[发明专利]导航系统中卫星位置的确定方法

说明书

技术领域

本发明涉及在卫星导航系统中确定卫星位置的方法。它特别可应用于增加位置数据的有效持续时间(validity duration)。

背景技术

卫星导航系统通常指的是GNSS(全球导航卫星系统)。这些系统包括围绕地球运动的一群(a constellation of)卫星。在卫星定位系统中，目标的位置，换句话说其在空间中的坐标通过确定每个卫星和目标之间的特殊超频率波(hyper frequency wave)的传播时间以已知方式进行确定，传播时间用于确定从目标到卫星的距离。知道距离至少四个卫星的距离和这些卫星它们自己的位置于是提供一种确定目标位置的方法。

因此，知道卫星的位置是确定目标位置中的重要元素。卫星围绕地球按它们的轨道转动。结果是由卫星提供的导航数据具有多种缺点。首先，这些数据仅在短时期是有效的，通常为4小时的级别，并因此必须进行定期更新，作为对于产生和分发数据所需的近似值(approximation)的结果。结果是服务开发内容(service developmentcontext)中的一系列问题中的其它信息源(陆地网络、同步卫星等)被加入到主导航系统，特别是：

-导航数据被更新时的频率使用造成通信网络上的拥塞的数据流；

-导航数据被更新时的频率意味着用户难以独立，特别是在他比数据有效时期更长地失去通信网络的情况下；

-导航数据有效期间的持续时间防止正在处理他的数据的远离服务中心的用户使用该服务中心，这是因为同一卫星在同一时间对用户和对该服务中心两者必须是可视的，这特别是在用户进行长途旅行时会引起问题。

所有这些问题都造成由卫星产生的导航数据随时间的降级(degradation)。注意到由卫星产生的导航数据的降级对于它们位置的预测比对于它们的原子钟的偏移的预测更重要。对于定位，在作为超过数据有效期间的时间的函数的误差方面存在快速增长，同时时钟偏移的误差增大，但是更加慢。

卫星位置数据通过一组轨道参数由导航消息发送给用户。这些轨道参数是用于由开普勒定律描述的轨道的参数方程的参数，其中开普勒定律被略微修改以包括不同类型的偏差(distortion)，以便考虑卫星轨道中力的第二阶作用(second order effect)而不是球形地球的重力势。这种类型的轨道随后将被称为准开普勒轨道。通过对卫星到卫星轨道上的预测位置的运动方程进行积分而获得这些参数。通过这些被预测的位置上的准开普勒轨道的调节来获得用于表示一部分准开普勒轨道的参数轨道方程的参数。然后使用这些经过调节的参数提供卫星位置数据。如上所述，这些卫星位置数据随时间降级。特别地，这种降级的一个原因是下述问题。

用于准开普勒轨道的参数方程是仅参考伽利略坐标系统来描述卫星位置的有效模型。不过，由于实际上的原因，准开普勒参数方程用于在跟随地球转动的坐标系统中播报卫星位置的坐标。该坐标系统是非伽利略的。出于这个原因，无疑可以获得可靠的轨道，但只是对于具有有限和已知持续时间的短时间间隔。在该时间间隔之外被预测的轨道非常不符合卫星的真实轨道。

给出卫星的位置坐标的非伽利略坐标系统是与地球有关的坐标系统，因此该坐标系统随着地球转动。为什么使用这种坐标系统的原因在于例如数字地图模型的坐标系统的服务的用户使用的所有其它数据都关于这种地球坐标系统进行参考。结果是使用这种坐标系统用于参考卫星位置数据实际上是不可避免的。

发明内容

本发明的一个特殊目的是克服上述缺点，特别是扩展具有以关于与地球有关的坐标系统的坐标形式的上述卫星位置数据播报的有效性。为了实现此事，本发明的目的是一种方法，用于使用导航系统外部的、并参考与地球有关的坐标系统的卫星位置数据以在导航系统中确定卫星的位置。这些数据被转换成伽利略坐标系统以计算卫星轨道、预测由被转换成伽利略坐标系统的轨道确定的卫星位置。

该方法同样优选使用导航系统内部的、参考与地球有关的坐标系统的导航数据，以计算轨道。

在一个可行的实施例中，该方法包括：

-采集卫星位置数据的第一步骤，

-采集地球的转动参数值的后续步骤；

-在与地球有关的坐标系统中计算卫星的位置坐标的步骤；

-使用地球转动参数将位置坐标转换成伽利略坐标系统的步骤；

-为每颗卫星计算作为在伽利略坐标系统中所参考坐标的函数的轨道的步骤。

在第一步骤中采集到的数据有利地包括导航系统的外部数据。例如，通过EGNOS或WAAS系统或通过例如IGS组织的其它公共团体产生这些数据。