CN111381259A - 一种利用低轨卫星对北斗导航***进行增强的方法及*** - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种利用低轨卫星对北斗导航***进行增强的方法及***，包括：步骤M1：在建立全球覆盖的低轨导航增强卫星星座的基础上，地面站获取IGMAS精密轨道、钟差；步骤M2：将地面站获取的IGMAS精密轨道、钟差上注给低轨导航增强卫星；步骤M3：低轨导航增强卫星使用接收到的IGMAS精密轨道、钟差以及北斗卫星的导航信息计算低轨导航增强卫星的位置、钟差，并且向地面用户播发低轨导航增强卫星生成的导航信息；步骤M4：地面用户使用地面接收机接收北斗卫星的导航信息的同时接收低轨导航增强卫星的导航信息，提高定位精度及收敛速度。本发明能够增强北斗导航***的性能，提高地面接收机定位精度和收敛速度。

Description

一种利用低轨卫星对北斗导航***进行增强的方法及***
技术领域
本发明涉及卫星导航定位技术领域，具体地，涉及一种利用低轨卫星对北斗导航***进行增强的方法及***。
背景技术
随着我国北斗卫星导航***的快速发展，北斗导航已经在越来越多的领域中得到应用。目前，地面用户如果仅依靠北斗卫星来进行定位，即使用北斗广播星历以及北斗接收机的伪距观测量，只能达到米级甚至更差的精度，已经不能满足诸如高精度测绘、自动驾驶等领域的需求。为了提高地面用户定位的精度，当前普遍的思路是使用地基增强***网络来达到目的。然而，该方法存在在海洋、沙漠等地区无法建站或建站难等问题，难以实现全国乃至全球的覆盖，同时，由于高精度定位需要使用载波相位观测量，这就涉及到整周模糊度的解算，使用地基增强的方法定位收敛时间较长。
综上可知，卫星导航定位领域亟需一种可以全球覆盖的，同时又可以实现快速高精度定位的导航增强方法出现。
专利文献CN109001763A(申请号：201810566046.8)公开了一种基于低轨星座的导航增强方法及***，该方法包含：(a)利用低轨星座卫星播发导航直发信号和导航增强信息；(b)用户综合利用导航卫星和低轨卫星的导航直发信号，以及导航增强信息进行精密定位、测速和授时。该方法借助低轨卫星快速移动特性可增强用户观测空间几何构型，缩短用户精密定位初始化时间。用户接收机与通用卫星导航接收机硬件构造相同，仅需单向接收导航卫星和低轨卫星直发信号就能实现快速精密定位，无需考虑其它数据通信链路。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种利用低轨卫星对北斗导航***进行增强的方法及***。
根据本发明提供的一种利用低轨卫星对北斗导航***进行增强的方法，包括：
步骤M1：在建立全球覆盖的低轨导航增强卫星星座的基础上，地面站获取IGMAS精密轨道、钟差；
步骤M2：将地面站获取的IGMAS精密轨道、钟差上注给低轨导航增强卫星；
步骤M3：低轨导航增强卫星使用接收到的IGMAS精密轨道、钟差以及北斗卫星的导航信息计算低轨导航增强卫星的位置、钟差，并且向地面用户播发低轨导航增强卫星生成的导航信息；
步骤M4：地面用户使用地面接收机接收北斗卫星的导航信息的同时接收低轨导航增强卫星的导航信息，并利用北斗卫星的导航信息和低轨导航增强卫星的导航信息计算地面用户的位置。
优选地，所述步骤M2包括：将地面站获取的IGMAS精密轨道、钟差按照预设时间间隔上注给低轨导航增强卫星。
优选地，所述预设时间间隔最长为24小时。
优选地，所述步骤M3中星载北斗接收机的导航信息包括：伪距观测量和载波相位观测量。
优选地，所述步骤M3中低轨导航增强卫星生成的导航信息包括：地面站上注的IGMAS精密轨道及钟差、低轨导航增强卫星的位置及钟差、测距信号。
根据本发明提供的一种利用低轨卫星对北斗导航***进行增强的***，包括：
模块M1：在建立全球覆盖的低轨导航增强卫星星座的基础上，地面站获取IGMAS精密轨道、钟差；
模块M2：将地面站获取的IGMAS精密轨道、钟差上注给低轨导航增强卫星；
模块M3：低轨导航增强卫星使用接收到的IGMAS精密轨道、钟差以及北斗卫星的导航信息计算低轨导航增强卫星的位置、钟差，并且向地面用户播发低轨导航增强卫星生成的导航信息；
模块M4：地面用户使用地面接收机接收北斗卫星的导航信息的同时接收低轨导航增强卫星的导航信息，并利用北斗卫星的导航信息和低轨导航增强卫星的导航信息计算地面用户的位置。
优选地，所述模块M2包括：将地面站获取的IGMAS精密轨道、钟差按照预设时间间隔上注给低轨导航增强卫星。
优选地，所述预设时间间隔最长为24小时。
优选地，所述模块M3中星载北斗接收机的导航信息包括：伪距观测量和载波相位观测量。
优选地，所述模块M3中低轨导航增强卫星生成的导航信息包括：地面站上注的IGMAS精密轨道及钟差、低轨导航增强卫星的位置及钟差、测距信号。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、使用低轨卫星组网可以覆盖全球绝大部分地区，包括海洋、沙漠等，使用范围更加广泛；
2、由于本发明使用IGMAS精密轨道、钟差产品代替北斗卫星广播星历，而前者的精度大大高于广播星历，因此可以提高地面用户的定位精度；
3、由于本发明除了接收北斗卫星的导航信号以外，还接收低轨导航增强卫星产生的导航信号，相比于北斗卫星，低轨导航增强卫星相对地面用户接收机的仰角变化更快，这可以增强北斗导航***的性能，更快地解出整周模糊度，加快定位收敛速度，提高地面接收定位精度。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的实施原理示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
根据本发明提供的一种利用低轨卫星对北斗导航***进行增强的方法，包括：
步骤M1：在建立全球覆盖的低轨导航增强卫星星座的基础上，地面站从互联网网站上下载获取IGMAS精密轨道、钟差；
步骤M2：将地面站获取的IGMAS精密轨道、钟差上注给低轨导航增强卫星；
具体地，所述步骤M2包括：地面站上注的IGMAS精密轨道、钟差的产品类型为超快速预报轨道、钟差，每两次上注的最长时间间隔为24小时。
步骤M3：低轨导航增强卫星使用接收到的IGMAS精密轨道、钟差以及北斗卫星的导航信息计算低轨导航增强卫星的位置、钟差，并且向地面用户播发低轨导航增强卫星生成的导航信息；低轨导航增强卫星在计算自身位置、钟差时，需要用到IGMAS精密轨道、钟差，而不使用北斗广播星历。
低轨导航增强卫星星上使用IGMAS精密轨道、钟差代替北斗广播星历，再结合低轨导航增强卫星自身的动力学模型以及星载北斗接收机的观测量进行自身位置、钟差的计算。
具体地，所述步骤M3中星载北斗接收机的导航信息包括：伪距观测量和载波相位观测量。
具体地，所述步骤M3中低轨导航增强卫星生成的导航信息包括：地面站上注的IGMAS精密轨道及钟差、低轨导航增强卫星的位置及钟差、测距信号。
步骤M4：地面用户使用地面接收机接收北斗卫星的导航信息的同时接收低轨导航增强卫星的导航信息，提高定位精度及收敛速度。
低轨导航增强卫星星上所有导航增强相关设备的时间基准必须高度统一。
根据本发明提供的一种利用低轨卫星对北斗导航***进行增强的***，包括：
模块M1：在建立全球覆盖的低轨导航增强卫星星座的基础上，地面站从互联网网站上下载获取IGMAS精密轨道、钟差；
模块M2：将地面站获取的IGMAS精密轨道、钟差上注给低轨导航增强卫星；
具体地，所述模块M2包括：地面站上注的IGMAS精密轨道、钟差的产品类型为超快速预报轨道、钟差，每两次上注的最长时间间隔为24小时。
模块M3：低轨导航增强卫星使用接收到的IGMAS精密轨道、钟差以及北斗卫星的导航信息计算低轨导航增强卫星的位置、钟差，并且向地面用户播发低轨导航增强卫星生成的导航信息；低轨导航增强卫星在计算自身位置、钟差时，需要用到IGMAS精密轨道、钟差，而不使用北斗广播星历。
低轨导航增强卫星星上使用IGMAS精密轨道、钟差代替北斗广播星历，再结合低轨导航增强卫星自身的动力学模型以及星载北斗接收机的观测量进行自身位置、钟差的计算。
具体地，所述模块M3中星载北斗接收机的导航信息包括：伪距观测量和载波相位观测量。
具体地，所述模块M3中低轨导航增强卫星生成的导航信息包括：地面站上注的IGMAS精密轨道及钟差、低轨导航增强卫星的位置及钟差、测距信号。
模块M4：地面用户使用地面接收机接收北斗卫星的导航信息的同时接收低轨导航增强卫星的导航信息，提高定位精度及收敛速度。
低轨导航增强卫星星上所有导航增强相关设备的时间基准必须高度统一。
以下优选例对本发明作进一步详细说明：
图1显示了本实施例中本发明的基本构成和原理。如图1所示，要实现本发明所述一种利用低轨卫星对北斗导航***进行增强的方法，***组成包括：IGMAS数据中心、地面上注站、北斗卫星、低轨导航增强卫星以及地面用户。具体实施步骤如下：
步骤一：地面上注站从IGMAS数据中心每隔一定的时间(最长24小时)获取最新的IGMAS超快预报轨道、钟差产品，并通过上行通道上注到低轨导航增强卫星；
步骤二：低轨导航增强卫星使用地面上注的IGMAS超快预报星历及钟差、星载北斗接收机的观测数据以及低轨导航增强卫星的动力学模型，在星上实时计算自身的位置及钟差；
步骤三：低轨导航卫星向地面用户播发其自身产生的导航信号，包括：地面上注的IGMAS精密轨道及钟差、低轨导航增强卫星自身的位置及钟差、测距信号；
步骤四：地面用户使用北斗接收机在解算自身位置时，除了接收北斗卫星的导航信号，同时还接收低轨导航增强卫星播发的导航信号，由于使用了IGMAS超快预报轨道、钟差产品代替北斗卫星广播星历，并且引入比北斗卫星对于地面用户接收机仰角变化更快的低轨导航增强卫星，所以能够提高地面用户的定位精度及收敛速度。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的***、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的***、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的***、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种利用低轨卫星对北斗导航***进行增强的方法，其特征在于，包括：
步骤M1：在建立全球覆盖的低轨导航增强卫星星座的基础上，地面站获取IGMAS精密轨道、钟差；
步骤M2：将地面站获取的IGMAS精密轨道、钟差上注给低轨导航增强卫星；
步骤M3：低轨导航增强卫星使用接收到的IGMAS精密轨道、钟差以及北斗卫星的导航信息计算低轨导航增强卫星的位置、钟差，并且向地面用户播发低轨导航增强卫星生成的导航信息；
步骤M4：地面用户使用地面接收机接收北斗卫星的导航信息的同时接收低轨导航增强卫星的导航信息，并利用北斗卫星的导航信息和低轨导航增强卫星的导航信息计算地面用户的位置。
2.根据权利要求1所述的一种利用低轨卫星对北斗导航***进行增强的方法，其特征在于，所述步骤M2包括：将地面站获取的IGMAS精密轨道、钟差按照预设时间间隔上注给低轨导航增强卫星。
3.根据权利要求2所述的一种利用低轨卫星对北斗导航***进行增强的方法，其特征在于，所述预设时间间隔最长为24小时。
4.根据权利要求1所述的一种利用低轨卫星对北斗导航***进行增强的方法，其特征在于，所述步骤M3中星载北斗接收机的导航信息包括：伪距观测量和载波相位观测量。
5.根据权利要求1所述的一种利用低轨卫星对北斗导航***进行增强的方法，其特征在于，所述步骤M3中低轨导航增强卫星生成的导航信息包括：地面站上注的IGMAS精密轨道及钟差、低轨导航增强卫星的位置及钟差和测距信号。
6.一种利用低轨卫星对北斗导航***进行增强的***，其特征在于，包括：
模块M1：在建立全球覆盖的低轨导航增强卫星星座的基础上，地面站获取IGMAS精密轨道、钟差；
模块M2：将地面站获取的IGMAS精密轨道、钟差上注给低轨导航增强卫星；
模块M3：低轨导航增强卫星使用接收到的IGMAS精密轨道、钟差以及北斗卫星的导航信息计算低轨导航增强卫星的位置、钟差，并且向地面用户播发低轨导航增强卫星生成的导航信息；
模块M4：地面用户使用地面接收机接收北斗卫星的导航信息的同时接收低轨导航增强卫星的导航信息，并利用北斗卫星的导航信息和低轨导航增强卫星的导航信息计算地面用户的位置。
7.根据权利要求6所述的一种利用低轨卫星对北斗导航***进行增强的***，其特征在于，所述模块M2包括：将地面站获取的IGMAS精密轨道、钟差按照预设时间间隔上注给低轨导航增强卫星。
8.根据权利要求7所述的一种利用低轨卫星对北斗导航***进行增强的***，其特征在于，所述预设时间间隔最长为24小时。
9.根据权利要求6所述的一种利用低轨卫星对北斗导航***进行增强的方法***，其特征在于，所述模块M3中星载北斗接收机的导航信息包括：伪距观测量和载波相位观测量。
10.根据权利要求6所述的一种利用低轨卫星对北斗导航***进行增强的***，其特征在于，所述模块M3中低轨导航增强卫星生成的导航信息包括：地面站上注的IGMAS精密轨道及钟差、低轨导航增强卫星的位置及钟差和测距信号。
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