CN115657089B - 一种低轨卫星导航增强载荷校准方法及系统 - Google Patents

一种低轨卫星导航增强载荷校准方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种低轨卫星导航增强载荷校准方法及系统，包括设置低轨卫星导航增强载荷工作模式并播发第一低轨导航增强信号；低轨导航增强接收设备接收低轨导航增强信号，并解算第一伪距；低轨卫星导航信号模拟器仿真并播发第二低轨导航增强信号，低轨导航增强接收设备接收第二低轨导航增强信号并解算第二伪距；根据第一伪距、第二伪距，和低轨卫星导航信号模拟器的自身零值计算低轨卫星导航增强载荷的通道零值校准值；根据低轨卫星导航增强电文编排算法，将通道零值校准值编排成低轨卫星导航增强电文，并播发，实现低轨卫星导航增强载荷的零值校准。本发明提供的方法可以大幅度提高校准的效率，满足多台、多频点同时校准的需求。

Description

一种低轨卫星导航增强载荷校准方法及系统
技术领域
本发明属于卫星导航技术领域，尤其涉及一种低轨卫星导航增强载荷校准方法及系统。
背景技术
随着无人驾驶等技术的发展，社会生产和生活对精准时空信息的需求达到了前所未有的高度，而GNSS由于信号功率低、易受干扰和遮挡等缺陷无法满足精准时空信息的需求，因此各种GNSS增强系统相继出现，而低轨增强系统因具有地面接收信号强度高、几何图形变化快的优势，能够与中高轨GNSS星座形成互补，对增强GNSS的精度、完好性、连续性和可用性具有显著优势，已成为当前卫星导航增强领域的研究热点。
低轨卫星导航增强系统提供的这些服务离不开高质量的低轨导航增强信号，而低轨卫星导航增强载荷的发射通道零值直接决定着低轨卫星增强信号的质量，进而会影响低轨导航增强系统的定位导航服务能力，因而必须对增强载荷的通道零值进行校准。而现有的对星载接收机发射通道零值的校准通常采用示波器或微波开关法，其中示波器校准方法无法对BOC等新型信号调制方式的零值进行校准；而微波开关法测量发射通道零值的方法技术复杂度高，实时性较差，因此如何高效、准确的对低轨导航增强载荷的通道零值进行校准制约着低轨导航增强系统应用产业化的推进。
发明内容
针对现有校准方法的不足，本发明一方面提供了一种低轨卫星导航增强载荷校准方法，该方法能够实现对低轨导航增强载荷的自动测试与校准，降低测试时间，提高测试效率，同时提供了一种低轨卫星导航增强载荷校准装置。具体采用如下技术方案：
一种低轨卫星导航增强载荷校准方法，包括如下步骤：
步骤S1：设置低轨卫星导航增强载荷工作模式并播发第一低轨导航增强信号；
步骤S2：低轨导航增强接收设备接收所述低轨导航增强信号，并解算第一伪距；
步骤S3：低轨卫星导航信号模拟器仿真并播发第二低轨导航增强信号，所述低轨导航增强接收设备接收第二低轨导航增强信号，并解算第二伪距；
步骤S4：根据所述的第一伪距、第二伪距，和所述低轨卫星导航信号模拟器的自身零值计算所述低轨卫星导航增强载荷的通道零值校准值；
步骤S5：根据低轨卫星导航增强电文编排算法，将所述通道零值校准值编排成低轨卫星导航增强电文，将编排后的低轨卫星导航增强电文进行播发，实现低轨卫星导航增强载荷的零值校准。
进一步地，所述待测低轨卫星增强载荷播发的低轨增强导航信号包括单频点的低轨导航增强信号或多频点合路的低轨导航增强信号。
进一步地，所述低轨导航增强接收设备包括单频点接收设备或多频融合接收设备。
进一步地，所述第二低轨导航增强信号与所述第一低轨导航增强信号的星历参数、仿真位置和仿真时间相同。
进一步地，所述低轨卫星导航增强载荷为N台时，N台所述低轨卫星导航增强载荷分别与所述低轨导航增强接收设备的N个通道相连，N≥2。
本发明还提供一种低轨卫星导航增强载荷校准系统，包括与上位机相互连接的低轨卫星导航增强载荷、低轨导航信号模拟器和低轨导航增强接收设备；
时频信号产生器与所述低轨卫星导航增强载荷、低轨导航信号模拟器和低轨导航增强接收设备分别连接，并提供同源时频基准；
所述上位机控制低轨卫星导航增强载荷播发第一低轨导航增强信号，控制所述低轨导航信号模拟器模拟仿真第二低轨导航增强信号；
所述低轨导航增强接收设备根据接收所述第一低轨导航增强信号、第二低轨导航增强信号分别解算伪距，并将解算结果发送给所述上位机；
所述上位机根据所述解算结果计算所述低轨卫星导航增强载荷的通道零值校准值，并校准。
进一步地，所述低轨导航增强接收设备为N通道接收设备，所述低轨卫星导航增强载荷为N台，其中N≥2。
附图说明
图1为本发明实施例之低轨卫星导航增强载荷校准方法流程图；
图2为本发明实施例之低轨卫星导航增强载荷校准方法原理示意图；
图3为本发明实施例之低轨卫星导航增强载荷校准系统示意图；
图4为本发明实施例之低轨卫星导航增强载荷校准系统示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，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方式，都应当属于本申请保护的范围。
以下将结合说明书附图和具体实施方式对本申请做进一步详细说明，本发明提供的一种低轨卫星导航增强载荷校准方法，图1为该实施例的方法流程示意图：
一种低轨卫星导航增强载荷校准方法，包括如下步骤：
步骤S1：设置低轨卫星导航增强载荷工作模式并播发第一低轨导航增强信号；
具体在步骤S1中，第一低轨导航增强信号可以是单一频点的射频导航信号，也可以是多频点合路后的射频导航信号。
步骤S2：低轨导航增强接收设备接收所述低轨导航增强信号，并解算第一伪距；
具体在步骤S2中，低轨导航增强接收设备可以是单频接收设备，也可以是多频融合接收设备。
步骤S3：低轨卫星导航信号模拟器仿真并播发第二低轨导航增强信号，所述低轨导航增强接收设备接收第二低轨导航增强信号并解算第二伪距；本实施例中，第二低轨导航增强信号与第一低轨导航增强信号同样；
具体在步骤S3中，低轨卫星导航信号模拟器在模拟仿真低轨导航增强信号时，需要采用与低轨卫星导航增强载荷相同的星历参数，且仿真同一时刻的低轨卫星的位置进行播发；
步骤S4：根据步骤S2与S3解算的第一伪距、第二伪距，和所述低轨卫星导航信号模拟器的自身零值计算所述低轨卫星导航增强载荷的通道零值校准值；
具体在步骤S4中，步骤S2中解算的低轨卫星导航增强载荷的第一伪距值记为
Figure 17158DEST_PATH_IMAGE001
，其中/>
Figure 916981DEST_PATH_IMAGE002
为采样时刻，/>
Figure 919310DEST_PATH_IMAGE003
,/>
Figure 220978DEST_PATH_IMAGE004
为采样总数据量，其分量如下：
Figure 581553DEST_PATH_IMAGE005
其中
Figure 968672DEST_PATH_IMAGE006
为低轨增强载荷的发射通道零值，/>
Figure 338473DEST_PATH_IMAGE007
为低轨增强载荷仿真的卫星位置距离低轨信号增强设备的真实距离，/>
Figure 166752DEST_PATH_IMAGE008
为射频线缆/>
Figure 963807DEST_PATH_IMAGE009
引入的延时，/>
Figure 572642DEST_PATH_IMAGE010
为低轨增强信号接收设备引入的延时。
步骤S3中解算的低轨导航信号模拟器仿真的低轨导航信号的第二伪距值记为
Figure 746135DEST_PATH_IMAGE011
，其中/>
Figure 756816DEST_PATH_IMAGE012
为采样时刻，/>
Figure 662455DEST_PATH_IMAGE013
,/>
Figure 758587DEST_PATH_IMAGE014
为采样总数据量，其分量如下：
Figure 470191DEST_PATH_IMAGE015
其中
Figure 335379DEST_PATH_IMAGE016
为模拟器自身的通道零值，/>
Figure 474236DEST_PATH_IMAGE017
为低轨导航信号模拟器仿真的卫星位置距离低轨信号增强设备的真实距离，/>
Figure 57664DEST_PATH_IMAGE018
为射频线缆/>
Figure 307380DEST_PATH_IMAGE019
引入的延时，/>
Figure 230337DEST_PATH_IMAGE020
为低轨增强信号接收设备引入的延时。
当低轨增强载荷和低轨导航信号模拟器仿真的信号相同时，在相同的时刻
Figure 540095DEST_PATH_IMAGE021
；
当两次测量使用同一根射频线缆或者使用相等延时的射频线缆时，
Figure 610820DEST_PATH_IMAGE022
，在进行低轨导航增强载荷零值计算时首先将/>
Figure 664226DEST_PATH_IMAGE001
与/>
Figure 504006DEST_PATH_IMAGE011
的采样时刻进行对齐，然后对所有同样采样时间的伪距作差取其均值记为
Figure 984666DEST_PATH_IMAGE023
，/>
Figure 713326DEST_PATH_IMAGE024
；/>
Figure 570423DEST_PATH_IMAGE025
其中
Figure 264710DEST_PATH_IMAGE026
为两次采样中同样采样时刻的数量。
则低轨卫星导航增强载荷单一频点的通道零值为
Figure 916271DEST_PATH_IMAGE027
。
在另一实施例中，当两次测量使用的线缆不同从而时延不同时，则低轨卫星导航增强载荷单一频点的通道零值为：
Figure 961587DEST_PATH_IMAGE028
。
步骤S5：将低轨卫星导航增强载荷的通道零值校准值根据低轨导航电文编排算法编排成低轨导航电文进行播发，实现低轨卫星导航增强载荷的零值校准。具体地，低轨卫星导航增强载荷零值校准值电文编排算法：现有导航电文中针对时间校准的参数有钟差参数和群延迟参数，以BDS系统中B1C电文为例，钟差参数为
Figure 356797DEST_PATH_IMAGE029
、/>
Figure 843273DEST_PATH_IMAGE030
、/>
Figure 931314DEST_PATH_IMAGE031
，群延迟参数为/>
Figure 198348DEST_PATH_IMAGE032
、
Figure 397248DEST_PATH_IMAGE033
、/>
Figure 800547DEST_PATH_IMAGE034
，因此针对低轨卫星导航增强载荷的零值校准可以在钟差参数和群延迟参数的基础上，增加低轨导航增强载荷的校准参数/>
Figure 59490DEST_PATH_IMAGE006
。该校准参数/>
Figure 751503DEST_PATH_IMAGE006
可以是单一频点的零值，针对多频载荷的零值校准值，该校准参数可以是与基准频点的零值差值。通过低轨卫星导航增强载荷校准的低轨导航电文编排，修正低轨卫星导航增强载荷的通道零值，在实际应用中，低轨卫星导航增强终端在接收到低轨卫星导航增强信号进行定位解算时，其定位精度进一步得到提高。对军事、民生等领域有着重大的意义。
具体在步骤S5中，在低轨导航电文中可以设定低轨导航增强载荷的零值修正参数用于实现对低轨增强载荷的校准值进行播发，针对多频低轨增强载荷，可以以某一频率的零值为基准值，在电文中播发相对基准频率的零值差即可。
在本实施例中，与上述测试方法一致，其中低轨卫星导航增强载荷为N台时，N台所述低轨卫星导航增强载荷分别与所述低轨导航增强接收设备的N个通道相连，N≥2。可以实现多个低轨卫星导航增强载荷同时测试，大大提高测试效率。其中低轨卫星导航增强载荷与低轨导航增强接收设备可以是射频连接也可以无线连接。
本发明还提出了一种低轨卫星导航增强载荷校准系统，包括与上位机相互连接的低轨卫星导航增强载荷、低轨导航信号模拟器和低轨导航增强接收设备；时频信号产生器与所述低轨卫星导航增强载荷、低轨导航信号模拟器和低轨导航增强接收设备分别连接，并提供同源时频基准；所述上位机控制低轨卫星导航增强载荷播发第一低轨导航增强信号，控制所述低轨导航信号模拟器模拟仿真第二低轨导航增强信号；所述低轨导航增强接收设备根据接收所述第一低轨导航增强信号、第二低轨导航增强信号分别解算伪距，并将解算结果发送给所述上位机；所述上位机根据所述解算结果计算所述低轨卫星导航增强载荷的通道零值校准值，并校准。
具体地，时频信号产生器为低轨导航增强载荷、低轨导航信号模拟器和低轨导航增强接收设备提供1PPS和10MHz时频信号，使之工作在同源条件下；
低轨导航信号模拟器在上位机的控制下模拟仿真低轨导航增强信号，并输送给低轨导航增强接收设备进行解算伪距；上位机主要包含测试控制与评估软件；
低轨导航增强接收用于接收低轨导航增强载荷和低轨信号模拟器播发的低轨导航增强信号并进行解算伪距，并将解算结果发送给测试控制与评估软件；
测试控制与评估软件用于控制低轨导航信号模拟器、低轨导航增强接收设备和低轨导航增强载荷，并根据低轨导航增强接收机解算的伪距计算低轨增强载荷的通道零值；
低轨导航增强载荷在本实施例中是被测设备，用于在上位机中的测试控制与评估软件的控制下产生被测的低轨导航增强信号。测试控制与评估软件控制接收设备的工作模式，包含接收频点、哪个通道进行接收。
在另一实施例中，低轨导航增强载荷校准装置可以实现对多台低轨增强载荷的同时校准，具体如图4所示，在本实施例中，低轨导航信号模拟器可以同时仿真多个用户的位置，这些用户的位置与低轨卫星导航增强载荷仿真的位置一一对应，且仿真时刻相同。低轨卫星导航增强载荷为N台，N台低轨卫星导航增强载荷分别与低轨导航增强接收设备的N个通道相连，N≥2，不限于示意图显示，低轨卫星导航增强载荷1连接低轨导航增强接收设备的通道1，低轨卫星导航增强载荷2连接低轨导航增强接收设备的通道2……低轨卫星导航增强载荷N连接低轨导航增强接收设备的通道N，此举例仅为了说明，各低轨卫星导航增强载荷分别会对应低轨导航增强接收设备的独立通道，通过上位机的测试控制与评估软件，设置低轨导航增强接收设备分别接收对应的低轨导航增强信号，然后根据上述的数据处理步骤即可，满足多台低轨卫星导航增强载荷同时校准的需求，提高测试效率。其中低轨卫星导航增强载荷与低轨导航增强接收设备可以是射频连接也可以无线连接。
本申请提供的方法和系统，相较于现有技术，自动化程度高，同时测试效率大幅提高，有助于低轨导航增强系统的产业化推广及应用。
虽然本申请已以较佳实施方式揭示如上，然而并非用以限定本申请。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本申请技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本申请技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施方式。因此，凡是未脱离本申请技术方案的内容，依据本申请技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本申请技术方案保护的范围内。

Claims (7)

1.一种低轨卫星导航增强载荷校准方法，其特征在于，包括步骤：
步骤S1：设置低轨卫星导航增强载荷工作模式并播发第一低轨导航增强信号；
步骤S2：低轨导航增强接收设备接收所述低轨导航增强信号，并解算第一伪距；
步骤S3：低轨卫星导航信号模拟器仿真并播发第二低轨导航增强信号，所述低轨导航增强接收设备接收第二低轨导航增强信号并解算第二伪距；
步骤S4：根据所述的第一伪距、第二伪距，和所述低轨卫星导航信号模拟器的自身零值计算所述低轨卫星导航增强载荷的通道零值校准值；
步骤S5：根据低轨卫星导航增强电文编排算法，将所述通道零值校准值编排成低轨卫星导航增强电文，将编排后的低轨卫星导航增强电文进行播发，实现低轨卫星导航增强载荷的零值校准。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述低轨卫星增强载荷播发的低轨增强导航信号包括单频点的低轨导航增强信号或多频点合路的低轨导航增强信号。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述低轨导航增强接收设备包括单频点接收设备或多频融合接收设备。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二低轨导航增强信号与所述第一低轨导航增强信号的星历参数、仿真位置和仿真时间相同。
5.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载荷为N台时，N台所述低轨卫星导航增强载荷分别与所述低轨导航增强接收设备的N个通道相连，N≥2。
6.一种实现权利要求1-5任意一项所述的低轨卫星导航增强载荷校准方法的校准系统，其特征在于，包括与上位机相互连接的低轨卫星导航增强载荷、低轨导航信号模拟器和低轨导航增强接收设备；
时频信号产生器与所述低轨卫星导航增强载荷、低轨导航信号模拟器和低轨导航增强接收设备分别连接，并提供同源时频基准；
所述上位机控制低轨卫星导航增强载荷播发第一低轨导航增强信号，控制所述低轨导航信号模拟器模拟仿真第二低轨导航增强信号；
所述低轨导航增强接收设备根据接收所述第一低轨导航增强信号、第二低轨导航增强信号分别解算伪距，并将解算结果发送给所述上位机；
所述上位机根据所述解算结果计算所述低轨卫星导航增强载荷的通道零值校准值，并校准。
7.根据权利要求6所述的校准系统，其特征在于，所述低轨导航增强接收设备为N通道接收设备，所述低轨卫星导航增强载荷为N台，其中N≥2。
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