一種嵌入在移動通訊網(wǎng)中的衛(wèi)星定軌系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種嵌入在移動通訊網(wǎng)中的衛(wèi)星定軌系統(tǒng)。包括有若干個移動通訊基站、衛(wèi)星數(shù)據(jù)服務(wù)器、若干個移動用戶，其中衛(wèi)星數(shù)據(jù)服務(wù)器把計算出來的高精度軌道參數(shù)轉(zhuǎn)發(fā)給移動用戶,移動通訊基站將采集到的衛(wèi)星原始數(shù)據(jù)發(fā)送到衛(wèi)星數(shù)據(jù)服務(wù)器，衛(wèi)星數(shù)據(jù)服務(wù)器把計算出來的高精度軌道參數(shù)提供給衛(wèi)星地面控制中心，衛(wèi)星地面控制中心再利用衛(wèi)星地面站傳輸衛(wèi)星軌道修正給導(dǎo)航同步衛(wèi)星和傾斜軌道同步衛(wèi)星。本發(fā)明通過大規(guī)模分布式的利用移動通訊基站來提供衛(wèi)星原始數(shù)據(jù)的測量，衛(wèi)星數(shù)據(jù)服務(wù)器通過網(wǎng)絡(luò)收集移動通訊基站的測量數(shù)據(jù)后進(jìn)行分析，計算同步衛(wèi)星和傾斜軌道同步衛(wèi)星的軌道參數(shù)，精密確定衛(wèi)星位置，從而達(dá)到提高衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)精度的目的。
【專利說明】—種嵌入在移動通訊網(wǎng)中的衛(wèi)星定軌系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明是一種嵌入在移動通訊網(wǎng)中的衛(wèi)星定軌系統(tǒng)，屬于嵌入在移動通訊網(wǎng)中的衛(wèi)星定軌系統(tǒng)的改造技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]中國的北斗II衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的空間段由三種衛(wèi)星構(gòu)成:同步衛(wèi)星(GE0)、傾斜軌道同步衛(wèi)星(IGSO)和中軌地球衛(wèi)星(MEO)構(gòu)成。同步衛(wèi)星和傾斜軌道同步衛(wèi)星可以提供在地球中軌衛(wèi)星數(shù)量不足時，對地域性的區(qū)域事實導(dǎo)航服務(wù)。同步衛(wèi)星和傾斜軌道同步衛(wèi)星軌道約36000公里，比中軌地球衛(wèi)星的高度22000公里高很多。同步衛(wèi)星的高度使得它的軌道參數(shù)很難精密測量出來。
[0003]目前有下面幾種方法用于精密定軌:
[0004]1.星載GPS幾何法定軌:利用星載GPS測碼偽距觀測值進(jìn)行幾何法定軌的基本原理，是根據(jù)空間距離后方交會的原理，以星載GPS接收機觀測到的4顆或4顆以上的GPS衛(wèi)星距離觀測量為基礎(chǔ)，并根據(jù)已知的每一歷元GPS衛(wèi)星的瞬時坐標(biāo)，利用迭代的方法，來確定每一歷元低軌衛(wèi)星星載GPS接收機天線的三維坐標(biāo)及接收機鐘差。根據(jù)觀測量性質(zhì)的不同，偽距可分為測碼偽距和測相偽距，所以，幾何法定軌也相應(yīng)有測碼偽距幾何法定軌和測相偽距幾何法定軌之分。其中，基于測碼偽距的幾何法定軌是星載GPS低軌衛(wèi)星定軌中最常用的方法之一。幾何法定軌的優(yōu)點是原理清晰，處理簡單。缺點是受偽距觀測值精度的影響，定軌精度不高。在幾何法定軌中，絕對定位所受的誤差影響大，精度不高。而差分定位可以消除一些共同誤差項的影響，精度大為提高。其中，偽距差分最適宜于星載GPS幾何法實時定軌。采用偽距差分技術(shù)定軌，定軌誤差與星地的距離有關(guān)，距離越大，誤差也越大。差分技術(shù)定軌還受到差分站坐標(biāo)誤差、對流層延遲改正誤差、多路徑效應(yīng)誤差等系統(tǒng)誤差的影響，若對這些系統(tǒng)誤差進(jìn)行改正，也將進(jìn)一步提高定軌精度。
[0005]2.星載GPS低軌衛(wèi)星動力學(xué)定軌:利用大量的GPS測量數(shù)據(jù)，建立適當(dāng)?shù)男l(wèi)星運動動力學(xué)方程，采用動力法定軌，便可削弱偶然誤差的影響，提高定軌的精度。該方法不要求連續(xù)不斷的接收GPS信號，也不要求必須同時可見4顆以上的GPS衛(wèi)星，可以通過解算精確的攝動力模型組成的動力方程，將后續(xù)觀測時刻的衛(wèi)星狀態(tài)參數(shù)歸算到初始位置，再由多次觀測值確定初始時刻的衛(wèi)星狀態(tài)，然后再根據(jù)動力方程積分得到任意時刻的運動狀態(tài)矢量。動力學(xué)軌道預(yù)報精度有待進(jìn)一步提高，因為軌道預(yù)報的精度限制了積分弧段的長度和幾何軌道動力學(xué)平滑的精度。低軌衛(wèi)星由于受到大氣阻力等攝動力的影響較大，因此需對各種攝動力模型進(jìn)一步進(jìn)行精化。
[0006]3.星載GPS低軌衛(wèi)星卡爾曼濾波定軌:利用卡爾曼濾波可以進(jìn)行實時定軌；也可以利用卡爾曼平滑技術(shù)，在某一段時間內(nèi)對低軌衛(wèi)星進(jìn)行后處理精密定軌。利用傳統(tǒng)卡爾曼濾波對低軌衛(wèi)星定軌，濾波結(jié)果呈現(xiàn)發(fā)散，結(jié)果也沒有最小二乘和自適應(yīng)卡爾曼濾波穩(wěn)定，其定軌結(jié)果不是很可靠。經(jīng)典卡爾曼能夠充分利用預(yù)報信息來提高濾波估值的精度，但不能控制粗差，而當(dāng)觀測模型中含有粗差時，自適應(yīng)方法的估計結(jié)果也不理想。[0007]4.GEO與IGSO衛(wèi)星星間差分的精密定軌:在GEO衛(wèi)星的局部地區(qū)軌道測定中，測站接收機的鐘差很難與軌道同時解算，通常需要使用站間時間同步或其他方法消除鐘差后才能進(jìn)行GEO衛(wèi)星的精密定軌，且所得軌道Z (慣性系)向的精度較差，因此提出了基于GEO與IGSO星間單差消去測站鐘差的方案，利用IGSO衛(wèi)星南北方向較大幅度的位置變化，解決局部地區(qū)軌道測定的GEO軌道需要站間時間同步以及軌道Z向較差的難題。該方法可消去測站接收機的鐘差，直接解算GEO與IGSO衛(wèi)星的軌道，可以減輕地面測站同步的負(fù)擔(dān)，在現(xiàn)有條件下，可以同時獲得高精度的GEO衛(wèi)星與IGSO衛(wèi)星的軌道，可見利用差分定軌的方式是可以提高衛(wèi)星的定軌精度的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于考慮上述問題而提供一種能精密確定衛(wèi)星位置，從而提高衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)精度的嵌入在移動通訊網(wǎng)中的衛(wèi)星定軌系統(tǒng)。本發(fā)明方便實用。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案是:本發(fā)明的嵌入在移動通訊網(wǎng)中的衛(wèi)星定軌系統(tǒng)，包括有若干個移動通訊基站、衛(wèi)星數(shù)據(jù)服務(wù)器、若干個移動用戶，其中衛(wèi)星數(shù)據(jù)服務(wù)器把計算出來的高精度軌道參數(shù)轉(zhuǎn)發(fā)給移動用戶，移動通訊基站將采集到的衛(wèi)星原始數(shù)據(jù)發(fā)送到衛(wèi)星數(shù)據(jù)服務(wù)器，衛(wèi)星數(shù)據(jù)服務(wù)器把計算出來的高精度軌道參數(shù)提供給衛(wèi)星地面控制中心，衛(wèi)星地面控制中心再利用衛(wèi)星地面站傳輸衛(wèi)星軌道修正給導(dǎo)航同步衛(wèi)星和傾斜軌道同步衛(wèi)星。
[0010]上述移動通訊基站上還設(shè)有基站電腦，移動用戶通過數(shù)據(jù)網(wǎng)路與基站電腦連接。
[0011]上述移動通訊基站上還設(shè)有時間同步用的衛(wèi)星接收機，衛(wèi)星接收機用于衛(wèi)星原始數(shù)據(jù)的采集并利用衛(wèi)星時間來實現(xiàn)時間同步。
[0012]本發(fā)明利用移動網(wǎng)的固有硬件，包括移動網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸和基站上安裝的時間同步衛(wèi)星定位接收機，建立大規(guī)模的差分和網(wǎng)路實時動態(tài)(NRTK)衛(wèi)星定位增強系統(tǒng)。本系統(tǒng)不僅可以給上億的手機用戶提供米級的差分服務(wù)，還可以給高精度終端提供厘米級的實時動態(tài)服務(wù)。由于本系統(tǒng)可以獲取分布在中國大范圍的百萬以上的基站上的衛(wèi)星定位接收機數(shù)據(jù)，通過對這些大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可能得到衛(wèi)星軌道的信息。本發(fā)明是一種能精密確定衛(wèi)星位置，從而提高衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)精度的方便實用的嵌入在移動通訊網(wǎng)中的衛(wèi)星定軌系統(tǒng)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明的原理圖；
[0014]圖2為本發(fā)明的工作原理圖。
【具體實施方式】
[0015]實施例:
[0016]本發(fā)明的原理圖1所示，本發(fā)明的嵌入在移動通訊網(wǎng)中的衛(wèi)星定軌系統(tǒng)，本發(fā)明的嵌入在移動通訊網(wǎng)中的衛(wèi)星定軌系統(tǒng)，包括有若干個移動通訊基站1、衛(wèi)星數(shù)據(jù)服務(wù)器
4、若干個移動用戶6，其中衛(wèi)星數(shù)據(jù)服務(wù)器4把計算出來的高精度軌道參數(shù)轉(zhuǎn)發(fā)給移動用戶6，移動通訊基站I將采集到的衛(wèi)星原始數(shù)據(jù)發(fā)送到衛(wèi)星數(shù)據(jù)服務(wù)器4，衛(wèi)星數(shù)據(jù)服務(wù)器
4把計算出來的高精度軌道參數(shù)提供給衛(wèi)星地面控制中心7，衛(wèi)星地面控制中心7再利用衛(wèi)星地面站8傳輸衛(wèi)星軌道修正給導(dǎo)航同步衛(wèi)星9和傾斜軌道同步衛(wèi)星10。[0017]上述移動通訊基站I上還設(shè)有基站電腦3，移動用戶6通過數(shù)據(jù)網(wǎng)路5與基站電腦3連接。同時，衛(wèi)星數(shù)據(jù)服務(wù)器4通過用戶層面的數(shù)據(jù)網(wǎng)路5下達(dá)TCP/IP命令給基站電腦3，提取實時測量數(shù)據(jù)。
[0018]上述移動通訊基站I上還設(shè)有時間同步用的衛(wèi)星接收機2，衛(wèi)星接收機2用于衛(wèi)星原始數(shù)據(jù)的采集并利用衛(wèi)星時間來實現(xiàn)時間同步。
[0019]上述移動通訊基站I上的衛(wèi)星接收機2輸出衛(wèi)星測量的原始數(shù)據(jù)包括有偽距離、多普勒和載波相位測量值。
[0020]上述移動通訊基站I上的基站電腦3利用循環(huán)存儲器存儲所述的原始數(shù)據(jù)。
[0021]上述衛(wèi)星數(shù)據(jù)服務(wù)器4是利用基于統(tǒng)計模型和卡爾曼濾波器設(shè)計，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
[0022]上述衛(wèi)星數(shù)據(jù)服務(wù)器4利用實時動態(tài)方法處理載波相位。
[0023]上述衛(wèi)星數(shù)據(jù)服務(wù)器4把計算出來的高精度軌道參數(shù)轉(zhuǎn)發(fā)給移動用戶6。
[0024]本發(fā)明的工作原理如下:本發(fā)明利用集成在移動網(wǎng)中通訊基站和基站上固有的衛(wèi)星時間同步用的衛(wèi)星接收機，輸出原始數(shù)據(jù)，在知道基站位置的情況下，計算同步衛(wèi)星和傾斜軌道同步衛(wèi)星的軌道參數(shù)。
[0025]同步衛(wèi)星和傾斜軌道同步衛(wèi)星的衛(wèi)星時鐘和衛(wèi)星軌道參數(shù)有很強的相關(guān)性。本發(fā)明利用獨立的方法精密確定參考基站的時鐘。一般說來，基站上的同步芯片可以同時接受多星座的信號，比方說利用GPS的時鐘信號和GL0NASS的時鐘信號，精密確定分布式基站的時間。這樣衛(wèi)星軌道參數(shù)和衛(wèi)星時鐘可以分別計算出來。
[0026]大規(guī)模地域分布比上方法的好處:1單頻接收機的參考基站可以求解出電離層、對流層的影響，2有良好的幾何分布，幾何精度因子比較小。3利用單頻接收機，價格便宜。4大量獨立的測量數(shù)據(jù)，利用Kalman濾波器和統(tǒng)計方法，得到高精度定軌、和高精度原子鐘的時間修正參數(shù)。
[0027]本發(fā)明主要包括多普勒、偽距離、雙差方程等測量模型，其中偽距離測量模型的方程式可表示如下:
[0028]
【權(quán)利要求】
1.一種嵌入在移動通訊網(wǎng)中的衛(wèi)星定軌系統(tǒng)，其特征在于包括有若干個移動通訊基站(I)、衛(wèi)星數(shù)據(jù)服務(wù)器(4)、若干個移動用戶(6)，其中衛(wèi)星數(shù)據(jù)服務(wù)器(4)把計算出來的高精度軌道參數(shù)轉(zhuǎn)發(fā)給移動用戶(6)，移動通訊基站(I)將采集到的衛(wèi)星原始數(shù)據(jù)發(fā)送到衛(wèi)星數(shù)據(jù)服務(wù)器(4)，衛(wèi)星數(shù)據(jù)服務(wù)器(4)把計算出來的高精度軌道參數(shù)提供給衛(wèi)星地面控制中心(7)，衛(wèi)星地面控制中心(7)再利用衛(wèi)星地面站(8)傳輸衛(wèi)星軌道修正給導(dǎo)航同步衛(wèi)星(9)和傾斜軌道同步衛(wèi)星(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌入在移動通訊網(wǎng)中的衛(wèi)星定軌系統(tǒng)，其特征在于上述移動通訊基站(I)上還設(shè)有基站電腦(3 )，移動用戶(6 )通過數(shù)據(jù)網(wǎng)路(5 )與基站電腦(3 )連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌入在移動通訊網(wǎng)中的衛(wèi)星定軌系統(tǒng)，其特征在于上述移動通訊基站(I)上還設(shè)有時間同步用的衛(wèi)星接收機(2 )，衛(wèi)星接收機(2 )用于衛(wèi)星原始數(shù)據(jù)的采集并利用衛(wèi)星時間來實現(xiàn)時間同步。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌入在移動通訊網(wǎng)中的衛(wèi)星定軌系統(tǒng)，其特征在于上述移動通訊基站(I)上的衛(wèi)星接收機(2)輸出衛(wèi)星測量的原始數(shù)據(jù)包括有偽距離、多普勒和載波相位測量值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌入在移動通訊網(wǎng)中的衛(wèi)星定軌系統(tǒng)，其特征在于上述移動通訊基站(I)上的基站電腦(3)利用循環(huán)存儲器存儲所述的原始數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌入在移動通訊網(wǎng)中的衛(wèi)星定軌系統(tǒng)，其特征在于上述衛(wèi)星數(shù)據(jù)服務(wù)器(4)是利用基于統(tǒng)計模型和卡爾曼濾波器設(shè)計，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌入在移動通訊網(wǎng)中的衛(wèi)星定軌系統(tǒng)，其特征在于上述衛(wèi)星數(shù)據(jù)服務(wù)器(4)利用實時動態(tài)方法處理載波相位。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌入在移動通訊網(wǎng)中的衛(wèi)星定軌系統(tǒng)，其特征在于上述衛(wèi)星數(shù)據(jù)服務(wù)器(4)把計算出來的高精度軌道參數(shù)轉(zhuǎn)發(fā)給移動用戶(6)。
【文檔編號】H04W84/06GK103543454SQ201310460360
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月30日
【發(fā)明者】邱樹澤, 鄒俊成, 陳櫻婷, 劉浩成, 王峰 申請人:廣東工業(yè)大學(xué)