空间飞行物发现与轨迹标记系统及其实现轨迹标记的方法
【专利摘要】本发明涉及空间飞行物发现与轨迹标记系统及其实现轨迹标记的方法，属于无线通信【技术领域】。空间飞行物发现与轨迹标记系统包括至少3颗卫星，地面用户终端，地面数据中心；地面用户终端包括接收机，解调器，存储器，调制器及发射机；接收机连接解调器，解调器连接存储器，存储器连接调制器，调制器连接发射机；解调后获得数字信号，从解调后的数字信号可以获取时变扰动变化量，时变扰动变化量的特征信息存储到存储器，特征信息经过调制后由发射机发送到地面数据中心；地面用户终端是能够接收卫星时间信标信号并且根据时间信标信号计算其所在位置；时间信标信号包括卫星发射信号时的时间和此时间卫星所处的空间位置。
【专利说明】空间飞行物发现与轨迹标记系统及其实现轨迹标记的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及空间飞行物发现与轨迹标记系统及其实现轨迹标记的方法，属于无线通信【技术领域】。
【背景技术】
[0002]随着第16颗北斗导航卫星的成功发射和顺利正常运作，2012年12月27日起正式提供范围涵盖亚太大部分地区的全天时、全天候、高精度的授时、定位和导航服务。北斗卫星导航系统的建设与发展将满足国家安全、经济建设、科研发展和社会进步等发面的需求，维护国家权益，增强综合国力。目前的卫星导航系统包括美国的GPS系统、俄罗斯的GL0NASS系统、欧盟的Galileo和中国的北斗导航定位系统，在交通运输、海洋渔业、水文监测、气象测报、通讯时统、电力调度和救灾减灾等等方面提供高性能的定位、导航、授时，以及北斗导航系统的短报文通信服务。
[0003]我国是一个幅员辽阔的国家，尤其在我国域内雷达覆盖不到的世界各地的广阔的公共海域，利用大洋上的船只等，对可能进入我国领空的飞行物进行发现、标注并绘制飞行物的轨迹，显得尤为重要，可谓“拒敌于千里之外”，为维护自己国家及周边国家的安全，为人民生活的更加方便、舒适提供了支持。
【发明内容】
[0004]本发明针对以上问题的提出，而研制空间飞行物轨迹标记系统及其实现标记轨迹的方法。
[0005]本发明采取的技术方案如下:
[0006]空间飞行物发现与轨迹标记系统包括至少3颗卫星，地面用户终端，地面数据中心；地面用户终端包括接收机，解调器，存储器，调制器及发射机；接收机连接解调器，解调器连接存储器，存储器连接调制器，调制器连接发射机，解调后获得数字信号，从解调后的数字信号可以获取时变扰动变化量，时变扰动变化量的特征信息存储到存储器，特征信息经过调制后由发射机发送到地面数据中心；地面用户终端是能够接收卫星时间信标信号并且根据时间信标信号计算地面用户终端所在位置，地面用户终端能够测量接收卫星时标信号的扰动从而获取时变扰动变化量，时变扰动变化量包括信号的扰动时长及信号的扰动深度的参数信息，地面用户终端将信号的扰动信息发送到地面数据中心的设备；卫星与地面用户终端进行无线通信，地面用户终端与地面数据中心进行无线通信；所述地面用户终端可以是移动状态或固定状态；所述地面数据中心包括空间地理信息系统；所述卫星空间位置及地面用户终端的位置是以地球的球心为圆点的三维坐标系统来表示。
[0007]空间飞行物发现与轨迹标记系统实现空间飞行物轨迹标记的方法:当地面用户终端与卫星之间的信号直线传播路径内有空间飞行物时，地面用户终端接收到的时间信标信号会产生时变扰动,地面用户终端把时变扰动变化量传输到地面数据中心，时间信标信号包括卫星发射信号时的时间和此时间卫星所处的空间位置；空间飞行物包括空间飞行物群；空间飞行物在空间飞行时会对不同的地面用户终端产生时变扰动变化量，每个产生时变扰动变化量的地面用户终端测定的信号扰动变化量通过各种网络传输到地面数据中心；如果用户终端、卫星和地面数据中心的时钟完全同步，当覆盖全球的35颗北斗导航卫星和地面用户终端足够多时，在不间断的授时信号的覆盖下，将地面数据中心分析处理出的空间飞行物的空间、时间的坐标变化标注到空间地理信息系统上，依据空间飞行物的坐标变化的时序关系，连接空间飞行物对地面用户终端的产生扰动时的空间飞行物的位置坐标点，就可以绘制出空间飞行物在空间运动形成的轨迹。飞行物的空间位置是以地球的球心为圆点的三维坐标系统来表示。
[0008]卫星对地面用户终端产生扰动时的空间位置坐标确定方法如下:
[0009]第一步:下发的时间信标信号包括卫星发射信号时的时间和此时间卫星所处的空间位置，所以可以确定卫星的瞬时的三维坐标的位置(xs，ys，zs)；
[0010]第二步:地面用户终端是能够接收卫星时间信标信号并且根据时间信标信号计算地面用户终端所在位置(xu，yu，zu);在空间的3颗卫星与地面用户终端通信时，可根据三球交汇原理确定地面用户终端的位置(xu，yu，zu):
[0011]第三步:由三球交汇原理确定空间飞行物对地面用户终端产生扰动时的空间飞行物三维空间位置坐标(Xp，yp，Zp)如下:
【权利要求】
1.空间飞行物发现与轨迹标记系统，其特征在于:包括至少3颗卫星，地面用户终端，地面数据中心；地面用户终端包括接收机，解调器，存储器，调制器及发射机；接收机连接解调器，解调器连接存储器，存储器连接调制器，调制器连接发射机；解调后获得数字信号，从解调后的数字信号可以获取时变扰动变化量，时变扰动变化量的特征信息存储到存储器，特征信息经过调制后由发射机发送到地面数据中心；地面用户终端是能够接收卫星时间信标信号并且根据时间信标信号计算其所在位置；时间信标信号包括卫星发射信号时的时间和此时间卫星所处的空间位置；地面用户终端能够测量接收卫星时标信号的扰动从而获取时变扰动变化量，时变扰动变化量包括信号的扰动时长及信号的扰动深度的参数信息；地面用户终端将信号的扰动信息发送到地面数据中心的设备；卫星与地面用户终端进行无线通信，地面用户终端与地面数据中心进行无线通信；所述地面用户终端可以是移动状态或固定状态；所述地面数据中心包括空间地理信息系统；所述卫星空间位置及地面用户终端的位置是以地球的球心为圆点的三维坐标系统来表示。
2.根据权利要求1所述的空间飞行物发现与轨迹标记系统实现空间飞行物轨迹标记的方法，其特征在于:当地面用户终端与卫星之间的信号直线传播的路径内有空间飞行物时，地面用户终端的接收机接收到的信号经过解调器后会获取时变扰动变化量即地面用户终端接收到的时间信标信号会产生时变扰动；地面用户终端把时变扰动变化量传输到地面数据中心；空间飞行物包括空间飞行物群；空间飞行物在空间飞行时会对不同的地面用户终端产生时变扰动变化量，每个产生时变扰动变化量的地面用户终端测定的信号扰动变化量通过各种网络传输到地面数据中心；如果用户终端、卫星和地面数据中心的时钟完全同步，当覆盖全球的35颗北斗导航卫星和地面用户终端足够多时，在不间断的授时信号的覆盖下，将地面数据中心分析处理出的空间飞行物的空间、时间的坐标变化标注到空间地理信息系统上，依据空间飞行物的坐标变化的时序关系，连接空间飞行物对地面用户终端产生扰动时的空间飞行物的位置坐标点可以绘制出空间飞行物在空间运动形成的轨迹；空间飞行物的空间位置以地球的球心为圆点的三维坐标系统来表示。
3.根据权利要求2所述的空间飞行物发现与轨迹标记系统实现空间飞行物轨迹标记的方法，其特征在于:空间飞行物对地面用户终端产生扰动时的空间位置坐标确定方法如下: 第一步:卫星下发的时间信标信号包括卫星发射信号时的时间和此时间卫星所处的空间位置，所以可以确定卫星的瞬时的三维坐标的位置；卫星的瞬时的三维坐标的位置表示为(xs, ys, zs)； 第二步:地面用户终端是能够接收卫星时间信标信号并且根据时间信标信号计算地面用户终端所在位置，地面用户终端的位置表示为(xu，yu，zu);在空间的3颗卫星与地面用户终端通信时可根据三球交汇原理确定地面用户终端的位置(xu，yu，zu): 第三步:由三球交汇原理确定空间飞行物在tp时刻对地面用户终端产生扰动时的空间飞行物三维空间位置坐标(xp，yp，zp)如下:
(xs, ys, Zs)是卫星在tp时刻的瞬时三维坐标，ξ是定比分点，
则在时刻tp空间飞行物的时空参量(Xp，yp，zp，tp)可求出，d是空间飞行物对地面用户终端产生扰动时的距离。
4.根据权利要求2所述的空间飞行物发现与轨迹标记系统实现空间飞行物轨迹标记的方法，其特征在于:空间飞行物对地面用户终端产生扰动时空间飞行物与产生扰动的地面用户终端的距离确定方法如下: 空间飞行物对地面用户终端产生扰动时空间飞行物与产生扰动的地面用户终端的距离可表示为口径的场和表面积的函数:d = f (Ep, s), d表示空间飞行物对地面用户终端产生扰动时空间飞行物与产生扰动的地面用户终端的距离，Ep代表口径的场，s代表空间飞行物表面积；详细的变量关系要依据电磁场原理推导和实际测量数据的验证；由惠更斯原理近似的表示为:平面波入射在相对大的导电平面时绕射的电磁场可按格林定理推导的基尔霍夫公式给出:
式中，Θ ^为入射波与竖直方向的夹角，当Θ ^ = O时，COS Θ ^ = I ; rs ~ xsin^cos^ + ysinO sin炉，它是物体表面任意场点到观察点P的距离；S为物体表面积，λ为入射平面波波长；k为入射波波数，五是入射波在物体表面上的电场强度； 对于长条形物体；设入射波为垂直导电平面的平面电磁波，在物体表面上，只有X方向的电场 Es (X),则 Es (X) = axE0 ； 由基尔霍夫公式得绕射场的电场强度分布为
式中，a为物体的长度，b为物体的宽度；d为场点P到物体中心的距离； Θ为d与竖直方向的夹角；<iP为d在水平面上的投影与所选水平参考轴的夹角，当Θ — O时，由洛必达法则，得
式⑴也可以表示为
同理，对于圆形绕射口径，可得其绕射场的电场强度分布为
式中，Cltl为圆形物体的直径
为一阶第一类Bessel函数；由式⑵知，空间飞行物距离用户终端的距离d与入射波的波长、场强，阴影区接收点P的场强，以及障碍物的大小有关；根据以上的推导，知道卫星的位置，可以求出用户终端的位置，估算出空间飞行物距离地面用户终端的距离d间接表示为
式子(3)左边除未知量d外全部是已知量，式子(3)右边全部是已知量。
【文档编号】G01S19/51GK104199072SQ201310289428
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2013年7月3日 优先权日:2013年7月3日
【发明者】王樱子, 王智森, 申莹 申请人:王樱子, 王智森