，所述的星载GNSS接收机在接收卫星信号的过程中输出反映GNSS卫星距离和速度的观测数据，即：伪距、载波相位和多普勒等数据。
本实施例中，所述的监测站在接收低轨导航信号过程中输出反映低轨卫星距离和速度的伪距、载波相位和多普勒等数据。
本发明的低轨卫星载荷使用高电文速率的下行导航信号播发星载GNSS观测数据，主控站完成定轨处理后直接通过移动通信链路将精密星历数据播发给地面用户。在这种体系架构中，低轨卫星与地面运控系统之间无需建立星地通信链路，极大简化了卫星载荷的实现难度，降低了运控系统的建设成本。
虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是专利所有者可以在所附权利要求的范围之内做出各种变形或修改，只要不超过本发明的权利要求所描述的保护范围，都应当在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种低轨导航增强系统的体系架构，包括低轨卫星星座、地面运控系统和用户端，所述地面运控系统包括主控站和监测站，其特征在于，低轨卫星的星载GNSS接收机接收GNSS导航信号并将观测数据调制到低轨导航信号中，所述监测站接收低轨导航信号获得地面对低轨卫星的观测量同时解调导航电文来获得星载GNSS观测量，所述主控站使用星载和地面观测量估计低轨卫星的轨道和星钟并按照特定格式将精密星历编排成电文后上传至互联网，所述用户端接收低轨导航信号并通过移动通信网络获得精密星历。
2.根据权利要求1所述的低轨导航增强系统的体系架构，其特征在于，所述低轨卫星载荷用于完成GNSS导航信号接收和低轨导航信号播发。
3.根据权利要求1所述的低轨导航增强系统的体系架构，其特征在于，所述观测数据包括伪距、载波相位和多普勒数据。
4.根据权利要求2所述的低轨导航增强系统的体系架构，其特征在于，所述星载GNSS接收机在接收卫星信号的过程中输出反映GNSS卫星距离和速度的所述观测数据。
5.根据权利要求1所述的低轨导航增强系统的体系架构，其特征在于，所述监测站在接收低轨导航信号过程中输出反映低轨卫星距离和速度的伪距、载波相位和多普勒数据。
6.根据权利要求1所述的低轨导航增强系统的体系架构，其特征在于，所述特定格式为按照约定的格式。
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