一種地基廣播式定位方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種地基廣播式定位方法，在定位的區(qū)域內建立地基廣播站，地基廣播站將本站的識別碼、經(jīng)度、緯度、標高和時鐘信息，通過碼分多址調制后持續(xù)發(fā)射,采用L波段傳輸至航空器機載接收機，機載接收機接收到地基廣播站所發(fā)信息，并對該信息進行變頻并解調，獲得地基廣播站所發(fā)信息中包含的識別碼、經(jīng)度、緯度以及時鐘信息。通過對比機載接收機接收信號時刻與解調后獲得的時鐘信息的比較，計算出航空器至相應地基廣播站的距離，進而解算得到航空器的位置。本發(fā)明方法信號抗干擾性能強，可實現(xiàn)對航空器的精確定位及導航，具有全天候、精度高、成本低、易于實現(xiàn)、實時性強、用途廣泛等優(yōu)點。
【專利說明】一種地基廣播式定位方法【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于 航空器空間定位與導航領域，特別涉及一種基于地基基準站廣播方式的高精度定位方法。
【背景技術】
[0002]對于飛行器來說，無論是地基導航還是空基導航，其基本任務就是為飛行器提供實時的空間位置及引導信息。
[0003]導航技術發(fā)展到今天，已經(jīng)產(chǎn)生了多種定位導航方式和系統(tǒng)。目前在航空領域被最廣泛使用的定位導航方式是:慣性導航(INS)方式和GPS (全球定位系統(tǒng))導航方式。兩者有著不同的定位原理以及各自的優(yōu)缺點。
[0004]—、慣性導航技術:
[0005]慣性導航是一種先進的自主導航方式，它實現(xiàn)導航定位的原理十分簡單:通過慣性元件測量航空器本身的加速度，然后通過積分運算計算出航空器的速度及位置信息，并進行導航和定位。
[0006]因此，慣性導航具有定位完全自主、導航及定位信息完整的優(yōu)點。能在全天候條件下，在全球范圍內和任何介質環(huán)境下自主地、連續(xù)地進行三維空間定向及定位，并能夠提供反映航空器運動狀態(tài)的完整信息。因為有著突出的優(yōu)點，該導航方式自誕生以來，作為重要的導航方式，被廣泛應用航空、航海、宇航、國防等不同的領域。
[0007]但是慣性導航方式也存在著導航誤差隨時間積累，初始位置必須被賦值的缺點，這對長續(xù)航時間的航空器來說是非常不利的。在實際應用上，使用慣性導航方式必須配合能夠進行時間積累誤差修正的其他定位導航方式，才能保證慣性導航系統(tǒng)在航空器長時間飛行時定位的準確性。
[0008]二、GPS導航定位技術:
[0009]GPS導航定位系統(tǒng)全稱是:導航衛(wèi)星定時和測距全球定位系統(tǒng)。它的基本原理是:GPS接收機接收衛(wèi)星發(fā)射的導航電文，可得到相對于不同衛(wèi)星的偽距信息，接收機在對所獲得的偽距信息進行計算和處理后，就能夠獲得相應的經(jīng)度、緯度和高度等空間位置信息。
[0010]它具有全天候、全球覆蓋、精度高、實時性強、用途廣泛等優(yōu)點，而且，由于衛(wèi)星信號采用碼分多址調制，它還具有抗干擾、保密性強的特點。由于GPS定位精度高，優(yōu)點顯著，它已經(jīng)被作為主要的導航定位方式被航空器廣泛使用。
[0011]但是GPS導航定位方式也存在著難以克服的誤差及缺點:由于電離層的影響使得傳播速度不穩(wěn)定引起的電離層延遲誤差；由于對流層折射系數(shù)不同于真空，電波通過對流層時因路徑彎曲和相位傳播速度變慢引起的對流層延遲誤差；由于衛(wèi)星原子鐘的漂移和衛(wèi)星高速運動產(chǎn)生的相對論效應引起的衛(wèi)星實際時間與衛(wèi)星數(shù)據(jù)計算時間之間的衛(wèi)星鐘誤差；衛(wèi)星實際位置與軌道參數(shù)預報出的位置間的星歷誤差；以及由于電磁波反射引起的接收機多路徑誤差。不僅如此，GPS還存在動態(tài)環(huán)境可靠性差；定位自主性差，其應用受美國政府GPS政策影響和外界環(huán)境多方面限制；數(shù)據(jù)輸出頻率低等缺點。
【發(fā)明內容】

[0012]本發(fā)明針對在特定的環(huán)境中或不利的地理條件下，采用現(xiàn)有技術，飛行器的定位精度受到影響的問題，提出了一種地基廣播式定位方法，實現(xiàn)飛行器的高精度定位。
[0013]本發(fā)明提供的地基廣播式定位方法，在定位的區(qū)域內建立地基廣播站，并在地基廣播站的天線架設位置進行測繪，獲取該地基廣播站的經(jīng)度、緯度和標高，然后通過如下步驟實現(xiàn)航空器的定位:
[0014]步驟1:地基廣播站進行碼分多址(CDMA)信號調制，得到的調制信號包括:識別信息、位置信息和時鐘信息。識別信息為地基廣播站對應的唯一識別碼；位置信息包括地基廣播站的經(jīng)度、緯度和標高；時鐘信息為地基廣播站發(fā)射信號時刻的時鐘信息。
[0015]步驟2:地基廣播站將調制的信號采用L波段持續(xù)進行發(fā)射，傳輸至航空器機載接收機。
[0016]步驟3:航空器機載接收機接收地基廣播站發(fā)送的信號，記錄接收信號的時刻。
[0017]步驟4:航空器機載接收機對接收到的信號進行變頻和解調，獲得地基廣播站所發(fā)信號中包含的識別碼、經(jīng)度、諱度、標高以及時鐘信息。
[0018]步驟5:設航空器機載接收機在當前T時刻接收到第i個地基廣播站發(fā)送來的信號，設該信號中的時鐘信息為T1，則獲得時間差Λ ^=T-T1，進而得到當前T時刻航空器與第i個地基廣播站的距離Ri:Ri=C X Atp
[0019]步驟6:當航空器機載接收機同時接收四個以上地基廣播站發(fā)送來的信號時，分別通過步驟4得到各地基廣播站的位置，通過步驟5得到當前時刻航空器與各地基廣播站之間的距離，然后建立觀測方程組，解算航空器在空間的具體位置。
[0020]本發(fā)明提供的地基廣播式定位方法，優(yōu)點與積極效果在于:信號抗干擾性能強，可實現(xiàn)對航空器的精確定位及導航；在高原地區(qū)，可實現(xiàn)無人值守方式定位；具有全天候、精度高、成本低、易于實現(xiàn)、實時性強、定位精度高、用途廣泛等優(yōu)點。
[0021 ] 本發(fā)明的定位方法相對于GPS全球定位系統(tǒng)，不存在GPS固有的電離層延遲誤差、對流層延遲誤差、星歷誤差以及相對論效應等影響；也克服了慣性導航方式存在著的導航誤差隨時間積累，初始位置必須被賦值的缺點。因此，利用本發(fā)明的定位方法，可以在GPS等衛(wèi)星導航系統(tǒng)失效和慣導長時間累積誤差過多情況下實現(xiàn)對飛行器的有效定位，還可以擺脫目前航空器過分依賴于GPS和慣導系統(tǒng)進行高精度定位的現(xiàn)狀，具有重要的國防意義。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明地基廣播式定位方法的流程示意圖；
[0023]圖2是本發(fā)明地基廣播式定位方法中信號發(fā)射接收的示意圖。
【具體實施方式】
[0024]下面將結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0025]本發(fā)明的地基廣播式定位方法，是地基廣播站將本站的識別碼(預先置入)以及高精度的經(jīng)度、緯度、標高(經(jīng)過測繪后，預先置入數(shù)據(jù))和時鐘信息(隨內部時鐘生成)，通過碼分多址調制后持續(xù)發(fā)射。采用L波段傳輸至航空器機載接收機，機載接收機接收到地面基準站所發(fā)信息，并對該信息進行變頻并解調，獲得地基廣播站所發(fā)信息中包含的識別碼、經(jīng)度、緯度以及時鐘信息。通過對比機載接收機接收信號時刻與解調后獲得的時鐘信息的比較，計算出航空器至相應地基廣播站的距離，進而解算得到航空器(載體)的位置。
[0026]首先需要建立用于地基廣播式定位的地基廣播站，主要是:
[0027]I)確定定位需求:明確定位的區(qū)域大小，以此為基礎選擇地基廣播站的設備，主要是信號發(fā)射單元功率和天線選擇。
[0028]2)地面站選址:選擇適合建站的地點，主要注意地基廣播站的相對布局和信號遮擋問題，保證地基廣播站之間的相對分散和信號傳播的暢通。
[0029]3)地面站位置測繪:使用高精度測繪儀器在地基廣播站的天線架設位置進行精確定位，獲取高精度地基廣播站的經(jīng)度、緯度和標高數(shù)據(jù)。
[0030]4)地面站建設:包括配套基建、設備安裝、天線架設和集成測試。
[0031]在建設完成后進行整體測試:通過實際飛行測試檢驗新安裝地基廣播站的運行情況。
[0032]在完成地基廣播站的建立后，如圖1所示，通過如下步驟實現(xiàn)地基廣播式定位。
[0033]步驟1:地基廣播站進行CDMA (Code Division Multiple Access,碼分多址)信號調制。
[0034]調整信號包括識別信息、位置信息和時鐘信息。地基廣播站將本站的預先置入的識別碼，以及經(jīng)過測繪后、預先置入的高精度的經(jīng)度、緯度和標高，以及隨內部時鐘生成的時鐘信息，組成待廣播信號，通過碼分多址對待廣播信號進行調制。
[0035]每個地基廣播站對應一個唯一的識別碼。廣播信號中的時鐘信息是指地基廣播站發(fā)射時刻的高精度時鐘信息。
[0036]采用碼分多址調制方式，還可以根據(jù)實際情況進行加入各種需要的信息。
[0037]步驟2:信號廣播。地基廣播站將經(jīng)過碼分多址調制的信號采用L波段持續(xù)進行發(fā)射，將信號傳輸至航空器機載接收機。工作頻率采用L波段，頻率高，波長短，可以提高定位精度。
[0038]步驟3:航空器機載接收機接收地基廣播站發(fā)送的信號，記錄接收信號的時刻。
[0039]步驟4:航空器機載接收機對接收到的信號進行變頻和解調，獲得地基廣播站所發(fā)信息中包含的識別碼、經(jīng)度、纟韋度、標高以及時鐘信息。
[0040]步驟5:獲取偽距信息。根據(jù)信號的接收時刻與該信號中的時鐘信息，獲得時間差。
[0041]設航空器機載接收機在當前T時刻接收到信號，該信號由第i個地基廣播站發(fā)送來，從步驟4獲得該信號的時鐘信息為T1，則該信號對應的時間差Ati=T-T115根據(jù)時間差Δ \和光速c獲得當前T時刻航空器與第i個地基廣播站的距離Ri =Ri=CX Δ ti。
[0042]步驟6:當航空器機載接收機同時接收四個以上地基廣播站發(fā)送來的信號時，分別通過步驟4得到各地基廣播站的位置，通過步驟5得到當前時刻航空器與各地基廣播站之間的距離，然后建立觀測方程組，解算航空器在空間的具體位置。
[0043]通過對比機載接收機接收信號時刻與解調后獲得的時鐘信息的比較，計算出航空器至相應地基廣播站的距離，進而解算得到航空器(載體)的位置。[0044]當機載接收機同時接收并處理四個以上地基廣播站的信號后，就可以計算出航空器在空間的具體位置。
[0045]如圖2所示，航空器同時接收到地面上四個地基廣播站廣播的信息，對該四個地基廣播站廣播的信號進行處理，可以建立如下觀測方程組:
【權利要求】
1.一種地基廣播式定位方法，其特征在于，在定位的區(qū)域內建立地基廣播站，并在地基廣播站的天線架設位置進行測繪，獲取該地基廣播站的經(jīng)度、緯度和標高，然后通過如下步驟實現(xiàn)航空器的定位: 步驟1:地基廣播站進行碼分多址(CDMA)信號調制，得到的調制信號包括:識別信息、位置信息和時鐘信息；識別信息為地基廣播站對應的唯一識別碼；位置信息包括地基廣播站的經(jīng)度、緯度和標高；時鐘信息為地基廣播站發(fā)射信號時刻的時鐘信息； 步驟2:地基廣播站將調制的信號采用L波段持續(xù)進行發(fā)射，傳輸至航空器機載接收機； 步驟3:航空器機載接收機接收地基廣播站發(fā)送的信號，記錄接收信號的時刻； 步驟4:航空器機載接收機對接收到的信號進行變頻和解調，獲得地基廣播站所發(fā)信息中包含的識別碼、經(jīng)度、緯度、標高以及時鐘信息； 步驟5:設航空器機載接收機在當前T時刻接收到第i個地基廣播站發(fā)送來的信號，設該信號中的時鐘信息為T1，則獲得時間差Λ Ii=T-T1，進而得到當前T時刻航空器與第i個地基廣播站的距離Ri =Ri=CX Δ ti； c為光速； 步驟6:當航空器機載接收機同時接收四個以上地基廣播站發(fā)送來的信號時，分別通過步驟4得到各地基廣播站的位置，通過步驟5得到當前時刻航空器與各地基廣播站之間的距離，建立觀測方程組，解算航空器在空間的具體位置。
2.根據(jù)權利要求1所述的地基廣播式定位方法，其特征在于，所述的步驟6中，當航空器記載接收機同時接收到四個地基廣播站廣播的信號時，建立的觀測方程組為:
【文檔編號】H04W64/00GK103686997SQ201310667438
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月10日 優(yōu)先權日:2013年12月10日
【發(fā)明者】葛茂 申請人:中國民用航空飛行校驗中心