[其他]利用卫星和存贮的地形图定位和传输消息的系统

说明书

本发明涉及无线电定位和通信系统，尤其涉及利用处于已知位置的人造卫星作为测距和传输消息信号的中继站的无线电定位和消息传输系统。

本发明是对第4、359、733号美国专利中（1982年11月16日颁布给G·K·奥尼尔（G·K·ONeill）所描述的依靠卫星的定位系统的改进或修改。在这个系统中，使用者的运载工具上装有应答机用来响应接收到的普通询问信号并发射一个特殊编码信标或应答信号。带有转发器的三颗卫星处于地球上方轨道中有间隔的位置上接收和转发来自使用者运载工具上的应签机产生的应答信号。地面站周期地发射普通的询问信号，并接收和处理三颗卫星转发的应答信号，以便确定使用者的运载工具的瞬时位置。

为了避免地面站上信号重迭和设备饱和，第4、359、733号美美国专利中每一运载工具上的应答机都包括这样的装置，它根据普通询问信号在应答机响应第一个普通询问信号之后的一般预定时间间隔内阻止应答机响应后续的普通询问信号。这就避免了对各个应答机单独定地址，时隙的定时询问，复合频率和各种各样以前被认为是减少接收站信号迭加所需要的其它复杂技术。此外，由于可以改变阻止时间间隔，对于不同的使用者或同一使用者在不同的需要时间内可以修正响应速率，而无需改变地面站的实际询问速率。

美国专利第4、359、733中描述的系统根据由三颗卫星发来的应答信号的到达时间确定使用者的位置，到达时间是根据来自地面站的询问信号的已知发射时间测出的。三个时间差为三个方程的方程组提供必需的未知数，解这个方程组可求出使用者的三维位置。当使用者的运载工具包括飞机时，这种方法特别适用，因为可以直接从经度与纬度一一起确定飞机的高度，而无需依靠飞机的高度表。相比之下，地面上的雷达系统只能很粗略地确定飞机的高度，如果要获得精确的高度信息必须依靠机载的编码高度表。

虽然从提供完整的三维位置信息的角度来说，三颗卫星构成的系统是合乎需要的，但在轨道上置放三颗卫星并维护它们所需的费用是巨大的，这就使人们开始考虑是否可以用更少的卫星完成上述任务。例如，两颗卫星的系统可以节省一颗卫星的费用并且也能够在一颗卫星发生故障时起三颗卫星系统的子系统的功能。虽然在先有技术中已经提出了利用两颗卫星的定位系统，但这些系统一般都要依靠运载工具上的设备提供一个位置座标。例如：在飞机的情况下，高度座标可由高度表提供，它与由卫星获得的位置信息一起构成完整的位置座标。遗憾的是，这种计算位置的方法在很大程度上取决于高度表的精度，而高度表的精度又反过来受气压变化，调节是否适当以及其它因素的影响。

在地面的使用者的情况下，例如：汽车，火车，船舶和步行者，由于不需要计算高度座标，情况多少可以简化一些。如果从地球是纯球形，或更确切地说是椭球形的这一假设出发，对这类使用者来说，两卫星系统可以提供近似的二维座标（即：经度和纬度）。虽然在只希望获得近似位置座标时，这种假设是有效的，但对精确的位置测量就不适用了，因为有考虑当地的地形特征。地球表面各地的地形高度可以相差数千英尺，这种差别会给地面使用者的水平位置计算带来相当大的误差。

本发明提供了一种依靠卫星定位和传输信息的方法，它利用两颗卫星和一张存贮的地形图，来产生高精度的位置信息。此系统特别适合于地面使用者，但在某些情况下也可用于非地面使用者。

根据本发明的系统包括一台使用者携带的无线电收发信机，用于接收询问信号并根据此询问信号发射应答信号;两颗处于地球上方轨道中有间隔的位置上的卫星，每颗卫星都带有转发器，用于接收和转发使用者携带的无线电收发信机发射的应答信号;以及一个地面站，它周期地发射询问信号，并接收和处理两颗卫星转发的应答信号。地面站的设备可根据卫星转发的应答信号到达地面站的时间，从地面站发射的询问信号的发射时间，以及使用者在地球表面的高度来计算使用者的位置。地球表面的高度是从存贮的地形图中得出的，此地形图提供地球表面上本地区许多点上的地形高度。借助存贮的地形图，可以为地面使用者提供精确的位置座标，而无需考虑当地地形与地球的球面或椭园球面间的偏差。

当与一台或多台处于已知位置的“基准点”无线电收发信机一起使用时，本发明的系统特别有效。这些无线电收发信机可用来产生存贮在地面站的地形图数据，并周期地校准此系统以补偿卫星漂移，变化的电离层滞后等。

除了为地面使用者提供准确的位置信息以外，本发明也可为着陆飞机提供精确的进场能力。

参照附图阅读下列详细说明会很容易地领会本发明的各种目的，优点和新颖性。