[发明专利]一种基于卫星平台系统的辅助星载掩星接收机快速定位的方法

权利要求书

1.一种基于卫星平台系统的辅助星载掩星接收机快速定位的方法，所述的卫星平台包括：GPS接收机、星务调度单元、一级CAN总线和二级CAN总线，其特征在于包括：

(1)GPS接收机对接收到的GPS卫星星座的信号进行解扩、解调处理得到GPS星历信息和时间信息；

首先，在GPS接收机前端GP2010/GP2021系列芯片中进行5级下变频，将1575.42Mhz的GPS信号变为基带GPS信号；

其次，在GPS接收机基带处理程序中将基带GPS信号与本地生成的GPS信号进行相关运算，去掉基带GPS信号中的C/A码，最终得到速率为50bps的GPS电文数据，

最后，根据GPS导航电文格式的规定从GPS电文数据中提取GPS星历信息和时间信息，提取的具体参数为：

W_n：历书参考周；

t_oa：历书参考时间；

卫星轨道长半轴a_s的平方根；

e：轨道偏心率；

δ_i：相对与0.3π的轨道倾角；

Ω₀：周内时等于0时的轨道升交点赤经；

轨道近地角距；

m₀：t_oa时的平近点角；

轨道升交点赤经对时间的变化率；

Week：GPS周；

Tkk：GPS周内秒；

(2)GPS接收机利用GPS星历信息和时间信息进行预报，得到GPS卫星星座的位置；

利用步骤(1)得到的GPS星历信息和时间信息对卫星位置计算，按照下述公式的顺序进行计算：

首先，计算GPS卫星信号发射时刻与历书时刻的时间差t_k，按照下述公式计算：

t_k＝Tkk-t_oa+(Week-W_n)×604800

然后，计算卫星的平均角速度n，按照下述公式计算：

其中，μ为地球引力与地球质量乘积，值为3.986005×10¹⁴m³/s²，

然后，计算定位时刻卫星的平近点角M₀和偏近点角E，按照下述公式计算：

M₀＝m₀+n×t_k

E＝M₀+(e-0.125×e³+5.208333×10^-3×e⁵-1.085069×10^-4×e⁷)×sinM₀

(0.5×e²-0.16666×e⁴+1.02.408×10^-2×e⁶)×sin2M₀+

(0.375×e³-0.2109375×e⁵+4.7460937×10^-2×e⁷)×sin3M₀+

(0.33333×e⁴-0.266667×e⁶)×sin4M₀+

(0.32552×e⁵-0.3390842×e⁷)×sin5M₀+0.3375×e⁶×sin6M₀+

0.364735243×e⁷×sin7M₀

然后，计算卫星在轨道平面坐标系中坐标x_i、e_ta，按照下述公式计算：

x_i＝a_s×(cosE-e)

然后，计算GPS卫星信号发射时刻升交点赤经的正弦值O_s和余弦值O_c，按照下述公式计算：

最后，根据以上参数可以计算出导航星三轴位置，按照下述公式计算：

其中，x、y、z为导航星三轴位置；

(3)GPS接收机对接收到的GPS卫星星座的信号扩频码相位进行测量得到GPS接收机与GPS卫星星座之间的伪距值；

首先，计算GPS卫星信号接收时刻与GPS卫星信号发射时刻时延，其中，GPS卫星信号接收时刻从GPS接收机本地时钟读取，GPS卫星信号发射时刻从接收到的GPS卫星信号C/A码相位中获得，时延的计算公式如下：

时延＝[本地接收时刻(小数秒)-导航星信号发射时刻(小数秒)]％1秒

其中，％表示取余数；

然后，将时延与光速相乘，得到伪距值，计算公式如下：

伪距＝时延*光速；

(4)GPS接收机利用GPS卫星星座的位置和GPS接收机与GPS卫星星座之间的伪距值进行定位解算得到GPS接收机的位置信息；

使用至少四颗GPS卫星的伪距测量值构成超定方程组：

其中：i＝1,2,3,4…

对该方程组进行求解得到卫星的位置，

超定方程组中，x^*，y^*，z^*，X_i,Y_i,Z_i分别表示卫星和GPS卫星的位置，l_u为GPS接收机时钟与GPS星座时钟的钟差，r_i^*表示伪距；

(5)GPS接收机接收到星务调度单元发出的辅助信息轮询指令，将辅助信息即步骤(1)得到的GPS星历信息、时间信息、卫星位置信息和GPS星座分布预报信息输出到星上网的一级CAN总线上；

(6)星务调度单元将GPS星历信息、时间信息、卫星位置信息和GPS星座分布预报信息从星上网的一级CAN总线输出到星上网的二级CAN总线上；

(7)星载掩星接收机从星上网的二级CAN总线上获得辅助信息包并对其 进行校验，若校验通过，则该辅助信息包可用；

校验方式为：对辅助信息包的除最后一个字节之外的所有字节进行累加和运算，将运算结果的低8bit与辅助信息包的最后一个字节比较，若两者一致，则说明校验通过；

(8)星载掩星接收机使用辅助信息进行初始化，将辅助信息中的时间作为星载掩星接收机时间起点，将辅助信息中的位置信息作为星载掩星接收机位置的初值；

(9)星载掩星接收机利用辅助信息计算当前GPS卫星的位置、速度、多普勒信息，并将这些信息预置到捕获跟踪通道，实现对GPS卫星信号快速捕获、跟踪；

(10)星载掩星接收机利用卫星与GPS卫星星座之间的伪距值进行定位解算，

使用至少四颗GPS卫星的伪距测量值构成超定方程组：

其中：i＝1,2,3,4…

对该超定方程组进行求解得到掩星接收机的位置；

超定方程组中，X′_i，Y′_i，Z′_i分别表示掩星接收机和GPS卫星的位置，L_u为掩星接收机时钟与GPS星座时钟的钟差，表示伪距。