[发明专利]一种分布式全数字的北斗卫星导航仿真方法

摘要

本发明公开一种分布式全数字的北斗卫星导航仿真方法。本发明的步骤为：(1)初始化；(2)发送导航电文、场景信息；(3)生成北斗卫星导航信号；(4)生成带码偏的北斗卫星导航信号；(5)判断4个北斗卫星导航卫星是否均生成带码偏的北斗卫星导航信号，若是，执行步骤(6)，否则，执行步骤(3)；(6)获取北斗卫星导航的卫星伪距和卫星坐标；(7)确定北斗卫星导航接收机的经度、纬度、高度。本发明实现了北斗卫星导航信号的仿真，能对比不同对流层延迟模型的定位效果对于定位误差的影响。

主权项

1.一种分布式全数字的北斗卫星导航仿真方法，该方法是基于一个北斗卫星导航监控台模块、一个北斗卫星导航地面站模块、一个北斗卫星导航上行环境模块、四个北斗卫星导航卫星模块、一个北斗卫星导航下行环境模块、一个北斗卫星导航接收机模块实现的，具体步骤如下：(1)初始化：(1a)根据实际北斗卫星所在的轨道，给4个北斗卫星导航卫星分别配置各自的6个轨道参数；(1b)根据北斗卫星导航地面站所处的大气环境，配置电离层延迟参数；(1c)根据北斗卫星导航地面站所处的大气环境，配置对流层延迟的模型与对流层延迟参数；(1d)加载仿真场景，通过卫星工具包插件的命令获取场景中的场景信息，按每个卫星的坐标，分别生成对应的4个导航电文；(1e)分别对北斗卫星导航监控台模块、北斗卫星导航地面站模块、北斗卫星导航上行环境模块、四个北斗卫星导航卫星模块、北斗卫星导航下行环境模块、北斗卫星导航接收机模块配置各自模块所在计算机的IP地址，将所有模块加入北斗卫星导航监控台的仿真联邦；(2)发送导航电文、场景信息：(2a)北斗卫星导航监控台，将4个导航电文打包发送给北斗卫星导航地面站，北斗卫星导航地面站将4个导航电文打包发送给北斗卫星导航上行环境，北斗卫星导航上行环境将4个导航电文分别发送给其对应北斗卫星导航卫星；(2b)北斗卫星导航监控台将对流层延迟模型与参数、电离层延迟参数和仿真场景获得的4个北斗卫星导航卫星各自的卫星伪距、卫星速度同时发送给北斗卫星导航上行环境和北斗卫星导航下行环境；(3)生成北斗卫星导航信号：按照实际北斗卫星采用的调制方式，将每个导航电文分别生成与其北斗卫星导航卫星对应的仿真的北斗卫星导航信号，并保存到北斗卫星导航信号的矩阵中；(4)生成带码偏的北斗卫星导航信号：(4a)使用对流层延迟模型，分别计算每个北斗卫星导航信号的对流层延迟值；(4b)使用克罗布歇电离层延迟模型，分别计算每个北斗卫星导航信号的电离层延迟值；(4c)用每个北斗卫星导航的卫星伪距分别除以光速，得到每个北斗卫星导航卫星的伪距延迟值；(4d)对每个北斗卫星导航卫星各自的对流层延迟值、电离层延迟值、伪距延迟值分别求和，得到每个北斗卫星导航信号的总延迟值；(4e)按照下式，分别计算每个北斗卫星导航的码偏：其中，表示第k个北斗卫星导航的码偏，k的取值范围为{1,2,3,4}，t_k表示第k个北斗卫星导航的总延迟值，m_k表示第k个北斗卫星导航信号的矩阵长度，[·]表示取整操作；(4f)将每个北斗卫星导航信号的矩阵平移一个码偏，得到每个带码偏的北斗卫星导航信号；(5)判断4个北斗卫星导航卫星是否均生成带码偏的北斗卫星导航信号，若是，执行步骤(6)，否则，执行步骤(3)；(6)获取北斗卫星导航的卫星伪距和卫星坐标：(6a)将4个带码偏北斗卫星导航信号的矩阵按矩阵加法运算，得到带码偏北斗卫星导航总信号的矩阵；(6b)北斗卫星导航接收机捕获每个带码偏的北斗卫星导航信号，按照下式计算每个北斗卫星导航卫星的卫星伪距：其中，ρ′_r表示北斗卫星导航接收机计算出的第r个北斗卫星导航卫星的卫星伪距，r的取值范围为{1,2,3,4}，表示北斗卫星导航接收机捕获的第r个北斗卫星导航信号的码偏，m_r表示第r个北斗卫星导航信号的矩阵长度，c表示光速；(6c)设置跟踪仿真步范围为1到3000；(6d)北斗卫星导航接收机跟踪带码偏的北斗卫星导航总信号，经跟踪得到每个北斗卫星导航卫星当前仿真步的导航电文；(6e)判断是否获得4个北斗卫星导航卫星的所有仿真步导航电文，若是，执行步骤(6f)，否则，执行步骤(6d)；(6f)从每个二进制值的导航电文中，依次提取三段二进制值，将所提取的三段二进制值分别转换为十进制值，将三段十进制值依次作为与其对应的北斗卫星导航卫星的x轴坐标、y轴坐标、z轴坐标；(7)确定北斗卫星导航接收机的经度、纬度、高度：(7a)利用当前各北斗卫星导航的卫星所处位置的三维坐标、各北斗卫星导航的卫星与北斗卫星导航接收机的伪距，分别计算北斗卫星导航接收机的x坐标、y坐标、z坐标：其中，ρ_i表示第i个北斗卫星导航的卫星到北斗卫星导航接收机的伪距，i的取值范围为{1,2,3,4}，表示开平方操作，x_i表示第i个北斗卫星导航的卫星所处位置的x坐标，x_u表示北斗卫星导航接收机所处位置的x坐标，y_i表示第i个北斗卫星导航的卫星所处位置的y坐标，y_u表示北斗卫星导航接收机所处位置的y坐标，z_i表示第i个北斗卫星导航的卫星所处位置的z坐标，z_u表示北斗卫星导航接收机所处位置的z坐标，b_u表示北斗卫星导航接收机时钟偏差，c表示光速；(7b)用当前北斗卫星导航接收机所处位置的x坐标、y坐标、z坐标，分别计算北斗卫星导航接收机所处位置的经度、纬度、高度：其中，L表示北斗卫星导航接收机所处位置的经度，arctan(·)表示反正切操作，y_u表示北斗卫星导航接收机所处位置的y坐标，x_u表示北斗卫星导航接收机所处位置的x坐标，B表示北斗卫星导航接收机所处位置的纬度，z_u表示北斗卫星导航接收机所处位置的z坐标，N表示地球椭球面卯酉圈的曲率半径，H表示北斗卫星导航接收机所处位置的高度，表示开平方操作，e表示地球的第一偏心率，cos(·)表示余弦操作。