偽衛(wèi)星地基增強(qiáng)系統(tǒng)中利用雙天線克服遠(yuǎn)近效應(yīng)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種偽衛(wèi)星地基增強(qiáng)系統(tǒng)中利用雙天線 克服遠(yuǎn)近效應(yīng)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和我國(guó)衛(wèi)星事業(yè)的不斷發(fā)展，偽衛(wèi)星技術(shù)越來(lái)越受到人們的 關(guān)注。偽衛(wèi)星技術(shù)是Beser和Parkinson于1982年提出的，它是由安裝在飛機(jī)或地面上的GNSS導(dǎo)航信號(hào)發(fā)射機(jī)來(lái)代替或者輔助GNSS衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航定位功能。在戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中衛(wèi)星信 號(hào)受到干擾的情況下，或在城市峽谷和山區(qū)當(dāng)衛(wèi)星的可見(jiàn)性受到抑制時(shí)，為使用戶接收機(jī) 仍能有較高的可用性和導(dǎo)航定位精度，可采用偽衛(wèi)星技術(shù)。
[0003] 利用偽衛(wèi)星技術(shù)一個(gè)必須克服的問(wèn)題就是遠(yuǎn)近干擾問(wèn)題，GNSS信號(hào)發(fā)射機(jī)相對(duì)于 地面接收機(jī)的距離非常大，20000km以上，并且是一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的，從不同的衛(wèi)星到達(dá)接收 機(jī)的信號(hào)功率是相當(dāng)?shù)?，最大的功率差?0%，是一種遠(yuǎn)域情況，當(dāng)前的GNSS接收機(jī)都是 基于接收信號(hào)之間沒(méi)有大的功率差設(shè)計(jì)的。但是，偽衛(wèi)星和接收機(jī)之間的距離相對(duì)衛(wèi)星要 小得多，因此偽衛(wèi)星和用戶接收機(jī)之間的距離變化的相對(duì)值也要大得多，這樣就造成偽衛(wèi) 星信號(hào)接收功率有很大變化，是近域情況。如果不能采取一些技術(shù)來(lái)消除遠(yuǎn)近效應(yīng)，將會(huì)縮 小偽衛(wèi)星可定位區(qū)域，減小了偽衛(wèi)星系統(tǒng)的可用性。
[0004] Klein和Parkinson在1984年提出可能解決遠(yuǎn)近效應(yīng)的三種方法：（1)采用一定 的占空比以脈沖的方式發(fā)射偽衛(wèi)星信號(hào)；（2)發(fā)射頻率與GPS的L1有一定的頻偏，但是與 其保持在同樣的波段；（3)使用比GPS碼序列更長(zhǎng)的編碼，目前對(duì)于以上幾種方法國(guó)外已有 研究，研究結(jié)果說(shuō)明，對(duì)于（2)，（3)類方法需要對(duì)現(xiàn)有接收機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行大得改變，使接 收機(jī)結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜。（1)類方法對(duì)于信干比只能得到非常有限的改善，并需要對(duì)偽衛(wèi)星結(jié)構(gòu) 進(jìn)行改變。為此尋求一種不對(duì)現(xiàn)有接收機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行改變，而簡(jiǎn)單易行的方法是有必要 的。
[0005] 在偽衛(wèi)星地基增強(qiáng)系統(tǒng)中，引起遠(yuǎn)近效應(yīng)的途徑主要有以下兩方面：一是GNSS衛(wèi) 星到達(dá)用戶接收機(jī)的距離普遍要比偽衛(wèi)星到達(dá)用戶接收機(jī)的距離大很多，從而導(dǎo)致GNSS 衛(wèi)星發(fā)射信號(hào)到達(dá)接收機(jī)的平均功率比偽衛(wèi)星信號(hào)到達(dá)接收機(jī)的平均功率小得多，較強(qiáng)的 偽衛(wèi)星信號(hào)對(duì)GNSS衛(wèi)星產(chǎn)生阻塞式干擾；二是由于某一顆偽衛(wèi)星距離用戶接收機(jī)較近，從 而導(dǎo)致該偽衛(wèi)星對(duì)其他較遠(yuǎn)偽衛(wèi)星信號(hào)接收處理產(chǎn)生干擾。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了提供一種能夠克服遠(yuǎn)近效應(yīng)，提高可用性的空間飛行器導(dǎo)航定位方案，本發(fā) 明提出了一種偽衛(wèi)星地基增強(qiáng)系統(tǒng)中利用雙天線克服遠(yuǎn)近效應(yīng)的方法，包括：
[0007] 步驟1、將兩個(gè)天線分別置于飛行器上端和下端，利用飛行器本身對(duì)信號(hào)的遮擋作 用，從上下兩個(gè)空間分別接收GNSS衛(wèi)星信號(hào)和偽衛(wèi)星信號(hào)并對(duì)信號(hào)分別進(jìn)行射頻前端處 理；
[0008] 步驟2、對(duì)偽衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)對(duì)強(qiáng)偽衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行抑制來(lái)消除偽衛(wèi)星之間 遠(yuǎn)近效應(yīng)；
[0009] 步驟3、捕獲和跟蹤GNSS衛(wèi)星信號(hào)和偽衛(wèi)星信號(hào)，并采用雙天線導(dǎo)航定位方法實(shí) 現(xiàn)對(duì)導(dǎo)航電文進(jìn)行解析與位置解算。
[0010] 所述步驟1中通過(guò)獨(dú)立的射頻前端的不同的增益控制，來(lái)實(shí)現(xiàn)減小射頻前端AD后 的偽衛(wèi)星與GNSS衛(wèi)星的信號(hào)功率差異，為后端捕獲跟蹤做了初期準(zhǔn)備。
[0011] 所述步驟2中首先對(duì)于數(shù)字中頻信號(hào)通過(guò)一個(gè)高門限的捕獲跟蹤通道來(lái)檢測(cè)是 否存在較強(qiáng)的偽衛(wèi)星信號(hào)，如果不存在則表明沒(méi)有遠(yuǎn)近效應(yīng)存在，讓信號(hào)正常通過(guò)進(jìn)入普 通信號(hào)的捕獲跟蹤通道；如果檢測(cè)通道中出現(xiàn)捕獲跟蹤鎖定，則從檢測(cè)通道中獲取強(qiáng)信號(hào) 偽衛(wèi)星的幅度、頻率、相位，再?gòu)谋镜禺a(chǎn)生強(qiáng)偽衛(wèi)星信號(hào)，與原來(lái)中頻信號(hào)進(jìn)行部分抵消，減 弱較強(qiáng)偽衛(wèi)星信號(hào)的功率。
[0012] 所述雙天線導(dǎo)航定位方法包括：
[0013] 步驟301、確定雙天線之間的直線距離、雙天線各自空間坐標(biāo)、以及上天線相對(duì)于 下天線的方位角和俯仰角，并建立雙天線坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系方程；
[0014] 步驟302、將飛行器運(yùn)行中的俯仰角、橫滾角和航向方位角與步驟301所建立的雙 天線坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系方程相結(jié)合，并結(jié)合下天線在地球坐標(biāo)系下對(duì)應(yīng)煒度和經(jīng)度，確定站心 坐標(biāo)系與地球坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)化關(guān)系，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航定位。
[0015] 本發(fā)明的有益效果在于：該方法技能在很大程度上克服由于偽衛(wèi)星距離近的遠(yuǎn)近 效應(yīng)問(wèn)題，提高偽衛(wèi)星地基增強(qiáng)系統(tǒng)的可用性，又能夠充分利用偽衛(wèi)星和GNSS衛(wèi)星資源， 在GNSS衛(wèi)星受到干擾的時(shí)候可以完全依賴偽衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航定位，在偽衛(wèi)星距離太遠(yuǎn)或遮 擋不可用時(shí)仍能利用GNSS衛(wèi)星為飛行器定位導(dǎo)航，提高了導(dǎo)航系統(tǒng)的魯棒性。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖1偽衛(wèi)星地基增強(qiáng)系統(tǒng)中雙天線接收技術(shù)原理框圖；
[0017] 圖2射頻前端工作原理示意圖；
[0018] 圖3偽衛(wèi)星遠(yuǎn)近效應(yīng)檢測(cè)與消除原理框圖；
[0019] 圖4偽衛(wèi)星遠(yuǎn)近效應(yīng)檢測(cè)與消除方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面結(jié)合附圖，對(duì)實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明。
[0021] 該方法整體結(jié)構(gòu)主要包括射頻前端，遠(yuǎn)近效應(yīng)檢測(cè)與消除，中頻信號(hào)的捕獲跟蹤， 導(dǎo)航電文解析與用戶位置解算這部分，見(jiàn)圖1。為了克服GNSS衛(wèi)星與偽衛(wèi)星功率的巨大差 異，本發(fā)明采用相互獨(dú)立的射頻前端分別處理GNSS衛(wèi)星信號(hào)和偽衛(wèi)星信號(hào)，同時(shí)利用雙天 線技術(shù)，將兩個(gè)天線分別置于飛行器上端和下端，利用飛行器本身對(duì)信號(hào)的遮擋作用，從上 下兩個(gè)空間分別接收GNSS衛(wèi)星信號(hào)和偽衛(wèi)星信號(hào)，這樣就從空間上實(shí)現(xiàn)了克服偽衛(wèi)星對(duì) GNSS衛(wèi)星信號(hào)的干擾作用。針對(duì)于地面?zhèn)涡l(wèi)星組網(wǎng)布站特點(diǎn)，可能出現(xiàn)某一顆地基偽衛(wèi)星 距離用戶接收機(jī)較近，從而對(duì)其他偽衛(wèi)星信號(hào)的接收產(chǎn)生阻塞式干擾，在偽衛(wèi)星信號(hào)捕獲 跟蹤之前增加了偽衛(wèi)星遠(yuǎn)近效應(yīng)的檢測(cè)與消除。通過(guò)以上兩方面，可以從根本上克服遠(yuǎn)近 效應(yīng)的影響，提高偽衛(wèi)星地基增強(qiáng)系統(tǒng)的可用性，這一點(diǎn)在對(duì)于導(dǎo)航定位要求較高的飛行 器尤為重要。該方法包含如下步驟：
[0022] 步驟1、用飛行器上下表面的天線分別接收GNSS衛(wèi)星和偽衛(wèi)星信號(hào)到各自的射頻 前端處理：
[0023] 射頻前端工作原理如圖2所示，從接收天線開(kāi)始依次相連的包括：第一帶通濾波 器、第一放大器、第二帶通濾波器、混頻器、第三帶通濾波器、第二放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、自動(dòng) 增益控制