CN116148905A - 卫星导航信号系统 - Google Patents

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陈思仪
韩志芳
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Abstract

发明涉及一种卫星导航信号系统，包括卫星第一网络，包括发射卫星导航信号的全球定位卫星，和和卫星第二网络，包括移动通信卫星星座，包括用于在第二网络内进行通信的光链路；使用由卫星第一网络发射的导航信号来确定至少一个移动通信卫星在卫星第二网络内的位置；使用光链路的时延测量来确定移动通信卫星在第二网络内的相对位置网络；和从选定的移动通信卫星向选定的地面地理区域提供地面位置信号，而在选定的地理区域单元之外没有可用的地面位置信号。系统支持LEO和/或MEO通信系统的用户的无线电位置确定，可精确地确定用户位置，为用户提供到精确的导航信号，用户对接收到的导航信号进行延迟自相关，提高了解调效率，节省了解调时间。

Description

卫星导航信号系统
技术领域
本申请涉及卫星导航信号技术领域，特别是关于一种卫星导航信号系统。
背景技术
目前研究的卫星导航信号使用两种类型的轨道，即地球静止卫星轨道和强倾斜椭圆轨道，这两种轨道的特性是它们可以平均位于空间区域上的强粒子的浓度，称为范艾伦带。最近考虑了较低的轨道，其高度在800公里到2000公里之间。现有的卫星导航信号系统，例如GPS、GLONASS或GNSS，已经通过在极地路径或地球静止路径上绕地球运行的几颗卫星的特殊星座实现或规划。
已知的是，导航信号可以通过二进制偏移编码(BOC)方法进行调制，例如在JWBetz：“GPSM码信号的码跟踪的设计和性能”中所讨论的。本发明的一个目的是提供一种用于处理从卫星导航系统接收的导航信号的改进方法，该导航信号是通过使用复合BOC信号调制导航代码而生成的。通过根据本发明的处理方法和设备来实现这个和其他目的和优点。一方面，本发明包括处理从卫星导航系统接收的信号的方法。在不限制本发明的情况下，以下描述的特殊示例通常基于四个导航代码，其可以针对不同的应用程序或用户组来提供或可访问。例如，这些代码可能是不同的民用和军用导航代码；或者可以提供不同精度的代码，其可以由不同的用户组或终端根据访问授权来处理。根据本发明，导航码由具有定义的副载波频率的复合BOC信号调制。基本上，可以选择合适的导航代码的BOC调制，使得得到的信号具有恒定的幅度。然后用载波信号调制后者的信号以产生具有恒定幅度包络的导航信号。载波信号例如为1GHz以上(例如1.0-2.0GHz)。导航代码可以具有几MHz或几十MHz的频率(例如5-20MHz之间)。副载波频率可以在几兆赫或几十兆赫(例如在5-50MHz之间)的数量级上。
本申请的目的旨在为解决上述背景技术中的至少一种或其他相关技术问题。
发明内容
旨在为解决上述背景技术中提及的至少一种或其他相关技术问题，提供一种卫星导航信号系统，系统支持LEO和/或MEO通信系统的用户的无线电位置确定，可精确地确定用户位置，为用户提供到精确的导航信号，用户可对接收到的导航信号进行延迟自相关，提高了解调效率，节省了解调时间。
卫星导航信号系统，包括：
卫星第一网络，其包括发射卫星导航信号的全球定位卫星；
卫星第二网络，其包括移动通信卫星，包括用于在第二网络内进行通信的光链路；
所述卫星导航系统使用由所述卫星第一网络发射的导航信号来确定至少一个移动通信卫星在卫星第二网络内的位置；使用光链路的时延测量来确定移动通信卫星在第二网络内的相对位置网络；从选定的移动通信卫星向选定的地面地理区域提供地面位置信号，而在选定的地理区域单元之外没有可用的地面位置信号。
所述系统包括通过对准用于在第二网络内通信的光链路来确定卫星的精确相对位置。
GPS的卫星在极轨中以离地约20000公里的姿态移动并发射无线电信号，根据用户组，在1-2GHz范围内的一个或两个频率上，调制后，精确的时间标记会被发送给用户。由于非常宽带的调制信号及其相对低的重复率，这些无线电信号的频谱在其各自的中心频率附近给人以白噪声的印象。由于无线电信号的相位被调制，有可能在接收机中通过使用相同的调制信号的负调制使其恢复到其未调制状态，然而由于其特殊的结构，该调制信号可以非常容易地再现，并且可以通过非常窄带的滤波器以较小的噪声被检测到。
为此所需的接收机中的第二调制过程的同步使得能够确定来自几个要同时接收的卫星的距离差，其各自的瞬时位置是已知的，由此，类似于双曲线导航过程，精确地确定用户的位置。本发明系统的目的是避免现有技术的缺点，并支持LEO和/或MEO通信系统的用户的无线电位置确定，具体是通过利用用于导航的光学信息链路进行通信的多个链接卫星来实现的。
所述系统包括校准通过卫星之间的光通信在第二网络的卫星上携带的时间标准的步骤。
所述系统包括在第二网络的多个卫星处接收从选定地理区域之一中的地面位置发送的信号的步骤，以及使用协同定位方法确定地面位置。
当在卫星之间采用光通信链路时，除了可精确确定距离外，还可以精确确定卫星的方向，进而可知卫星的相对位置，利于更精确地确定用户位置，为用户提供到更精确的导航信号。由于与用户连接的卫星的已知相对位置，也可以将由它们发射的信号或在它们被几个卫星接收之后从它们中提取的特征提供给中心位置，利用已知的延迟，然后进行用户位置的计算。
所述系统包括在从地面位置发送的信号中包括时间标记的步骤。
所述系统包括通过与地球同步卫星的光通信确定第二网络的卫星位置的步骤。
所述系统包括使用现有导航系统合作或非合作地确定第二网络的卫星的位置的步骤。
所述系统包括使用现有导航系统的时间和频率标准来协作或非协作地确定地面位置的步骤。
所述导航信号的具体生成步骤是：生成卫星对应的扩频码，不同卫星所对应的扩频码的序列和周期不同，不同扩频码之间的周期相差不低于3个码片，然后根据扩频码对导航电文进行扩频调制，生成导航信号。
所述地面地理区域的用户接收到导航信号后，对导航信号进行延迟自相关得到相关峰，依据相关峰的间隔和不同卫星对应扩频码的周期，判断出当前卫星号，再生成卫星对应的扩频码，依据扩频码对导航信号进行精准解调。用户对接收到的导航信号进行延迟自相关，通过相关峰的间隔即可判断当前的卫星号，从而可以对特定的卫星进行捕获、跟踪和解调，提高了解调效率，节省了解调时间。
所述扩频码采用Gold码。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可以相互组合，得到具体实施方式。
本发明提供的技术方案的有益效果包括：
1)本发明系统的目的是通过利用用于导航的光学信息链路进行通信的多个链接卫星来避免现有技术的缺点，并支持LEO和/或MEO通信系统的用户的无线电位置确定。
2)在卫星之间采用光通信链路时，除了可精确确定距离外，还可以精确确定卫星的方向，进而可知卫星的相对位置，利于更精确地确定用户位置，为用户提供到更精确的导航信号。
3)用户在接收到导航信号后，对接收到的导航信号进行延迟自相关，通过相关峰的间隔即可判断当前的卫星号，从而可以对特定的卫星进行捕获、跟踪和解调，提高了解调效率，节省了解调时间。
附图说明
为让本发明的上述和/或其他目的、特征、优点与实例能更明显易懂，所附附图的说明如下：
图1是实施例1与实施例3的吞吐率对比图。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本申请进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结果。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
以下以具体实施例具体描述本申请。
实施例1：
提供一种卫星导航信号系统，包括：
卫星第一网络，其包括发射卫星导航信号的全球定位卫星；
卫星第二网络，其包括移动通信卫星，包括用于在第二网络内进行通信的光链路；
所述卫星导航系统
使用由所述卫星第一网络发射的导航信号来确定至少一个移动通信卫星在卫星第二网络内的位置，通过对准用于在第二网络内通信的光链路来确定卫星的精确相对位置；
使用光链路的时延测量来确定移动通信卫星在第二网络内的相对位置网络；从选定的移动通信卫星向选定的地面地理区域提供地面位置信号，而在选定的地理区域单元之外没有可用的地面位置信号。
所述系统包括校准通过卫星之间的光通信在第二网络的卫星上携带的时间标准的步骤。
所述系统包括在第二网络的多个卫星处接收从选定地理区域之一中的地面位置发送的信号的步骤，以及使用协同定位方法确定地面位置。
述系统包括在从地面位置发送的信号中包括时间标记的步骤。
所述系统包括通过与地球同步卫星的光通信确定第二网络的卫星位置的步骤。
所述系统包括使用现有导航系统合作或非合作地确定第二网络的卫星的位置的步骤。
所述系统包括使用现有导航系统的时间和频率标准来协作或非协作地确定地面位置的步骤。
可以利用在中等高度或地球静止轨道上运行的卫星，通过根据本发明的方法建立协作或非协作操作的导航系统，因此提供了采用协同位置确定方法的可能性，卫星支持的移动无线网络的用户具有能够确定其位置的优点，而不必在接收HIS信号并通过光通信链路收集HIS信号的相互链路的卫星上设置专门的位置确定装置，该位置确定装置通过延迟时间支持的处理由HIS发送的信号。卫星导航系统的一个优点是，卫星系统可由定位在低轨道中的卫星组成，可为潜在的大量用户确定其位置，确定位置时能以局部地限制使用非协作地操作的确定方法。因此系统通过测量经过在各种不同轨道中的选定地理区域之一上通过的卫星的校准信号中的多普勒频移，以及使用非合作定位方法来定位地面位置。
实施例2：
在前述实施例的基础上，卫星导航系统中，所述导航信号的具体生成步骤是：生成卫星对应的扩频码(Gold码)，不同卫星所对应的扩频码的序列和周期不同，不同扩频码之间的周期相差不低于3个码片，然后根据扩频码对导航电文进行扩频调制，生成导航信号。
所述地面地理区域的用户接收到导航信号后，对导航信号进行延迟自相关得到相关峰，依据相关峰的间隔和不同卫星对应扩频码的周期，判断出当前卫星号，再生成卫星对应的扩频码，依据扩频码对导航信号进行精准解调。用户对接收到的导航信号进行延迟自相关，通过相关峰的间隔即可判断当前的卫星号，从而可以对特定的卫星进行捕获、跟踪和解调，提高了解调效率，节省了解调时间。
实施例3：
在前述实施例的基础上，卫星导航信号系统中，卫星的配对实现步骤如下：
1)计算卫星可视角α。根据经典理论，α=2*arcos(Re/Rs)，其中Re为地球半径，Rs为卫星轨道半径。设β为卫星之间的平均近地角差值。
2)卫星配对分组。按照|β|>α的条件分别对A、B、C三个轨道面上的卫星(例如MEO)进行配对。卫星配对分组后，设轨道数量m，码片数n，有效卫星数量ss，则扩频码码字k按照如下公式设定：k=ss-15+m*n。根据实际情况调整扩频码码字k，能一定程度减少数据冗余，且提高吞吐率，从图1即可得出。
应当理解的是，尽管已结合附图和具体实施方式对本发明的方案进行了描述，但上述描述并非是对本发明保护范围的限制。本领域技术人员可在上述记载的基础上做出不同形式的修改或变换，其结果依然属于本申请的保护范围。因此无需也无法对所有的实施方式予以穷举。在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
此外，本申请未详尽描述之处均属本领域公知常识，在此不予赘述。

Claims (9)

1.卫星导航信号系统，其特征在于包括：
卫星第一网络，包括发射卫星导航信号的全球定位卫星；
卫星第二网络，包括移动通信卫星星座，包括用于在第二网络内进行通信的光链路；
使用由所述卫星第一网络发射的导航信号来确定至少一个移动通信卫星在卫星第二网络内的位置；使用光链路的时延测量来确定移动通信卫星在第二网络内的相对位置网络；和从选定的移动通信卫星向选定的地面地理区域提供地面位置信号；从而在选定的地理区域单元之外没有可用的地面位置信号。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：包括通过对准用于在第二网络内通信的光链路来确定卫星的精确相对位置。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：包括校准通过卫星之间的光通信在第二网络的卫星上携带的时间标准的步骤。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：包括在第二网络的多个卫星处接收从选定地理区域之一中的地面位置发送的信号的步骤，以及使用协同定位方法确定地面位置。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：包括在从地面位置发送的信号中包括时间标记的步骤。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于：包括通过与地球同步卫星的光通信确定第二网络的卫星位置的步骤。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于：包括使用现有导航系统合作或非合作地确定第二网络的卫星的位置的步骤。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于：包括使用现有导航系统的时间和频率标准来协作或非协作地确定地面位置的步骤。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于：通过测量经过在各种不同轨道中的选定地理区域之一上通过的卫星的校准信号中的多普勒频移，以及使用非合作定位方法来定位地面位置。
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