[发明专利]一种基于卫星模糊测距的方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及卫星导航技术领域，更具体而言，涉及卫星导航系统有源测距的方法和系统。

背景技术

卫星导航系统主要由空间段、地面控制中心和用户段组成，空间段由包含若干颗卫星的卫星星座组成，这些卫星(出站转发器、入站转发器)转发由地面中心站发出的出站信号和用户设备发出的入站信号，具备一定的抗干扰能力。地面控制中心完成用户信号收发测量和信息收发处理，并对整个系统的运行进行管理控制。用户段是指带有卫星消息收发功能的用户设备终端，接收来自地面控制中心的数据业务以及控制消息，并根据自身业务需求以及出站的控制信令发送入站消息，实现定位、定时、短报文通信等功能。

RDSS(Radio Determination Satellite Service,卫星无线电测定业务)系统的测距方法是利用测时达到测距的目的，即通过测量地面控制中心发射询问信号到收到对应的用户设备响应信号所需的空间传播时延ΔT，由此换算得到用户设备经过GEO(Geostationary Earth Obit，地球同步轨道)卫星到中心站的距离d：

收-发时间差ΔT＝地面控制中心接收到用户设备入站信号时间T_Rx–地面控制中心第n帧的发射时间T_Tx

由时间差获知用户经GEO卫星到地面控制中心的距离：

d＝c×ΔT/2

现役北斗RDSS系统的出站信号在时域上划分为超帧和分帧结构，1个超帧持续时间为1分钟，由N个分帧组成，每个分帧持续时间为60/N秒。每个分帧的电文中都携带对应的分帧号，表明本分帧属于所在超帧的哪一分帧，用11比特表示。

在具体计算中，收-发时间差ΔT由两部分组成，大数和尾数部分，其中大数部分是根据入站信号的响应分帧号k和地面控制中心接收到入站信号时对应的出站分帧号m之差而计算出来的，即：

其中T_subframe为出站分帧持续时间，N为1个超帧中包含的出站分帧数目，大数部分的测时分辨率为T_subframe。

尾数部分的时延通过对入站信号的伪码相位进行估计，得到伪码相位为r，伪码频率为f_c，尾数部分的计算值可以写为：

为实现双向测距，用户设备的入站信号电文中需携带响应的出站分帧号k用来计算大数部分。现有的方法在入站信号在不携带或仅携带部分响应出站分帧号的情况下就存在局限性。

发明内容

对于现役北斗RDSS系统，双向测距是通过计算地面控制中心发射询问信号到收到对应的用户设备响应信号所需的空间传播时延，从而得到用户设备经卫星转发器到地面控制中心的距离，因此用户设备的每一次入站信号电文中都会携带11bit响应的出站分帧号，用来指示地面控制中心的出站分帧的发射时间。本发明针对现役RDSS双向测距方法提出一种基于卫星模糊测距的方法及系统，通过预估大数部分取值范围，使入站信号在不携带或仅携带部分响应出站分帧号的情况下也可完成双向测距，从而尽量压缩入站电文长度，减少冗余信息，减少用户设备信号发送时间，达到省电的目的。

本发明的技术方案是：首先估算双向传播时延的取值范围，并根据双向传播时延的取值范围来确定入站消息中是否需要携带响应出站分帧号，以及若需要携带响应出站分帧号，其格式和位长；地面控制中心接收到入站消息，并恢复出完整的响应出站分帧号，计算出传播时延的大数和尾数部分。

具体地，本发明提供一种基于卫星模糊测距的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：用户设备接收出站消息，从出站消息中获知当前的出站分帧号k，用户设备按照接收到出站消息的时刻发送入站消息，并且入站消息按下述方法确定携带的响应出站分帧号的格式和位长；

S101，估算用户设备到卫星的最小传播时延T_min

S102，估算用户设备到卫星的最大传播时延T_max

S103，估算双向测距传播时延的大数部分t_大数对应的取值范围

双向测距时延可表示为：

其中：

其中c为光速，d表示GEO卫星到地面控制中心的距离，L表示用户设备到GEO卫星的距离。

大数部分的取值范围可表示为：