[发明专利]一种针对终端载体为低轨卫星的卫星导航信号仿真方法

说明书

本发明提供一种针对终端载体为低轨卫星的导航信号仿真方法，该方法在传统卫星信号仿真的基础上，考虑低轨卫星处于电离层中间，导航信号未完全穿越电离层的特点，对传统的电离层模型做相应改进，乘以与低轨卫星高度相关的比例因子,得到适应于低轨的电离层模型。另外，由于电离层模型无法完全表征真实的电离层状态，通常仅能修正真实时延60％～70％，所以在计算伪距叠加电离层误差时乘以系数1.3，以达到更贴近实际的状态。在生成导航电文时，直接采用设置电离层参数。通过以上方法，实现了对低轨卫星所接收的卫星导航信号的仿真模拟，为低轨卫星所搭载的GNSS接收机及相关系统提供了测试工具。

技术领域

本发明属于卫星导航领域，涉及一种针对终端载体为低轨卫星的卫星导航信号仿真方法。

背景技术

全球卫星导航定位系统具有全球、全天候、连续和高精度的特点。目前广泛应用于陆地、海洋、航空航天等领域。低轨卫星(low earth orbit，LEO)由于轨道高度低，一般在200～1000km之间，具备传输延时短、路径损耗小的特点，多应用于军事探测和移动通信领域。

通常离地面约70～1000km的大气层被称为电离层。当电磁波穿过充满电子的电离层时，它的传播速度和方向会发生变化，由此造成卫星导航测量中的电离层时延误差。在导航信号仿真过程中，需考虑电离层时延误差仿真。目前常用的电离层仿真有两种，一是采用外部实际电离层格网点数据，进行插值获得所需位置的电离层时延，同时通过海量的电离层格网点数据反演导航电文中电离层参数；另一种是采用全球卫星导航系统接口控制文件中公开的电离层模型(GPS为GPSKlob模型、BD2为BDSKlob模型、BD3为BDGIM模型)，设置电离层模型参数，根据模型计算得到电离层时延，导航电文中直接播发所设置的电离层参数。第一种方法的优点是准确，缺点是依赖外部数据且计算量过大；第二种方法优点是计算简便，缺点是当载体是低轨卫星时，描述电离层时延不正确。

电离层薄层假说是将电离层自由电子集中在某一指定高度无限薄的球面上，在该球面上对电离层自由电子的水平分布进行建模。对于完全穿越电离层的信号，采用基于电离层薄层假说的电离层模型，可有效建模模拟电离层延迟；对于处于70～1000km中的，未完全穿越整个电离层的情况，基于电离层薄层假说的电离层模型就不适用。GPSKlob、BDSKlob、BDGIM模型均是基于电离层薄层假说，低轨卫星位置处于电离层中间，卫星导航信号不会完全穿越电离层。所以GPSKlob、BDSKlob、BDGIM模型不适用于对载体是低轨卫星的电离层仿真。

发明内容

本发明的目的在于：克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种针对终端载体为低轨卫星的卫星导航信号仿真方法。该方法在现有的卫星导航信号仿真基础上，针对低轨卫星处于电离层中间的特点，对电离层模型进行适应性修正，实现了对低轨卫星所接收的卫星导航信号的仿真模拟，为低轨卫星所搭载的GNSS接收机及相关系统提供了测试工具。

本发明采用的技术方案为：

一种针对终端载体为低轨卫星的卫星导航信号仿真方法，包含如下步骤：

步骤1，设置仿真环境，包括仿真时刻、星历、钟差、电离层参数、低轨卫星载体轨道点位文件；

步骤2，仿真低轨卫星载体信息；

步骤3，仿真导航星信息，计算出导航星的卫星位置；

步骤4，仿真空间环境效应；

步骤5，仿真观测数据；

步骤6，根据仿真时刻、星历、钟差、电离层参数生成符合接口文件的导航电文。

进一步的，所述低轨卫星载体轨道点位文件中包括低轨卫星的位置、速度、加速度、加加速度信息。

进一步的，在步骤2中，根据设定的低轨卫星载体轨道点位文件和仿真时刻，获取低轨卫星载体在ECEF坐标系的位置。