CN116566475B - 一种兼容单向及双向测量的飞行器地基实时导航方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种兼容单向及双向测量的飞行器地基实时导航方法，属于航空航天导航领域，解决了特定情况下飞行器全程实时导航手段缺失的问题；该方法通过多个地面站与飞行器载导航终端的联合协同，以统一标准进行天地双方信号的收发处理；导航终端中的n个上行接收通道分别对应接收n个地面站发射的上行信号，实现获取并缓存对应n个地面站的上行伪距信息的过程；各地面站接收导航终端发射的1路公共的下行信号，实现获取本站的下行伪距信息的过程；各地面站将所有信息组帧上传给导航终端后，导航终端可依据相应信息实现兼容单向和双向测量的实时导航解算。

Description

一种兼容单向及双向测量的飞行器地基实时导航方法
技术领域
本发明属于航空航天导航技术领域，应用于飞行器的全程实时区域导航过程中，具体为一种兼容单向及双向测量的飞行器地基实时导航方法。
背景技术
飞行全程的实时可靠导航是飞行器完成其使命任务的至关重要的前提条件。现有技术中，通常依托卫星导航和惯性导航等手段，但是在实际应用中，会面临以下方面的问题：1、惯性导航伴随着飞行时间的推移，导航精度会逐渐降低，难以支持飞行全程的导航需求；2、卫星导航在飞行全程中存在环境干扰、信号覆盖等多种因素而导致的不适用问题。
发明内容
本发明为了解决当卫星导航、惯性导航等其他手段不能满足飞行器全程实时导航覆盖和精度需求的问题，以兼容单向及双向测量的方式，在实现地基区域导航能力的同时，双模式兼容可提高导航的可靠性。
本发明采用了以下技术方案来实现目的：
一种兼容单向及双向测量的飞行器地基实时导航方法，在地面分布式部署个地面站，地面站与导航终端联合协同，使天地双方依照统一约定的上行/下行信号电文帧格式、信道编码方式和调制体制进行信号与信息的收发处理过程；
各地面站在每整秒时刻连续调制发送上行信号电文帧，导航终端以每秒为周期连续调制发送下行信号电文帧；导航终端具有/>个上行接收通道和1个下行发射通道，/>个上行接收通道分别对应接收/>个地面站发射的上行信号电文帧，并以发送下行信号电文帧的周期内等间隔的确定/>个采样时刻，采样间隔为1秒，来采样接收到的各地面站上行信号电文帧，同时获取并缓存对应/>个地面站的上行伪距信息/>；
各地面站接收导航终端发射的1路公共的下行信号电文帧，完成信号捕获和同步后，基于下行信号电文帧的周期，等间隔的确定个下行测量采样时刻；在每个下行测量采样时刻，各地面站分别对各自发射的上行信号电文帧进行采样，获取本站的下行伪距信息；各地面站将获取的本站下行伪距信息/>、与测量定位相关的信息一并按照约定的上行/下行信号电文帧格式，组帧填充后上传给导航终端；
导航终端利用接收解调得到的各地面站下行伪距信息，减去缓存中的各地面站的上行伪距信息/>，并扣除与距离测量相关的修正值后，得出多个地面站与导航终端所在飞行器间的双向距离/>，基于多个双向距离/>实现基于双向测量的实时导航解算；导航终端同时依据获取并缓存的对应/>个地面站的上行伪距信息/>，实现基于单向测量的实时导航解算。
进一步的，导航终端依照统一约定的下行信号电文帧格式、信道编码方式和调制体制，进行组帧、编码和调制，发射1路由个地面站共同接收的下行信号电文帧，下行信号电文帧在编码后的帧周期为/>秒，其中/>为大于等于1的整数；以发送下行信号电文帧的/>秒周期，等间隔的确定/>个采样时刻，导航终端在每个采样时刻对接收的/>个地面站的上行信号电文帧进行采样，同时获取并缓存对应/>个地面站的上行伪距信息/>。
进一步的，各地面站接收导航终端发射的1路公共的下行信号电文帧，完成信号捕获、同步及解调还原后，依据下行信号电文帧的帧周期秒，等间隔的确定/>个采样时刻，各地面站分别在每个采样时刻对各自发射的上行信号电文帧进行采样，获取本站的下行伪距信息/>。
综上所述，由于采用了本技术方案，本发明的有益效果如下：
在常规卫星导航和惯性导航等其他导航手段的基础上，本发明提供的实时导航方法，在实现地基区域导航能力的同时，双模式兼容的手段提高了导航的可靠性，既可以解决常规导航手段无法适用的场景问题，又能为飞行器提供多种手段相融合的导航能力，从而提高飞行任务的可靠性。
附图说明
图1为本发明方法的测量过程原理示意框图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以按各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
请参看图1的示意，一种兼容单向及双向测量的飞行器地基实时导航方法，是由在地面分布式部署的个地面站和导航终端联合协同实现的，天地双方按照统一约定的上行/下行信号电文帧格式、信道编码方式和调制体制进行信号与信息的收发处理过程。
本实施例中，地面分布式部署了个地面站，其中/>，地面站部署数量/>的具体取值和各地面站的具体部署位置，由地基导航需要支持的导航范围和影响导航精度的布站几何因子PDOP约束确定，以满足飞行器导航需求全过程PDOP约束为原则。
为了支持基于单向测量的地基实时导航，个地面站间需通过卫星双向比对或导航卫星共视等方式，实现各地面站间的高精度时间同步。为了支持基于双向测量的地基实时高精度导航，/>个地面站间与导航终端采用非相干双向测量原理实现天地联合双向测量。
本实施例中，各地面站均按照天地约定的上行信号电文帧格式、信道编码方式和调制体制，进行组帧、编码和调制，发射上行信号电文帧；上行信号电文帧在编码后的帧周期为1秒，且上行信号电文帧严格在整秒时刻发送；导航终端则以每秒为周期连续调制发送下行信号电文帧。
导航终端具备个接收通道，接收/>个地面站发射的上行信号电文帧；导航终端还具备1个发射通道，发射1路下行信号电文帧，由/>个地面站共同接收。
导航终端的个接收通道分别对应接收/>个地面站发射的上行信号电文帧；导航终端按照天地约定的下行信号电文帧格式、编译码方式和调制体制进行组帧、编码和调制，发射出1路下行信号电文帧，下行信号电文帧编码后的帧周期为/>秒，其中/>为大于等于1的整数。
导航终端在以下行信号电文帧的周期内等间隔确定的个采样时刻（采样间隔为1秒）采样接收到各地面站的上行信号电文帧，同时获取并缓存对应/>个地面站的上行伪距信息/>。
本实施例中，各地面站接收导航终端发射的1路公共下行信号电文帧，完成信号捕获、同步和解调还原后，基于下行信号电文帧的周期秒，可等间隔的确定/>个下行测量采样时刻。在每个下行测量采样时刻，各地面站分别对各自发射的上行信号电文帧进行采样，获取本站的下行伪距信息/>。
各地面站将获取的本站下行伪距信息、与测量定位相关的其他信息一并按照约定的上行信号电文帧格式，组帧填充后上传给导航终端。本实施例中，其他信息内容至少包含对应地面站的本站系统时间、本站编号、本站站址、本站大气延迟修正参数、本站双向设备距离零值和本站发射通道单向距离零值。
导航终端利用通过上行信号电文帧接收解调得到的各地面站上传的下行伪距信息，减去缓存中的各地面站的上行伪距信息/>，进一步扣除对应地面站的本站双向设备距离零值、本站大气延迟修正参数后，计算得出对应地面站与飞行器间的双向距离/>。导航终端基于其计算得到的相对各站的双向距离/>，可实现基于双向测量的实时导航解算。
导航终端基于其提取的相对各地面站的上行伪距信息，进一步扣除对应地面站的本站发射通道单向距离零值、本站大气延迟修正参数后，实现基于单向测量的实时导航解算。
本实施例中，由多站测量结果利用空间交会完成导航定位解算，具体解算方法为通用解调算法，不是本实施例的重点关注内容，在此不再赘述。

Claims (10)

1.一种兼容单向及双向测量的飞行器地基实时导航方法，其特征在于：在地面分布式部署个地面站，地面站与导航终端联合协同，使天地双方依照统一约定的上行/下行信号电文帧格式、信道编码方式和调制体制进行信号与信息的收发处理过程；
各地面站在每整秒时刻连续调制发送上行信号电文帧，导航终端以每秒为周期连续调制发送下行信号电文帧，其中/>为大于等于1的整数；导航终端具有/>个上行接收通道和1个下行发射通道，/>个上行接收通道分别对应接收/>个地面站发射的上行信号电文帧，并以发送下行信号电文帧的周期内等间隔的确定/>个采样时刻，采样间隔为1秒，来采样接收到的各地面站上行信号电文帧，同时获取并缓存对应/>个地面站的上行伪距信息/>；
各地面站接收导航终端发射的1路公共的下行信号电文帧，完成信号捕获和同步后，基于下行信号电文帧的周期，等间隔的确定个下行测量采样时刻；在每个下行测量采样时刻，各地面站分别对各自发射的上行信号电文帧进行采样，获取本站的下行伪距信息/>；各地面站将获取的本站下行伪距信息/>、与测量定位相关的信息一并按照约定的上行/下行信号电文帧格式，组帧填充后上传给导航终端；
导航终端利用接收解调得到的各地面站下行伪距信息，减去缓存中的各地面站的上行伪距信息/>，并扣除与距离测量相关的修正值后，得出多个地面站与导航终端所在飞行器间的双向距离/>，基于多个双向距离/>实现基于双向测量的实时导航解算；导航终端同时依据获取并缓存的对应/>个地面站的上行伪距信息/>，实现基于单向测量的实时导航解算。
2.根据权利要求1所述的一种兼容单向及双向测量的飞行器地基实时导航方法，其特征在于：地面分布式部署了个地面站，其中/>，地面站部署数量/>的具体上限以及地面站的具体部署位置，由地基导航需支持的导航范围和影响导航精度的布站几何因子PDOP约束进行确定，以满足飞行器导航需求全过程PDOP约束为原则。
3.根据权利要求1所述的一种兼容单向及双向测量的飞行器地基实时导航方法，其特征在于：个地面站通过卫星双向比对或导航卫星共视的方式实现各地面站间的高精度时间同步，从而支持基于单向测量的地基实时导航过程。
4.根据权利要求1所述的一种兼容单向及双向测量的飞行器地基实时导航方法，其特征在于：个地面站与导航终端之间采用非相干双向测量原理的方式实现天地联合双向测量，从而支持基于双向测量的地基实时导航过程。
5.根据权利要求1所述的一种兼容单向及双向测量的飞行器地基实时导航方法，其特征在于：各地面站依照统一约定的上行信号电文帧格式、信道编码方式和调制体制，进行组帧、编码和调制，发射上行信号电文帧；上行信号电文帧在编码后的帧周期为1秒，并且上行信号电文帧始终在整秒时刻发送。
6.根据权利要求1所述的一种兼容单向及双向测量的飞行器地基实时导航方法，其特征在于：导航终端依照统一约定的下行信号电文帧格式、信道编码方式和调制体制，进行组帧、编码和调制，发射1路由个地面站共同接收的下行信号电文帧，下行信号电文帧在编码后的帧周期为/>秒；以发送下行信号电文帧的/>秒周期，等间隔的确定/>个采样时刻，导航终端在每个采样时刻对接收的/>个地面站的上行信号电文帧进行采样，同时获取并缓存对应/>个地面站的上行伪距信息/>。
7.根据权利要求6所述的一种兼容单向及双向测量的飞行器地基实时导航方法，其特征在于：各地面站接收导航终端发射的1路公共的下行信号电文帧，完成信号捕获、同步及解调还原后，依据下行信号电文帧的帧周期秒，等间隔的确定/>个采样时刻，各地面站分别在每个采样时刻对各自发射的上行信号电文帧进行采样，获取本站的下行伪距信息/>。
8.根据权利要求1所述的一种兼容单向及双向测量的飞行器地基实时导航方法，其特征在于：与测量定位相关的信息包括对应地面站的本站系统时间、本站编号、本站站址、本站大气延迟修正参数、本站双向设备距离零值和本站发射通道单向距离零值。
9.根据权利要求8所述的一种兼容单向及双向测量的飞行器地基实时导航方法，其特征在于：导航终端利用接收解调得到的各地面站下行伪距信息，减去缓存中的各地面站的上行伪距信息/>，并扣除对应地面站的本站双向设备距离零值、本站大气延迟修正参数后，计算得出对应地面站与飞行器间的双向距离/>。
10.根据权利要求8所述的一种兼容单向及双向测量的飞行器地基实时导航方法，其特征在于：导航终端依据获取并缓存的对应地面站的上行伪距信息，并扣除对应地面站的本站发射通道单向距离零值、本站大气延迟修正参数后，实现基于单向测量的实时导航解算。
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