Способ вспомогательного захвата в приемнике объединенной навигационной системы

Изобретение представляет способ вспомогательного захвата приемником объединенной навигационной системы, при этом приемник объединенной навигационной системы способен принимать и обрабатывать сигналы нескольких спутников при захвате и отслеживании сигналов по меньшей мере одного спутника. Достигаемый технический результат – уменьшение времени захвата спутников и увеличение точности захвата. Для достижения указанного технического результата способ включает этапы формирования вспомогательной информации и этапы захвата и отслеживания спутников. Вспомогательная информация представляет собой систематическую ошибку часов приемника объединенной навигационной системы, используется для корректировки псевдодальности целевого спутника при захвате и отслеживании целевого спутника и точного предсказания фазы целевого спутника. Она уменьшает время захвата и увеличивает точность захвата, при этом не только выполняют вспомогательный захват спутников из одной спутниковой системы, но также выполняют совместный вспомогательный захват спутников из нескольких спутниковых систем. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение касается способа захвата в приемнике объединенной навигационной системы, в частности касается способа вспомогательного захвата в приемнике объединенной навигационной системы.

Уровень техники

Глобальная спутниковая навигационная система (GNSS) обеспечивает пользователям услуги определения положения и навигации. GNSS содержит американскую систему GPS, российскую систему GLONASS, европейскую систему Galileo, китайскую систему BeiDou, а также некоторые другие улучшенные системы.

В сложной обстановке мощности принятых на земле сигналов спутника GNSS различаются. Из-за препятствий в виде деревьев, высоких зданий и подобного мощность сигнала мала и приемнику трудно захватить и использовать сигналы спутника. Даже во время горячего старта приемник обладает множеством первоначальных сведений, таких как координаты небесных ориентиров спутника, примерное положение приемника, примерное время, и тем не менее приемник не может непосредственно предсказать сдвиг кода расширения спектра спутников. Основная причина заключается в том, что до определения положения обычная точность примерного времени приемника составляет от миллисекунд до секунд, что гораздо больше разрешения сегмента расширения (например, L1 С/А код расширения спектра для GPS, период равен 1 миллисекунде, содержащей 1024 сегмента).

Если бы можно было точно предсказать сдвиг кода первого уровня (кода расширения спектра) целевого спутника, то сигнал спутника может быть захвачен в месте целевого сдвига кода, что требует поиска нескольких дюжин неопределенных сдвигов кода в этот момент времени; по сравнению с предыдущим поиском 1024 неопределенных сдвигов кода, может быть сильно уменьшено время захвата. Кроме того, так как можно точно предсказать сдвиг кода второго уровня (бит) целевого спутника, то может быть использовано более длинное время когерентного накопления, что сильно улучшает чувствительность захвата.

С помощью внешней помощи по времени (такой как сетевая синхронизация), при выполнении точного предсказания мы может получить дополнительное значение времени, точность которого лучше 1 миллисекунды. Но это требует дополнительного оборудования, что увеличивает стоимость приемника спутниковой навигационной системы и ограничивает диапазон использования.

В настоящее время приемник спутниковой навигационной системы содержит модуль (RTC) часов реального времени. С учетом резервной аккумуляторной батареи смещение времени может быть сделано меньше 1 миллисекунды в течение некоторого периода времени (обычное значение - более десяти минут), так что достигается точное предсказание. Тем не менее этот способ может быть эффективным только в некоторый период после выключения приемника, например в течение десяти минут. Кроме того, так как модуль RTC использует кварцевый осциллятор, на который оказывают влияние температура, вибрация и другие условия внешней среды, этот способ иногда дает сбои.

Таким образом, специалисту в рассматриваемой области необходимо разработать способ вспомогательного захвата в приемнике объединенной навигационной системы.

Раскрытие изобретения

Для упомянутых выше недостатков существующего уровня техники техническая задача, решенная в настоящем изобретении, состоит в том, чтобы предложить способ вспомогательного захвата в приемнике объединенной навигационной системы, который обладает коротким временем захвата и высокой чувствительностью.

Для достижения упомянутой выше цели, в настоящем изобретении предложен способ вспомогательного захвата в приемнике объединенной навигационной системы.

В приемнике объединенной навигационной системы возможно принять и обработать сигналы нескольких спутников, и в нем уже захвачены и отслежены сигналы, по меньшей мере, одного спутника; отличается тем, что включает в себя этапы формирования дополнительной информации и этапы захвата и отслеживания спутника:

этапы формирования дополнительной информации включают в себя следующие этапы:

1-a: выбирают контрольный спутник: записывают количество N захваченных и отслеженных спутников и выбирают захваченный и отслеженный спутник n в качестве контрольного спутника;

1-b: в момент t_rcu,n измерения контрольного спутника в приемнике объединенной навигационной системы фиксируют локальный код расширения спектра и осуществляют синхронизацию с сигналами контрольного спутника, измеряют время M_n⁽¹⁾ для спутника, когда контрольный спутник возбуждает сигналы; и вырабатывают дополнительную информацию по сдвигу кода:

,

где является псевдодальностью до контрольного спутника;

1-c: оценивают и записывают ошибку Δt_rcu,n часов приемника объединенной навигационной системы для контрольного спутника:

1-d: определяют, существуют ли другие отслеженные спутники, которые не взяты в качестве контрольных спутников при вычислении ошибки Δt_rcu,n часов приемника объединенной навигационной системы, и если существует, то выполняют переход на этап а, иначе выполняют переход на этап e;

1-е: вычисляют ошибку Δt_rcu часов приемника объединенной навигационной системы:

этапы захвата и отслеживания спутников включают в себя следующие этапы:

2-a: выбирают спутник, который ждет захвата и отслеживания в качестве целевого спутника;

2-b: вычисляют псевдодальность Pr⁽²⁾ для целевого спутника;

2-c: вычисляют скорректированное значение Pr'⁽²⁾ псевдодальности:

2-d: берут скорректированное значение Pr'⁽²⁾ псевдодальности в качестве целевого положения, захватывают и отслеживают целевой спутник.

В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения сигналы нескольких спутников, которые принимают и обрабатывают в приемнике объединенной навигационной системы, передают от спутников одной спутниковой системы.

В другом предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения сигналы нескольких спутников, которые принимают и обрабатывают в приемнике объединенной навигационной системы, передают от спутников разных спутниковых систем; выбирают спутниковую систему в качестве контрольной спутниковой системы; ошибка Δt_rcu,n часов приемника объединенной навигационной системы равна:

,

где Δt_sys является смещением между спутниковой системой, которой принадлежит контрольный спутник, и контрольной спутниковой системой; скорректированное значение Pr'⁽²⁾ псевдодальности равно:

,

где Δ't_sys является смещением между спутниковой системой, которой принадлежит целевой спутник, и контрольной спутниковой системой.

Полезными свойствами настоящего изобретения являются следующие:

1) выполняют не только вспомогательный захват спутников из одной спутниковой системы, но также выполняют совместный вспомогательный захват спутников из нескольких спутниковых систем;

2) уменьшают время захвата и увеличивают точность захвата.

Ниже со ссылками на чертежи дополнительно описаны идея настоящего изобретения, конкретная структура и получаемый технический эффект, что нужно для полного понимания задач, признаков и достоинств настоящего изобретения.

Краткое описание чертежей

фиг. 1 - схема вспомогательного захвата в приемнике объединенной навигационной системы;

фиг. 2 - этапы формирования дополнительной информации;

фиг. 3 - блок-схема захвата и отслеживания спутников.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

Вариант 1 осуществления изобретения

Способ вспомогательного захвата в приемнике объединенной навигационной системы, при этом приемник объединенной навигационной системы способен принимать и обрабатывать сигналы нескольких спутников, и он уже захватил и отследил сигналы по меньшей мере одного спутника, указанный способ характеризуется тем, что включает в себя этапы формирования дополнительной информации и этапы захвата и отслеживания спутника:

этапы формирования дополнительной информации включают в себя следующие этапы:

1-a: выбирают контрольный спутник: записывают количество N захваченных и отслеженных спутников и выбирают захваченный и отслеженный спутник n в качестве контрольного спутника;

1-b: в момент t_rcu,n измерения контрольного спутника приемник объединенной навигационной системы фиксирует локальный код расширения спектра и осуществляет синхронизацию с сигналом контрольного спутника, измеряет время M_n⁽¹⁾ для спутника, когда контрольный спутник возбуждает сигналы; и формирует дополнительную информацию по временному сдвигу кода:

,

где Pr_n⁽¹⁾ является псевдодальностью контрольного спутника;

1-c: оценивают и записывают ошибку Δt_rcu,n часов приемника объединенной навигационной системы по контрольному спутнику:

1-d: определяют, существуют ли другие отслеженные спутники, которые не взяты в качестве контрольного спутника при вычислении ошибки Δt_rcu,n часов приемника объединенной навигационной системы, и если существует, то выполняют переход на этап а, иначе выполняют переход на этап e;

1-e: вычисляют ошибку Δt_rcu часов приемника объединенной навигационной системы:

этапы захвата и отслеживания спутников включают в себя следующие этапы:

2-a: выбирают ожидающий спутник, который ждет захвата и отслеживания в качестве целевого спутника;

2-b: вычисляют псевдодальность Pr⁽²⁾ целевого спутника;

2-c: вычисляют скорректированное значение Pr'⁽²⁾ псевдодальности:

2-d: используют скорректированное значение Pr'⁽²⁾ псевдодальности в качестве целевого положения, захватывают и отслеживают целевой спутник.

Как показано на фиг. 1, в этом варианте осуществления изобретения приемник объединенной навигационной системы принимает сигналы нескольких спутников 102а, 102b, 102с и 102d, которые принадлежит одной спутниковой системе, например GPS или BeiDou, спутник 102а является контрольным спутником, а спутник 102d является целевым спутником.

Линейное расстояние между приемником объединенной навигационной системы и спутником 102а обозначено как 104а, приемник объединенной навигационной системы захватывает и отслеживает сигналы спутника 102а, получает измеренные значения его сигналов и вычисляет псевдодальность 104b между спутником 102а и приемником 101 с помощью измеренных значений. Измеренная псевдодальность 104b отличается от линейного расстояния 104а, так как псевдодальность 104b включает в себя влияние различных шумов, например ионосферную погрешность, тропосферную погрешность, погрешность многопутевого распространения, шум в канале и так далее.

Линейное расстояние между приемником 101 объединенной навигационной системы и спутником 102d обозначено через 105а, а псевдодальность между приемником 101 объединенной навигационной системы и спутником 102d обозначено через 105b. Предположим, что из-за препятствия 103 сигналы спутника 102d являются слабыми, и приемник 101 не захватывает и не отслеживает эти сигналы. Предсказывают для текущего момента состояние временного сдвига кода спутника 102d, который не был захвачен, с помощью измеренных значений для спутника 102а и/или 102b, 102с, затем быстро захватывают спутник 102d с высокой чувствительностью. Псевдодальность между контрольным спутником и целевым спутником вычисляют с помощью координат небесных ориентиров спутников, оценок времен и оценок положений контрольного спутника и целевого спутника, которые хранятся в приемнике объединенной навигационной системы.

Вариант 2 осуществления изобретения

Настоящий вариант осуществления изобретения отличается от варианта 1 осуществления изобретения, в котором сигналы нескольких спутников, которые принимает и обрабатывает приемник объединенной навигационной системы, являются сигналами от спутников одной и той же спутниковой системы. Указанные сигналы могут быть от разных спутниковых систем. Выбирают спутниковую систему в качестве контрольной спутниковой системы; ошибка Δt_rcu,n часов приемника объединенной навигационной системы равна:

,

где Δt_sys является смещением между спутниковой системой, которой принадлежит контрольный спутник, и контрольной спутниковой системой; скорректированное значение Pr'⁽²⁾ псевдодальности равно:

,

где Δ't_sys является смещением между спутниковой системой, которой принадлежит целевой спутник, и контрольной спутниковой системой.

Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения подробно описаны выше. Надо понимать, что специалист в рассматриваемой области может без творческих усилий предложить много модификаций и изменений, соответствующих идеям настоящего изобретения. Следовательно, все технические решения, которые может получить специалист в рассматриваемой области в соответствии с идеями изобретения на основе уровня техники с помощью логического анализа, рассуждений или ограниченных экспериментов, должны находиться в пределах объема защиты изобретения, который определен формулой изобретения.

1. Способ вспомогательного захвата приемником объединенной навигационной системы, который способен принимать и обрабатывать сигналы нескольких спутников и уже захватил и отследил сигналы по меньшей мере одного спутника, включающий этапы формирования вспомогательной информации и этапы захвата и отслеживания спутника; при этом

этапы формирования вспомогательной информации включают этапы, на которых:

1-а: выбирают контрольный спутник: записывают количество N захваченных и отслеженных спутников и выбирают захваченный и отслеженный спутник n в качестве контрольного спутника;

1-b: в момент t_rcu,n измерения контрольного спутника с помощью приемника объединенной навигационной системы фиксируют локальный код расширения спектра и осуществляют синхронизацию с сигналами контрольного спутника, измеряют время спутника, когда контрольный спутник возбуждает сигналы; и формируют вспомогательную информацию по временному сдвигу кода:

где является псевдодальностью контрольного спутника;

1-c: оценивают и записывают ошибку Δt_rcu,n часов приемника объединенной навигационной системы по контрольному спутнику:

1-d: определяют, существуют ли другие отслеженные спутники, которые не взяты в качестве контрольных спутников при вычислении ошибки Δt_rcu,n часов приемника объединенной навигационной системы, и если существуют, то выполняют переход на этап а, иначе выполняют переход на этап е;

1-е: вычисляют систематическую ошибку Δt_rcu часов приемника объединенной навигационной системы:

этапы захвата и отслеживания спутника включают этапы, на которых:

2-а: выбирают спутник, который ждет захвата и отслеживания в качестве целевого спутника;

2-b: вычисляют псевдодальность Pr⁽²⁾ целевого спутника;

2-с: вычисляют скорректированное значение Pr'⁽²⁾ псевдодальности:

2-d: используют скорректированное значение Pr'⁽²⁾ псевдодальности в качестве целевого положения, захватывают и отслеживают целевой спутник.

2. Способ вспомогательного захвата приемником объединенной навигационной системы по п. 1, в котором сигналы нескольких спутников, которые принимают и обрабатывают приемником объединенной навигационной системы, являются сигналами от спутников одной и той же спутниковой системы.

3. Способ вспомогательного захвата приемником объединенной навигационной системы по п. 1, в котором сигналы нескольких спутников, которые принимают и обрабатывают с помощью приемника объединенной навигационной системы, являются сигналами от спутников разных спутниковых систем; при этом выбирают спутниковую систему в качестве контрольной спутниковой системы; ошибка Δt_rcu,n часов приемника объединенной навигационной системы равна:

где Δt_sys является смещением между спутниковой системой, которой принадлежит указанный контрольный спутник, и контрольной спутниковой системой; скорректированное значение Pr'⁽²⁾ псевдодальности равно:

где Δ't_sys является смещением между спутниковой системой, которой принадлежит целевой спутник, и контрольной спутниковой системой.