[发明专利]一种可替代传统无线电导航系统的大区域高精度定位方法

权利要求书

1.一种可替代传统无线电导航系统的大区域高精度定位方法，包含以下几个步骤：

步骤一：根据基站覆盖范围选择地域高点建站，确定基站的精确地理位置；

根据被服务区域大小及环境特征，以每个基站覆盖300公里(半径)左右为原则，规划基站布局，在地域高点(或原导航台站)架设信号发射基站，基站在架设时需保证被服务区域用户在同一时间内至少收到4个不同基站发出的信号，基站之间的直线距离为几百km至上千km。为保证定位精度，各基站组成的定位网络应使服务区域的DOP值尽量小；基站架设完成后，需知道基站准确的地理位置，其地理坐标可通过事先标定，或采用GNSS差分技术获取；

步骤二：基站之间进行时钟同步，采用精密原子钟实现，或者采用时间比对技术或卫星导航的差分技术；

地面基站主要由两部分构成：时钟同步部分和信号产生发射部分。采用原子钟提供基准频率，以保证其精度和稳定性。也可以采用光纤同步、时间比对技术或卫星导航差分定位技术，以同步各基站间信号源的时钟。

步骤三：确定无线电导航信号体制，包括载波频率的选择以及调制方式的确定，各基站发射定位信号；

(1)确定频率

无线电导航信号的载波频段为20MHz-200MHz，带宽小于等于5MHz；

(2)调制方式

本发明的无线电信号采用CPM(ContinuousPhaseModulation)调制方式，选择该调制方式综合考虑了可用带宽、信号旁瓣的衰减程度等。相比于卫星导航的BPSK和BOC信号的调制频谱，CPM信号功率集中度更高、旁瓣衰减更迅速、对带外干扰更小，这样在得到较高的信噪比的同时，对邻近频带的信号干扰也较小，并且可有效节省频率资源。

步骤四：接收终端根据基站发射的无线电导航信号进行定位解算，定位终端测量方法为伪随机码的伪距测量和载波相位伪距测量相结合的方法；

(1)CPM解调器的解调步骤为：

中频信号通过带通滤波器滤除带外噪声，再用两路正交载频对滤波的信号进行差频，然后译码出信息码元，最后进行串并转换，得到信息比特流。

(2)定位数据解算

首先，采用伪码测距进行距离粗测；其次，再以载波相位测距进行精确测量，最终得到高精度的定位数据。

2.本发明通过大区域多个地面高点基站发射本发明设计的穿透力强、覆盖范围广的无线电导航信号，各基站根据目标区域按照较优的GDOP进行布局，基站的地理坐标位置事先已知或进行精确标定，各基站之间的时间同步采用光纤同步、时间比对技术、卫星导航的差分技术或精密原子钟实现。室内外一体定位终端通过接收多个基站辐射的无线电导航信号，进行导航电文信息提取，通过对无线电信号的伪码粗测距和相位精测距，最终解算出终端用户的高精度定位信息。具体的技术创新点包括：

(1)采用低频载波

系统采用100MHz上下的低频载波，信号在地球表面传播，传播距离比高频信号远；该频率范围的信号对建筑墙体及楼板的穿透能力大大增加，因此其在室内外的覆盖范围会大幅上升。

(2)地面布站

根据基站的覆盖范围(300公里左右)，系统采用在区域内地面高点布站的方式，地面基站的精确位置已知，时钟是原子钟，时间基准精确。避免了卫星的星历星钟和大气传播过程中的电离层和对流层误差。

(3)采用合理发射功率

本发明选用合理的发射功率，可为几十瓦、几百瓦甚至更强，只经过几百km至上千km的传播(远小于卫星导航信号的传播距离)，接收的信号强壮、抗干扰能力强。

(4)采用伪随机码体制

本发明采用伪随机码扩频通信体制，由于信号良好的自相关特性，具有很高的扩频增益，可以高灵敏接收微弱信号。因此信号传播距离远，覆盖范围广。

(5)采用伪码加载波相位的混合测距方式

本系统采用伪距粗测距，确定整周模糊度；再以载波相位测距进行精确测量。二者结合实现高精度的距离测量。

(6)采用CPM调制

本发明设计的无线电导航信号调制方式为CPM调制，信号能量更集中于中心频率处，旁瓣衰减更快，因此降低了信号有效带宽。