專利名稱：戰(zhàn)區(qū)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種戰(zhàn)區(qū)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)中的導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)射的導(dǎo)航信號比較微弱，而且以固定的頻率發(fā)射，如果不采取一些反干擾措施，那么就會不可避免地受到干擾，特別是在戰(zhàn)爭的環(huán)境中，敵方總是要試圖對衛(wèi)星信號進行干擾。例如，一個發(fā)射功率為1W的全球定位系統(tǒng)(GPS)干擾機可使100km范圍內(nèi)的C/A碼接收機失靈，而10W的干擾機就可使10km范圍內(nèi)的P碼接收機失靈。現(xiàn)代戰(zhàn)爭中精確制導(dǎo)武器使用的比例已占到整個武器使用量的95％以上，其中相當(dāng)一部分是采用衛(wèi)星導(dǎo)航進行制導(dǎo)的武器，所以武器對衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的依賴性非常大。因此，保護衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在受到干擾的環(huán)境下也能進行正常導(dǎo)航定位，對現(xiàn)代戰(zhàn)爭具有重要意義和研究價值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是公開一種戰(zhàn)區(qū)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，以解決衛(wèi)星導(dǎo)航信號微弱，克服敵方對衛(wèi)星信號進行的干擾，使衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在受到干擾的環(huán)境下也能進行正常導(dǎo)航定位。
本發(fā)明的又一目的是公開一種戰(zhàn)區(qū)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，其用現(xiàn)有設(shè)備構(gòu)成，組合簡便，確提高了衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的定位精度。
為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是提供一種戰(zhàn)區(qū)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，包括地球同步衛(wèi)星、偽衛(wèi)星、用戶導(dǎo)航設(shè)備；其至少由四顆偽衛(wèi)星組成偽衛(wèi)星星座，這些偽衛(wèi)星廣播導(dǎo)航信號，該導(dǎo)航信號的功率大于干擾功率；該信號由偽衛(wèi)星直接生成，或由偽衛(wèi)星接收地球同步衛(wèi)星和其它衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的導(dǎo)航信號，然后將信號放大后轉(zhuǎn)發(fā)；對于用戶導(dǎo)航設(shè)備的接收機，能夠接收偽衛(wèi)星的星歷，以接收偽衛(wèi)星星座的信號。
所述的戰(zhàn)區(qū)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，其所述偽衛(wèi)星星座中，包括至少三顆空中偽衛(wèi)星和至少一顆地面?zhèn)涡l(wèi)星或不少于四顆的多種偽衛(wèi)星的組合。
所述的戰(zhàn)區(qū)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，其所述空中偽衛(wèi)星，包括機載偽衛(wèi)星、球載偽衛(wèi)星，使用直發(fā)式或轉(zhuǎn)發(fā)式偽衛(wèi)星；地面?zhèn)涡l(wèi)星，包括地面固定偽衛(wèi)星、車載偽衛(wèi)星和艦載偽衛(wèi)星，使用直發(fā)式偽衛(wèi)星。
本發(fā)明的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，偽衛(wèi)星覆蓋范圍有限，但卻機動靈活，投資少，在戰(zhàn)區(qū)內(nèi)可起到增強和補充衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)信號組成的作用，且偽衛(wèi)星信號比較強，提高了衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的抗干擾能力，解決了衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)抗干擾的問題，并提高了衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的定位精度。
本發(fā)明的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)具有精度高、實時性強、全天候等特點，從1991年的海灣戰(zhàn)爭、1995年的波黑戰(zhàn)爭、1998年的“沙漠之狐”行動、2003年的伊拉克戰(zhàn)爭，美軍都大規(guī)模地應(yīng)用GPS技術(shù)。據(jù)估計，美國在伊拉克戰(zhàn)爭中所使用的武器有80％要通過衛(wèi)星制導(dǎo)。現(xiàn)代戰(zhàn)爭中精確制導(dǎo)武器對衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的依賴性非常大，衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)不僅是現(xiàn)代戰(zhàn)爭的重要支援系統(tǒng)，而且已經(jīng)成為現(xiàn)代武器裝備系統(tǒng)的重要組成部分。但是，GPS的“軟肋”是易受干擾，據(jù)說伊拉克就曾使用了GPS干擾機使美國的部分導(dǎo)彈偏離了目標(biāo)。而本發(fā)明專利戰(zhàn)區(qū)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)可以解決衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)容易受干擾的這一問題，而且在沒有衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)可用的時候也可以組成一個由偽衛(wèi)星組成的導(dǎo)航定位系統(tǒng)，因此具有很大的軍事應(yīng)用價值。


圖1本發(fā)明機載偽衛(wèi)星組成的戰(zhàn)區(qū)導(dǎo)航定位系統(tǒng)示意圖；圖2本發(fā)明地面?zhèn)涡l(wèi)星組成的戰(zhàn)區(qū)導(dǎo)航定位系統(tǒng)示意圖；圖3本發(fā)明球載偽衛(wèi)星組成的戰(zhàn)區(qū)導(dǎo)航定位系統(tǒng)示意圖；圖4本發(fā)明兩種以上偽衛(wèi)星組合組成的戰(zhàn)區(qū)導(dǎo)航定位系統(tǒng)示意圖。
具體實施本發(fā)明專利為戰(zhàn)區(qū)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，是通過使用多種不同類型的偽衛(wèi)星來增強衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。因為至少需要4顆衛(wèi)星信號才能進行衛(wèi)星導(dǎo)航定位，因此，若使用偽衛(wèi)星組成戰(zhàn)區(qū)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，那么同樣也至少需要4顆偽衛(wèi)星來形成一個由偽衛(wèi)星組成的偽衛(wèi)星星座，這些偽衛(wèi)星廣播大功率信號(信號既可以是由偽衛(wèi)星直接生成，也可以是偽衛(wèi)星接收地球同步衛(wèi)星或其它衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的導(dǎo)航信號，然后將信號放大后轉(zhuǎn)發(fā))，在受到干擾的戰(zhàn)場環(huán)境下為己方或友方部隊提供精確的導(dǎo)航信息，使偽衛(wèi)星的信號功率超過敵方的干擾信號。偽衛(wèi)星既可以采用地面固定偽衛(wèi)星(安置在地面上)；車載移動偽衛(wèi)星(安置在車上)，也可以采用機載偽衛(wèi)星(安置在無人機上)；球載偽衛(wèi)星(安置在氣球或飛艇上)，還可以采用艦載偽衛(wèi)星(安置在艦艇上)，或者是采用幾種不同類型的偽衛(wèi)星的組合。本發(fā)明專利特別強調(diào)的是多種不同類型的偽衛(wèi)星組合的方案。對于接收機來說，只需對軟件稍作改動就能接收偽衛(wèi)星星座的信號。
星座布局對于單獨使用空中偽衛(wèi)星組成的星座，由于接收機相對于偽衛(wèi)星的距離變化不大，故而沒有眾所周知的“遠-近”問題，星座布局設(shè)計只要能夠保證系統(tǒng)具有比較好的GDOP就可以了。但對于由地面上的多種不同類型的偽衛(wèi)星組成的星座和由空中偽衛(wèi)星和地面?zhèn)涡l(wèi)星組成的星座，如果星座布局設(shè)計的不好，那么接收機相對于地面?zhèn)涡l(wèi)星距離的變化，或者接收機相對于地面?zhèn)涡l(wèi)星和空中偽衛(wèi)星距離的變化就可能會比較大，因而就會出現(xiàn)“遠-近”問題，接收機就會出現(xiàn)不能接收全部偽衛(wèi)星信號的現(xiàn)象，從而不能進行導(dǎo)航定位，這樣就使問題復(fù)雜化了。因此，為了避免這種問題，對于由多種不同類型偽衛(wèi)星組成的星座，必須要仔細進行星座布局的設(shè)計來避免“遠-近”問題，以保證在戰(zhàn)場上空和周圍的區(qū)域內(nèi)，接收機相對于空中偽衛(wèi)星和地面?zhèn)涡l(wèi)星的距離的變化都不是很大。同時還可以考慮結(jié)合通過對偽衛(wèi)星的功率進行不同的分配，使接收機處接收到的各種不同類型的偽衛(wèi)星的信號電平基本上差不多(變化的范圍應(yīng)該在接收機的動態(tài)范圍之內(nèi))。
方案1使用機載偽衛(wèi)星。
在戰(zhàn)場上空使用至少4顆機載偽衛(wèi)星2(可以裝在無人機上)來廣播大功率信號，如附圖1所示，圖中，地球同步衛(wèi)星1、機載偽衛(wèi)星2、用戶導(dǎo)航設(shè)備3。相比地面?zhèn)涡l(wèi)星，機載偽衛(wèi)星2覆蓋范圍大，但導(dǎo)航精度卻低，因為無人機的運動會使無人機的位置測量產(chǎn)生較大的誤差。
方案2使用地面?zhèn)涡l(wèi)星。
在戰(zhàn)場周圍至少使用4顆地面?zhèn)涡l(wèi)星4(對地可以安置在比較高的山上，對空則可以安裝在地面上；可以是固定的，也可以是車載移動的)廣播大功率信號，如附圖2所示。將偽衛(wèi)星設(shè)置到地面上的缺點是減少了覆蓋范圍，但提高了導(dǎo)航精度，因為地面?zhèn)涡l(wèi)星4的位置可以測量得很精確。
方案3使用球載偽衛(wèi)星。
在戰(zhàn)場上空至少使用4顆球載偽衛(wèi)星22(安置在氣球或飛艇上)廣播大功率信號，如附圖3所示。由于氣球或飛艇等移動更平緩，因此球載偽衛(wèi)星22的位置可以測量的比較精確。
方案4使用兩種以上不同偽衛(wèi)星類型的組合。
在戰(zhàn)場上空和周圍至少使用4顆不同類型的偽衛(wèi)星來廣播大功率信號，如附圖4所示。這種方案可以保證一定的覆蓋范圍，而且導(dǎo)航精度降低很小。此外，如果使用位于空中的偽衛(wèi)星2、22和位于地面(包括海上)的偽衛(wèi)星4相結(jié)合的方式，還可以提高垂直方向的定位精度，因為偽衛(wèi)星在高度方向上分布拉開了。因此比較好的方案是使用位于空中的偽衛(wèi)星2、22和位于地面的偽衛(wèi)星4相結(jié)合的方式，如采用3顆機載偽衛(wèi)星2和1顆地面?zhèn)涡l(wèi)星4相結(jié)合的方案。
使用多種不同類型偽衛(wèi)星的組合時，由于偽衛(wèi)星彌補了導(dǎo)航衛(wèi)星信號微弱的現(xiàn)狀，可以增加衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的抗干擾能力。此外，多種不同類型的偽衛(wèi)星高低搭配(如空中偽衛(wèi)星和地面?zhèn)涡l(wèi)星)，可以明顯地改善衛(wèi)星星座的布局，甚至可以形成極優(yōu)的幾何精度衰減因子(GDOP)，使GDOP明顯減小，提高導(dǎo)航定位精度，降低導(dǎo)航定位誤差。多種不同類型偽衛(wèi)星的組成增加了星座的冗余度，會提高導(dǎo)航定位精度和系統(tǒng)可用性。不同類型偽衛(wèi)星的組合也可以增大衛(wèi)星的覆蓋面積，改善衛(wèi)星導(dǎo)航的可用性。偽衛(wèi)星提供額外的測距源使用戶在某顆衛(wèi)星失效的情況下仍能夠獲得優(yōu)良的導(dǎo)航性能。即使沒有衛(wèi)星失效，偽衛(wèi)星提供的額外測距源也可以對衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)進行增強。而且，單獨使用偽衛(wèi)星的定位系統(tǒng)可以用來取代衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的衛(wèi)星星座。使用多種不同類型的偽衛(wèi)星組合，可以提高戰(zhàn)區(qū)導(dǎo)航定位系統(tǒng)的精度、完善性和可用性。
多種不同類型的偽衛(wèi)星指由兩種以上不同類型的偽衛(wèi)星的組合。偽衛(wèi)星根據(jù)信號發(fā)射的方式，可以分為直發(fā)式和轉(zhuǎn)發(fā)式兩種。直發(fā)式是指由偽衛(wèi)星自己生成導(dǎo)航信號，然后將信號發(fā)射出去；轉(zhuǎn)發(fā)式是指偽衛(wèi)星接收來自衛(wèi)星發(fā)射的信號，然后經(jīng)過放大后透明地轉(zhuǎn)發(fā)信號。
轉(zhuǎn)發(fā)式偽衛(wèi)星主要由接收子系統(tǒng)、信號放大子系統(tǒng)和射頻子系統(tǒng)組成。接收子系統(tǒng)負責(zé)接收導(dǎo)航衛(wèi)星的信號；信號放大子系統(tǒng)負責(zé)將接收到的衛(wèi)星信號進行放大處理；射頻子系統(tǒng)負責(zé)將放大后的導(dǎo)航信號發(fā)射出去。
直發(fā)式偽衛(wèi)星主要由基帶子系統(tǒng)、時頻子系統(tǒng)、監(jiān)控子系統(tǒng)和射頻子系統(tǒng)組成?；鶐ё酉到y(tǒng)負責(zé)生成導(dǎo)航信號；時頻子系統(tǒng)負責(zé)系統(tǒng)時鐘及其同步，該子系統(tǒng)包含有原子鐘，系統(tǒng)中的時鐘都來自該子系統(tǒng)；監(jiān)控子系統(tǒng)負責(zé)對各個子系統(tǒng)進行管理和監(jiān)控；射頻子系統(tǒng)負責(zé)將導(dǎo)航信號發(fā)射出去。
轉(zhuǎn)發(fā)式偽衛(wèi)星相比直發(fā)式偽衛(wèi)星結(jié)構(gòu)比較簡單，因為轉(zhuǎn)發(fā)式偽衛(wèi)星不需要自己生成導(dǎo)航信號，而且不需要時頻子系統(tǒng)，但是轉(zhuǎn)發(fā)式偽衛(wèi)星依賴于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，而直發(fā)式偽衛(wèi)星卻不依賴于衛(wèi)星系統(tǒng)，可以自成系統(tǒng)。此外，地面轉(zhuǎn)發(fā)式偽衛(wèi)星也存在被干擾而接收不到衛(wèi)星信號的威脅，而地面直發(fā)式偽衛(wèi)星卻沒有這種威脅。所以比較好的方案就是多種不同類型的偽衛(wèi)星組合形成戰(zhàn)區(qū)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，空中的偽衛(wèi)星使用轉(zhuǎn)發(fā)式或直發(fā)式，而地面上的偽衛(wèi)星則使用直發(fā)式。
此外，在某些情況下，如在城市的高樓大廈或隧道中，由于衛(wèi)星信號受到遮擋，不能進行導(dǎo)航定位；或者在某些地區(qū)(如高緯度地區(qū))，衛(wèi)星星座的幾何布局不佳，會造成比較大的定位誤差。雖然可以使用差分系統(tǒng)來進行改善，但不管差分系統(tǒng)如何提高導(dǎo)航的定位精度、可靠性和完好性，也不能克服掉由于衛(wèi)星星座的幾何布局而造成的缺陷。對可用性要求更高的航空用戶為了保證衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在一些特定地區(qū)作為特殊用途時的精確性和可靠性，也不是僅僅依靠衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)才能完成的。這些問題可以通過在適當(dāng)?shù)奈恢梅胖脗涡l(wèi)星來解決。
權(quán)利要求
1.一種戰(zhàn)區(qū)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，包括地球同步衛(wèi)星、偽衛(wèi)星、用戶導(dǎo)航設(shè)備；其特征在于，至少由四顆偽衛(wèi)星組成偽衛(wèi)星星座，這些偽衛(wèi)星廣播導(dǎo)航信號，該導(dǎo)航信號的功率大于干擾功率；該信號由偽衛(wèi)星直接生成，或由偽衛(wèi)星接收地球同步衛(wèi)星和其它衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的導(dǎo)航信號，然后將信號放大后轉(zhuǎn)發(fā)；對于用戶導(dǎo)航設(shè)備的接收機，能夠接收偽衛(wèi)星的星歷，以接收偽衛(wèi)星星座的信號。
2.如權(quán)利要求1所述的戰(zhàn)區(qū)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，其特征在于，所述偽衛(wèi)星星座中，包括至少三顆空中偽衛(wèi)星和至少一顆地面?zhèn)涡l(wèi)星或不少于四顆的多種偽衛(wèi)星的組合。
3.如權(quán)利要求2所述的戰(zhàn)區(qū)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，其特征在于，所述空中偽衛(wèi)星，包括機載偽衛(wèi)星、球載偽衛(wèi)星，使用直發(fā)式或轉(zhuǎn)發(fā)式偽衛(wèi)星；地面?zhèn)涡l(wèi)星，包括地面固定偽衛(wèi)星、車載偽衛(wèi)星和艦載偽衛(wèi)星，使用直發(fā)式偽衛(wèi)星。
全文摘要
一種戰(zhàn)區(qū)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，涉及衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)，包括地球同步衛(wèi)星、偽衛(wèi)星、用戶導(dǎo)航設(shè)備；其至少由四顆偽衛(wèi)星組成偽衛(wèi)星星座，這些偽衛(wèi)星廣播大功率導(dǎo)航信號，該信號由偽衛(wèi)星直接生成，也可由偽衛(wèi)星接收地球同步衛(wèi)星和其它衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的導(dǎo)航信號，然后將信號放大后轉(zhuǎn)發(fā)；對于用戶導(dǎo)航設(shè)備的接收機，需對軟件作改動，以接收偽衛(wèi)星星座的信號。本發(fā)明系統(tǒng)，偽衛(wèi)星覆蓋范圍有限，但卻機動靈活，投資少，在戰(zhàn)區(qū)內(nèi)可起到增強和補充衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)信號組成的作用，且偽衛(wèi)星信號比較強，提高了衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的抗干擾能力，解決了衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)抗干擾的問題，并提高了衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的定位精度。
文檔編號G01S5/14GK101086528SQ20061001213
公開日2007年12月12日 申請日期2006年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月7日
發(fā)明者耿建平, 施滸立, 李圣明 申請人:中國科學(xué)院國家天文臺