專利名稱：利用同步靜止軌道衛(wèi)星進(jìn)行衛(wèi)星定位的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無線電定向領(lǐng)域，特別屬于利用至少3顆衛(wèi)星發(fā)出的定位信號(hào)在用戶接收機(jī)上接收所形成的時(shí)間差，并結(jié)合用戶接收機(jī)的海拔高度信息，通過計(jì)算來定位的方法。
(三)本發(fā)明的內(nèi)容有鑒于此，如何能提供一種定位服務(wù)，盡可能利用現(xiàn)有衛(wèi)星，通過最少的衛(wèi)星數(shù)量并租用其上的通信頻道再結(jié)合用戶的海拔高度信息，就可實(shí)現(xiàn)區(qū)域或全球用戶的定位需要，正是本發(fā)明研創(chuàng)動(dòng)機(jī)所在。
本發(fā)明的目的，是提供一種衛(wèi)星定位方法。它可以利用現(xiàn)有衛(wèi)星資源，投資少，并且有精度高、抗干擾性強(qiáng)、保密性好、成本低的特點(diǎn)。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明的特征在于至少3顆在不同位置的衛(wèi)星1、2、3發(fā)射定位信號(hào)，被測(cè)點(diǎn)P接收機(jī)分別接收衛(wèi)星1、2、3的信號(hào)，測(cè)定出同步靜止軌道衛(wèi)星1、2、3的定位信號(hào)到達(dá)被測(cè)點(diǎn)P形成的時(shí)差，并結(jié)合被測(cè)點(diǎn)P接收機(jī)所在的海拔高度信息，通過數(shù)學(xué)計(jì)算即可解算出被測(cè)點(diǎn)所在的經(jīng)緯度。
本發(fā)明的進(jìn)一步特征在于3顆不同位置的衛(wèi)星均為位于地球同步靜止軌道的同步靜止衛(wèi)星；測(cè)控站引用高精度時(shí)鐘，根據(jù)不同衛(wèi)星與測(cè)控站的距離差，以一定時(shí)間差分別向3顆同步靜止軌道衛(wèi)星1、2、3發(fā)射定位信號(hào)，使不同位置的同步靜止軌道衛(wèi)星同步向地面轉(zhuǎn)發(fā)定位信號(hào)；或同步靜止軌道衛(wèi)星1、2、3利用衛(wèi)星時(shí)鐘在測(cè)控站的監(jiān)控下同步向地面發(fā)出定位信號(hào)；衛(wèi)星發(fā)送的定位信號(hào)中，包含有衛(wèi)星軌道信息、衛(wèi)星信號(hào)同步以及消除定位誤差的信息；接收機(jī)的接收天線可以為定向天線或高指向性天線；用戶接收機(jī)所在的海拔高度信息，可由用戶接收機(jī)自備的高度表、數(shù)字化地圖獲得或用戶人工設(shè)定。
本發(fā)明可以利用現(xiàn)有衛(wèi)星資源，只要在選定的每一顆衛(wèi)星上租用一路通信頻道向地面發(fā)送定位信號(hào)即可，只要用戶裝有經(jīng)許可的接收機(jī)，并通過用戶接收機(jī)自備的高度表、數(shù)字化地圖獲得或用戶人工設(shè)定的海拔高度信息，用戶就可自行計(jì)算確定所處的位置，因此投資少、成本低；根據(jù)常規(guī)理論，3顆同步靜止衛(wèi)星即可覆蓋地球除南、北極區(qū)外所有表面，因此，要覆蓋全球范圍的定位服務(wù)，只須租用三組衛(wèi)星，每組3顆衛(wèi)星即可提供全球定位服務(wù)。接收機(jī)可采用定向接收天線或高指向性天線接收衛(wèi)星信號(hào)，使本方法抗干擾性強(qiáng)；衛(wèi)星定位信號(hào)采用廣播形式向地面播放，因而系統(tǒng)用戶數(shù)量不受限制；由于采用地球同步靜止軌道衛(wèi)星，衛(wèi)星相對(duì)于地球靜止不動(dòng)，距海平面約3.6萬公里，衛(wèi)星漂移速度相對(duì)地面小、定點(diǎn)精度高，并且可利用氣象資料對(duì)衛(wèi)星定位信號(hào)在大氣層中傳播造成的誤差進(jìn)行精確修正，因此本發(fā)明還有精度高的特點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明的信號(hào)收發(fā)示意圖；圖2為本發(fā)明的信號(hào)流程圖；圖3為本發(fā)明的建立地球與被測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)系的示意圖；圖4為本發(fā)明的接收機(jī)信號(hào)處理的流程圖。
(五)本發(fā)明的原理及具體實(shí)現(xiàn)方式地面被測(cè)點(diǎn)P接收機(jī)分別接收同步靜止軌道衛(wèi)星1、2、3的定位信號(hào)，測(cè)定出衛(wèi)星1、2、3的定位信號(hào)到達(dá)被測(cè)點(diǎn)P形成的時(shí)差，由于衛(wèi)星1、2、3距地球赤道海平面的高度為常數(shù)ρ＝35784000m，衛(wèi)星1、2、3的軌道坐標(biāo)為巳知數(shù)，無線電傳播速度為常數(shù)v。當(dāng)衛(wèi)星1的定位信號(hào)與衛(wèi)星2的定位信號(hào)到達(dá)被測(cè)點(diǎn)P形成時(shí)間差C1；衛(wèi)星1的定位信號(hào)與衛(wèi)星3的定位信號(hào)到達(dá)被測(cè)點(diǎn)P形成時(shí)間差C3；衛(wèi)星2的定位信號(hào)與衛(wèi)星3的定位信號(hào)到達(dá)被測(cè)點(diǎn)P形成時(shí)間差C2。參見圖3，以地球中心為坐標(biāo)原點(diǎn)O，赤道平面為XOY坐標(biāo)面，Z軸正向指向北半球建立坐標(biāo)系，結(jié)合被測(cè)點(diǎn)P所在的海拔高度、地球球面方程，按照上述巳知條件，即可通過數(shù)學(xué)計(jì)算來獲得被測(cè)點(diǎn)P所在的經(jīng)度和緯度，從而完成定位。數(shù)學(xué)計(jì)算的方法有許多種，這里是以地面控制站與衛(wèi)星1、2、3接發(fā)收標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)形成信號(hào)傳遞網(wǎng)為例來進(jìn)行說明P點(diǎn)經(jīng)、緯度為α=arctgyx+β;]]>β=arctgZx2+y2]]>式中α為P點(diǎn)經(jīng)度，β為P點(diǎn)緯度。((X-XS1)2+(Y-YS1)2+(Z-ZS1)2)1/2-((X-XS2)2+(Y-YS2)2+(Z-ZS2)2)1/2=C1*V((X-XS1)2+(Y-YS1)2+(Z-ZS1)2)1/2-((X-XS3)2+(Y-YS3)2+(Z-ZS3)2)1/2=C3*V((X-XS2)2+(Y-YS2)2+(Z-ZS2)2)1/2-((X-XS3)2+(Y-YS3)2+(Z-ZS3)2)1/2=C2*V對(duì)上述方程組用數(shù)學(xué)方法進(jìn)行求解，再結(jié)合P點(diǎn)海拔高度、地球球面方程進(jìn)行計(jì)算即可求得式中的X、Y、Z，從而計(jì)算出P點(diǎn)的經(jīng)、緯度，以完成衛(wèi)星定位。
參見圖1和圖2。測(cè)控站4以一定時(shí)間差向同步靜止軌道衛(wèi)星1、2、3分別發(fā)送定位信號(hào)，使定位信號(hào)同時(shí)到達(dá)同步靜止軌道衛(wèi)星1、2、3；同步靜止衛(wèi)星1、2、3收到定位信號(hào)后，再通過衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器，向地面發(fā)射定位信號(hào)，位于地球任何位置的定位接收機(jī)P(如位于地面、水上、空中等)的天線分別接收來自衛(wèi)星1、2、3轉(zhuǎn)發(fā)的定位信號(hào)。
由于定位接收機(jī)P與同步靜止軌道衛(wèi)星1、2、3之間的距離各不相同，存在一定的距離差，因此同步靜止軌道衛(wèi)星1、2、3轉(zhuǎn)發(fā)的定位信號(hào)到達(dá)定位接收機(jī)P也存在一定的時(shí)間差。參見圖4。當(dāng)定位接收機(jī)P中的“衛(wèi)星信號(hào)接收機(jī)”單元接收定位信號(hào)，并檢測(cè)出各定位信號(hào)到達(dá)接收機(jī)P形成的時(shí)差、定位信息后，再將該時(shí)差、定位信息和海拔高度信息以及其它定位信號(hào)傳送給處理器單元。在存儲(chǔ)器、時(shí)鐘、輸入/輸出單元的配合下，根據(jù)本發(fā)明所述的被測(cè)點(diǎn)P的經(jīng)、緯度計(jì)算方法，計(jì)算出P點(diǎn)所在位置的經(jīng)、緯度，并通過顯示單元顯示出來，再由輸入/輸出單元輸出該信息，供用戶其他設(shè)備使用，以完成被測(cè)點(diǎn)P的定位。
綜上所述，本發(fā)明的方案能利用現(xiàn)存不同位置的3顆衛(wèi)星，通過租用每一顆衛(wèi)星上的一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器頻道，就可實(shí)現(xiàn)裝有經(jīng)過許可的接收機(jī)用戶自行定位，只要衛(wèi)星24小時(shí)發(fā)送定位信號(hào)，則用戶就可以享受24小時(shí)的定位服務(wù)。顯然本發(fā)明為一種新穎、進(jìn)步并深具實(shí)用性的新設(shè)計(jì)。以上所述乃是本發(fā)明的具體實(shí)施例及所運(yùn)用的技術(shù)原理，若依本發(fā)明的構(gòu)想所作的等效改變，其所產(chǎn)生的功能作用仍未超出說明書及附圖所涵蓋的精神時(shí)，均應(yīng)在本發(fā)明的范圍內(nèi)，特此說明。
權(quán)利要求
1.一種利用衛(wèi)星定位的方法，其特征在于至少3顆在不同位置的衛(wèi)星(1)、(2)、(3)發(fā)射定位信號(hào)，被測(cè)點(diǎn)P接收機(jī)分別接收衛(wèi)星(1)、(2)、(3)發(fā)射的定位信號(hào)，測(cè)定出同步靜止軌道衛(wèi)星(1)、(2)、(3)發(fā)射的定位信號(hào)到達(dá)被測(cè)點(diǎn)P形成的時(shí)差，再通過被測(cè)點(diǎn)P接收機(jī)配備的數(shù)字化地圖、高度表或人工設(shè)定獲取被測(cè)點(diǎn)P的海拔高度信息，即可用數(shù)學(xué)方法解算出被測(cè)點(diǎn)P所在的經(jīng)度、緯度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用衛(wèi)星定位的方法，其特征在于3顆不同位置的衛(wèi)星均為位于地球同步靜止軌道的衛(wèi)星。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的利用衛(wèi)星定位的方法，其特征在于測(cè)控站引用高精度時(shí)鐘，根據(jù)不同衛(wèi)星與測(cè)控站的距離差，以一定時(shí)間差分別向3顆衛(wèi)星(1)、(2)、(3)發(fā)射定位信號(hào)，使不同位置的衛(wèi)星同步向地面轉(zhuǎn)發(fā)送定位信號(hào)；或衛(wèi)星(1)、(2)、(3)利用其時(shí)鐘在測(cè)控站的監(jiān)控下同步向地面發(fā)出定位信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的利用衛(wèi)星定位的方法，其特征在于衛(wèi)星發(fā)送的定位信號(hào)中，包含有衛(wèi)星漂移、衛(wèi)星信號(hào)同步以及消除定位誤差的信息。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的利用衛(wèi)星定位的方法，其特征在于衛(wèi)星發(fā)送的定位信號(hào)中，包含有衛(wèi)星漂移、衛(wèi)星信號(hào)同步以及消除定位誤差的信息。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用衛(wèi)星定位的方法，其特征在于定位接收機(jī)的接收天線可以是定向天線或高指向性天線。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的利用衛(wèi)星定位的方法，其特征在于定位接收機(jī)配備有能獲取用戶海拔高度信息的數(shù)字化地圖、高度表或者人工設(shè)置裝置。
全文摘要
利用同步靜止軌道衛(wèi)星進(jìn)行衛(wèi)星定位的方法，本發(fā)明屬于無線電定向領(lǐng)域，特別屬于利用3顆衛(wèi)星發(fā)出的定位信號(hào)在用戶接收機(jī)上接收所形成的時(shí)間差，并結(jié)合用戶海拔高度信息通過計(jì)算來定位的方法。本發(fā)明的特征在于至少3顆在不同位置的衛(wèi)星1、2、3發(fā)射定位信號(hào)，地面被測(cè)點(diǎn)P接收機(jī)分別接收衛(wèi)星1、2、3發(fā)射的定位信號(hào)，測(cè)定出同步靜止軌道衛(wèi)星1、2、3發(fā)射的定位信號(hào)到達(dá)地面被測(cè)點(diǎn)P形成的時(shí)差，并結(jié)合用戶海拔高度信息通過計(jì)算即可解算出被測(cè)點(diǎn)P所在的經(jīng)度、緯度，完成衛(wèi)星定位。
文檔編號(hào)G01S5/10GK1407347SQ0110876
公開日2003年4月2日 申請(qǐng)日期2001年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月16日
發(fā)明者楊曉宇 申請(qǐng)人:楊曉宇