一种与北斗系统实时同步生成伪卫星信号的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种位置服务、卫星导航和物联网应用领域，特别是关于一种与北斗 系统实时同步生成伪卫星信号的方法。
【背景技术】
[0002] 导航卫星信号生成是为基于位置服务、卫星导航和物联网的应用终端提供高可靠 性、高精度、可重复应用的测试信号和测试手段。基于通用接收机的大范围的卫星信号遮 挡区域的高精度定位是当前导航定位领域研宄的一个热点和难点，由于范围较大（达到公 里量级），WiFi定位、移动通信基站定位等技术难以应用，最有效可行的方式伪卫星定位方 式。
[0003] 现在大部分基于伪卫星的定位技术都需要对接收机进行改进，主要的原因是卫星 导航定位系统里卫星位置的星历都是采用的开普勒六参数的方式发布，接收机根据开普勒 六参数及其修正参数实时计算出卫星的位置，而伪卫星的位置一般不能用开普勒六参数来 表示，一般都采用地球协仪坐标的方式来表示，所以，普通的接收机无法解析这部分参数， 也就无法获得卫星的位置。对于接收机来说，需要开辟专门的通道来解析伪卫星的电文信 息，这也就限制了通用接收机利用伪卫星来进行定位。特别是对于现在广泛使用的移动终 端的接收机来说，无法利用这种伪卫星的信号进行定位，也就限制了伪卫星技术的应用。
【发明内容】
[0004] 针对上述问题，本发明的目的是提供一种与北斗系统实时同步生成伪卫星信号的 方法，该方法能够应用于通用接收机，并且能够实现和在轨卫星联合定位。
[0005] 为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种与北斗系统实时同步生成伪卫 星信号的方法，其包括以下步骤：1)由导航接收机接收实际卫星信号，并由导航系统控制 器向导航接收机发送多个实际卫星系统星历接收指令，导航接收机获取当前的实际卫星系 统星历参数，同时通过1PPS实现将本地信号与实际北斗时的时间同步，并判断是否实现时 间同步，若实现时间同步后，将同步标志设置为"时间已同步"，进入步骤2);反之继续通过 1PPS实现时间同步；2)根据当前的可见星和用户位置关系利用选星方法进行伪卫星星号 选择，并将选择的星号进行存储；3)根据存储的星号，将该星号对应的伪卫星信号进行仿 真计算，生成与实际星历同步的电文参数和观测量参数；4)通过已有的信号生成机制将伪 卫星信号的伪距参数、多普勒参数和误差参数转换后并输出，信号播发后每隔1秒进行一 次判断，判断当前伪卫星是否已经不再满足选星要求，如果不满足要求则重新输出伪卫星 信号；满足则根据选星方法选出1颗备用卫星；5)计算选出的备用卫星的电文参数和观测 量参数，并判断当前时刻是否应该进行换星；如果满足换星时刻，则进行换星处理，关闭当 前卫星信号，启动新的卫星，换星过程完成；反之，返回步骤4)，循环进行伪卫星的生成，实 现了与北斗系统的同步。
[0006] 所述步骤1)中，所述通过1PPS实现将本地信号与实际北斗时的时间同步包括以 下步骤：（1)设置时钟同步结构，该时钟同步结构包括授时型导航接收机、接收天线、带有 本地原子钟的时钟驯服模块和伪卫星信号发生器；(2)授时型导航接收机通过接收天线接 收实际卫星信号，并读取实际卫星系统UTC时；授时型导航接收机将实际卫星系统UTC时进 行读秒处理后，利用1PPS信号将时间信息传输至时钟驯服模块，同时通过串口将该时间信 息传输至伪卫星信号发生器；通过时钟驯服模块同步生成10MHz时钟信号和稳定的1PPS信 号；（3)授时型导航接收机通过时钟驯服模块输出的10MHz时钟信号作为伪卫星信号发生 器的时钟基准信号，授时型导航接收机通过时钟驯服模块输出的下一个1PPS信号作为伪 卫星信号发生器的外触发信号；（4)伪卫星信号发生器将读取的实际卫星UTC时间转换后 产生伪卫星系统时间，伪卫星信号发生器工作在外触发模式下，读取实际卫星系统UTC时 间并通过时钟驯服模块获取到稳定的1PPS信号后，判决是否具备从下一秒开始和实际时 间对齐的条件，判决条件成立后开始计算输出下一秒的伪卫星信号，并同步利用1PPS信号 和10MHz将伪卫星系统本地时间与UTC时间进行对齐，实现同步。
[0007] 所述步骤4)中，所述伪卫星的选星原则如下：（1)用户范围内难以正常接收的实 际卫星，即不在用户视野内的实际卫星；（2)实际卫星一伪卫星一用户所构成的转发线路 相对于直线线路的误差要尽可能的小；（3)伪卫星与现有卫星组成的联合星座的GD0P值 小。
[0008] 所述⑶0P值计算方法如下：（1)针对伪卫星的不同位置，计算所选伪卫星的星历： 以用户设备接收天线位置为原点，建立测量坐标系，在该坐标系内，计算实际卫星的高度角 和方位角；（a)计算实际卫星在测量坐标系的位置F/: 校）， 式中，€为实际卫星在ECEF坐标系的坐标；$为用户在ECEF坐标系的坐标；(L，B)为用户 的经度、炜度；RY、心和R2分别是绕Y轴、X轴和Z轴的旋转矩阵；(b)根据实际卫星的位置 C计算实际卫星的高度角E、方位角Az:
[0009]
【主权项】
1. 一种与北斗系统实时同步生成伪卫星信号的方法，其包括以下步骤： 1) 由导航接收机接收实际卫星信号，并由导航系统控制器向导航接收机发送多个实际 卫星系统星历接收指令，导航接收机获取当前的实际卫星系统星历参数，同时通过IPPS实 现将本地信号与实际北斗时的时间同步，并判断是否实现时间同步，若实现时间同步后，将 同步标志设置为"时间已同步"，进入步骤2);反之继续通过IPPS实现时间同步； 2) 根据当前的可见星和用户位置关系利用选星方法进行伪卫星星号选择，并将选择的 星号进行存储； 3) 根据存储的星号，将该星号对应的伪卫星信号进行仿真计算，生成与实际星历同步 的电文参数和观测量参数； 4) 通过已有的信号生成机制将伪卫星信号的伪距参数、多普勒参数和误差参数转换后 并输出，信号播发后每隔1秒进行一次判断，判断当前伪卫星是否已经不再满足选星要求， 如果不满足要求则重新输出伪卫星信号；满足则根据选星方法选出1颗备用卫星； 5) 计算选出的备用卫星的电文参数和观测量参数，并判断当前时刻是否应该进行换 星；如果满足换星时刻，则进行换星处理，关闭当前卫星信号，启动新的卫星，换星过程完 成；反之，返回步骤4)，循环进行伪卫星的生成，实现了与北斗系统的同步。
2. 如权利要求1所述的一种与北斗系统实时同步生成伪卫星信号的方法，其特征在 于：所述步骤1)中，所述通过IPPS实现将本地信号与实际北斗时的时间同步包括以下步 骤： (1) 设置时钟同步结构，该时钟同步结构包括授时型导航接收机、接收天线、带有本地 原子钟的时钟驯服模块和伪卫星信号发生器； (2) 授时型导航接收机通过接收天线接收实际卫星信号，并读取实际卫星系统UTC时； 授时型导航接收机将实际卫星系统UTC时进行读秒处理后，利用IPPS信号将时间信息传输 至时钟驯服模块，同时通过串口将该时间信息传输至伪卫星信号发生器；通过时钟驯服模 块同步生成IOMHz时钟信号和稳定的IPPS信号； (3) 授时型导航接收机通过时钟驯服模块输出的IOMHz时钟信号作为伪卫星信号发生 器的时钟基准信号，授时型导航接收机通过时钟驯服模块输出的下一个IPPS信号作为伪 卫星信号发生器的外触发信号； (4) 伪卫星信号发生器将读取的实际卫星UTC时间转换后产生伪卫星系统时间，伪卫 星信号发生器工作在外触发模式下，读取实际卫星系统UTC时间并通过时钟驯服模块获取 到稳定的IPPS信号后，判决是否具备从下一秒开始和实际时间对齐的条件，判决条件成立 后开始计算输出下一秒的伪卫星信号，并同步利用IPPS信号和IOMHz将伪卫星系统本地时 间与UTC时间进行对齐，实现同步。
3. 如权利要求1或2所述的一种与北斗系统实时同步生成伪卫星信号的方法，其特征 在于：所述步骤4)中，所述伪卫星的选星原则如下： (1) 用户范围内难以正常接收的实际卫星，即不在用户视野内的实际卫星； (2) 实际卫星一伪卫星一用户所构成的转发线路相对于直线线路的误差要尽可能的 小； (3) 伪卫星与现有卫星组成的联合星座的⑶OP值小。
4. 如权利要求3所述的一种与北斗系统实时同步生成伪卫星信号的方法，其特征在 于：所述⑶OP值计算方法如下： (1) 针对伪卫星的不同位置，计算所选伪卫星的星历：以用户设备接收天线位置为原 点，建立测量坐标系，在该坐标系内，计算实际卫星的高度角和方位角； (a) 计算实际卫星在测量坐标系的位置F/:
式中，G为实际卫星在ECEF坐标系的坐标；$为用户在ECEF坐标系的坐标；(L，B)为 用户的经度、炜度；RY、&和R 2分别是绕Y轴、X轴和Z轴的旋转矩阵； (b) 根据实际卫星的位置计算实际卫星的高度角E、方位角Az :
式中：
，xs。、ys。、Z s。分别是用户坐标系下卫星的X、y和z轴坐标； (2) 根据实际卫星的高度角E和方位角Az计算⑶OP值：
5. 如权利要求1或2或4所述的一种与北斗系统实时同步生成伪卫星信号的方法，其 特征在于：所述步骤2)、步骤4)中，所述伪卫星选星方法为：收集实际卫星参数，根据用户 和障碍物的位置关系区分可见区域，在不可见区域内选择仰角最优的实际卫星，提取相应 实际卫星星号，完成选星。
6. 如权利要求1或2或4所述的一种与北斗系统实时同步生成伪卫星信号的方法，其 特征在于：所述步骤5)中，所述换星过程如下： (1) 伪卫星信号发生器选好符合要求的不可见区域的实际卫星并播发这颗卫星的信 号； (2) 计算不可见区域的仰角范围，实时进行伪卫星仰角值计算，根据卫星运动轨迹推算 该卫星走出不可见区域的时间； (3) 如果计算伪卫星离开的时间小于10分钟，重新进行选星过程，并选出当前条件下 更优的伪卫星； (4) 收集新的伪卫星星历，同时计算出该卫星的实时电文参数和观测量参数，包括伪距 参数、多普勒参数和误差参数； (5) 新的伪卫星的卫星数据准备好之后，通知伪卫星信号发生器进行换星操作，关闭当 前卫星信号，并在下一个IPPS发送新的伪卫星的卫星信号； (6) 换星过程完成。
【专利摘要】本发明涉及一种与北斗系统实时同步生成伪卫星信号的方法，其步骤：获取当前的实际卫星系统星历参数，同时实现将本地信号与实际北斗时的时间同步，并判断是否实现时间同步；根据当前的可见星和用户位置关系利用选星方法进行伪卫星星号选择；根据存储的星号，将该星号对应的伪卫星信号进行仿真计算，生成与实际星历同步的电文参数和观测量参数；输出伪卫星信号的伪距参数、多普勒参数和误差参数，判断当前伪卫星是否已经不再满足选星要求；计算选出的备用卫星的电文参数和观测量参数，并判断当前时刻是否应该进行换星；满足则进行换星；反之，循环进行伪卫星的生成，实现与北斗系统的同步。本发明能够广泛应用于通用接收机，能够和在轨卫星联合定位。
【IPC分类】G01S19-27, G01S19-28
【公开号】CN104749588
【申请号】CN201510145678
【发明人】吴巍荪
【申请人】北京华云智联科技有限公司
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年3月30日