利用衛星定位的方法
2023-12-01 23:01:21
專利名稱：利用衛星定位的方法
技術領域：
本發明屬於無線電定向領域，特別屬於通過三個或更多方向或位置線的配合來定位的方法。
目前，全球衛星定位方法主要有以下幾種方法1．由美國國防部DOD組建，由24顆相對地球高速運行的，距地面高度約2萬公裡的專用衛星和相應的接收機構成；方法2．我國研製的雙星定位系統，利用2顆同步地球衛星進行定位；方法3．中國專利申請(專利申請號為9519688．1)公開了「採用多個衛星星座的定位和通信系統」，採用兩個星座的6個以上地球基本同步的同步衛星進行定位。這些方法有如下缺點，方法1①．系統需要24顆專用衛星，投資大、建設周期長、運行費用高；②．接收機至少需接收4顆正在不停運行的專用衛星信號，因而不能採用高指向性的定向天線，易被幹擾；③．由於高速運轉的衛星不可避免的產生較大軌道漂移，使系統定位誤差較大；方法2①．不能對用戶進行三維定位；②．定位信號有較長時間的延時，不能進行實時定位；③．每個用戶單獨佔用一定的衛星頻道，用戶使用費用高，並且系統受同步衛星通信容量的限制，用戶數量有限；④．雙星定位屬於應答式，向外發射無線電波，保密性差；方法3①．同樣屬於應答式，向外發射無線電波，保密性差；②．方法、設備複雜，成本高。
本發明的目的，是提供一種衛星定位方法。它利用現有衛星資源，投資少，並且有精度高、抗幹擾性強、保密性好、成本低的特點。
為達上述目的，本發明的特徵在於地面測控站向位於地球同步軌道的4顆同步衛星1、2、3、4發射標準時間基準信號，同步衛星1、2、3、4將該信號向地面轉發，地面被測點P接收機分別接收衛星1、2、3、4的信號，測定出同一時間的基準信號到達地面被測點6形成的時差。由於衛星1、2、3、4距地面海平面的高度為常數ρ=35784000M，衛星1、2、3、4的經度分別為β1、β2、β3、β4，無線電傳播速度為常數v。當衛星1的標準信號與衛星2的標準信號到達被測點形成時間差C1；衛星1標準信號與衛星3的標準信號到達被測點形成時間差C2；衛星1標準信號與衛星4的標準信號到達被測點形成時間差C3。參見圖3。以地球中心為坐標原點O，赤道平面為XOY坐標面，OA為X軸正向、Z軸正向指向北半球建立坐標系，用多元函數微分法計算方法得，用多元函數微分法計算的方法有許多種，這裡是以地面控制站與衛星1、2、3、4接發收標準信號形成信號傳遞網與為例來進行說明。
6點經緯度為=arctgyx+1]]>=arctgzx2+y2]]>地球表面為一旋轉橢球面，其方程為x2a2+y2a2+zb2=1]]>式中x、y可以根據衛星1、2、3、4的軌道位置和時間差C1、C2、C3計算求得。
其中a=6378160m，b=6356774．5m，P點的海拔高度h為h=x2+y2+z2-a2cos2+bsin2]]>式中z可以根據衛星1、2、3、4的軌道位置和時間差C1、C2、C3計算求得。
若當C1、C2、C3中有一個為零，即設C1=0，則x、y、z表示以地球球心為原點的坐標系中任意一點的坐標位置，y=xtg2-12]]>x=v2(c3-c2)2x3-x1c2-x4-x1c3+(y1c2-y4c3)tg2-12]]>=arctgyx+1]]>=arctgzx2+y2]]>上式中α、β分別為6點經緯度P點的海拔高度為h=x2+y2+z2-a2cos2+bsin2]]>式中x、y、z可以根據衛星1、2、3、4的軌道位置和時間差C1、C2、C3計算求得。
由此解算出被測點P所在經緯度和海拔高度。由於衛星1、2、3、4所在位置不同，使信號到達接收機形成了的時差，根據多元函數微分法即可解算出被測點P所在的經緯度和海拔高度位置(即完成被測點的立體三維定位)，以完成衛星定位。
接收機的接收天線為定向天線或高指向性天線。
本發明由於利用現有衛星資源，因此投資少，成本低。採用定向接收天線或高指向性天線接收衛星信號，使本方法抗幹擾性強。由於採用地球同步軌道衛星，衛星相對於地球靜止不動，距海平面約為三萬多公裡，因此漂移速度相對地面小，定點精度高，並且可利用氣象資料對無線電傳播速度進行精度修正，因此本發明還有精度高的特點。
下面結合附圖對本發明做進一步的說明。
圖1為本發明的信號發收示意圖；圖2為本發明的本發明信號流程圖；圖3為本發明的建立地球與被測點坐標系的示意圖；圖4為本發明的接受機信號處理的流程圖。
參見圖1和圖2。地面測控站5以一定的時間差向同步衛星1、2、3、4分別發送標準編碼信號，使標準編碼信號同時到達同步地球衛星1、2、3、4；同步地球衛星1、2、3、4收到標準信號後，再通過衛星轉發器，向地面發射標準編碼信號，位於地球任何位置的定位接收機6(如位於地面、水上、空中等)的定向天線或高指向性天線分別接收來自衛星1、2、3、4轉發的標準編碼信號。由於定位接收機6與同步地球衛星1、2、3、4之間的距離各不相同，存在一定的距離差，因此同步衛星1、2、3、4轉發的標準編碼信號到達定位接收機6也存在一定的時間差。參見圖4。當定位接收機6中的「衛星信號接收機」單元接收標準編碼信號，並檢測出各標準編碼信號達到接收機6形成的時差後，再將該時差和各種標準編碼信號傳送給處理器單元。在存儲器、時鐘、輸入／輸出單元的配合下，根據本發明所述的被測點P的經、緯度和海拔高度的計算方法，計算出6點所在的位置經、緯度和海拔高度，並通過顯示單元顯示出來，再由輸入／輸出單元輸出該信息，供用戶其他設備，以完成被測點6點的定位。
權利要求
1．一種利用衛星定位的方法，其特徵在於地面測控站向位於地球同步軌道的至少4顆同步衛星發射標準信號，同步衛星將該信號向地面轉發，或同步衛星利用其時鐘同步向地面發出標準信號，地面被測點6分別接收上述衛星的信號，測定出各衛星的標準信號到達地面被測點P接收機形成的時差，根據多元函數微分法即可解算出被測點所在的經緯度和海拔高度。
2．根據權利要求1所述的衛星定位方法，其特徵在於被測點接收機的接收天線最好為定向天線或高指向性天線。
全文摘要
本發明公開了一種利用衛星定位的方法,其特徵在於地面測控站向位於地球同步軌道的至少4顆同步衛星發射標準信號,同步衛星將該信號向地面轉發,或同步衛星利用其時鐘同步向地面發出標準信號,地面被測點6分別接收上述衛星的信號,測定出各衛星的標準信號到達地面被測點6接收機形成的時差,根據多元函數微分法即可解算出被測點所在的經緯度和海拔高度。本發明由於利用現有衛星資源,投資少,成本低。採用定向接收天線或高指向性天線接收衛星信號,使本方法抗幹擾性強。本發明還有精度高的特點。
文檔編號G01S5/10GK1293372SQ0012913
公開日2001年5月2日 申請日期2000年9月25日 優先權日1999年10月15日
發明者楊嘵宇 申請人:楊嘵宇