[发明专利]基于中继卫星辅助的地基导航系统

说明书

本发明公开的一种基于中继卫星辅助的地基导航系统，利用本发明可有效克服传统基于单向测量的地基导航系统存在的导航覆盖区域小、定位精度差等不足的问题。本发明通过下述技术方案予以实现：若干地面导航站两两之间利用一颗中继卫星实现双向时间频率传递，实现站间同步精度达到ns量级的高精度时间同步；地基导航系统选取地面导航站网络中的一个地面导航站与中继卫星进行星地双向时间频率传递；各地面导航站与中继卫星分别基于自身的参考时钟播发导航信号，测量用户导航终端相对各地面导航站的伪距和相对中继卫星的伪距；最后，结合相对于各地面导航站的伪距测量值及相对于中继卫星的伪距测量值，采用几何定位方法实现对用户的实时导航定位。

技术领域

本发明涉及一种基于中继卫星辅助的地基导航系统，该系统可应用于武器试验靶场、港口、露天矿井高精度导航定位等军民相关领域。

背景技术

根据距离信息测量方式的不同，传统的地基导航系统大致可分为两类。一类是基于单向测量的地基导航系统，一类是基于双向测量的地基导航系统。基于单向测量的地基导航系统，由于用户导航终端钟差的存在，与传统的卫星导航系统类似，用户导航终端需同时至少与4个地面导航基准站可见，方可实现导航定位。基于单向测量的地基导航系统实现有效工作的前提是保证各地面导航站之间的高精度时间同步。根据地基导航系统覆盖范围及地面导航基准站的部署区域，目前的站间时间同步方法主要包括基于微波链路的站间高精度时间同步及基于GEO卫星的双向时间频率传递两种方法，两种方法均为成熟技术，且同步精度可达ns量级。基于单向测量的地基导航系统的导航信号源部署于地球表面，相比于各类卫星导航系统，系统建设、运维成本低；这种采用单向测距的工作模式，可同时满足其覆盖范围内的任意数量用户终端的导航定位需求。由于地球表面布站的局限性，当用户终端飞行高度较高时，由于接收机钟差的存在，其TDOP(Time Dilution of Precision)值及GDOP(Geometric Dilution of Precision)值将急剧增大，导致定位误差快速恶化，甚至无法定位。单向测量地基导航定位的不足之处在于，单向测量的地基导航系统存在的导航覆盖区域小、定位精度差。

针对接收机钟差对单向测量地基导航系统导航定位精度的影响，一些学者提出了基于双向测量的地基导航系统.该系统每个地面导航基准站发射导航信号，用户终端接收信号并非相干转发，地面导航基准站接收转发信号实现相对距离的测量由双向测量原理可知，各站的测量值均为应答机采样时刻的双向测量值，因此导航定位解算中无需考虑钟差的影响，即仅需三个站即可实现导航定位。基于双向测量的地基导航系统定位采用双向测量的方式实现相对距离的测量，消除了钟差对系统PDOP值的影响，可以有效降低系统的PDOP值。在相同测量误差的条件下，导航定位精度有显著提高。但基于双向测量的地基导航系统地面导航基站及用户导航终端较为复杂，该系统采用双向测量方法来实现相对距离的测量，可支持的用户数有限。

由于北斗卫星导航定位系统导航信号较弱，在复杂电磁环境下易受电磁干扰；北斗导航卫星以MEO卫星为主，其轨道高度约为20000km，难以实现对飞行高度大于10000km的高轨飞行器的高精度导航定位。针对北斗卫星导航定位系统的上述不足，一些新的导航定位系统获得了快速发展且取得了较好的效果。其中具有代表性有Locata地基导航定位系统、eLoran陆基导航定位系统等。

发明内容

本发明的目的是针对现有地基导航系统存在的不足，提出一种基于中继卫星辅助的地基导航系统，该系统可有效解决传统基于单向测量的地基导航系统存在的导航覆盖区域小、定位精度差等不足，同时可克服基于双向测量的地基导航系统地面导航站及用户导航终端设计复杂，且可支持的用户导航终端数量有限等问题。