一种基于低轨宽带互联网星座的导航方法及系统与流程

本申请涉及卫星导航技术领域，尤其涉及一种基于低轨宽带互联网星座的导航方法及系统。

背景技术：

目前，定位导航与授时(positioning,navigationandtiming,pnt)服务主要依赖于全球卫星导航系统(globalnavigationsatellitesystem，)。由于gnss系统主要是针对开阔场景设计的，其gnss信号落地功率低、信号带宽窄、以及在遮挡、衰减，尤其是干扰环境下，导致服务可用性差。因此，如何增强gnss抗干扰能力对pnt服务的性能有着决定性的影响。低轨宽带互联网星座是由多个卫星通过互联网组网形成的，正处于蓬勃发展种，基于低轨宽带互联网星座提供pnt服务为增强抗干扰能力提供了可能。

目前，为了增强gnss信号抗干扰能力，主要是通过将多套卫星多波束天线形成的所有波束指向导航信号功率增强目标区域，通过将功率集中指向小的区域，来提升信号落地功率，进而提高抗干扰能力。但是，现有技术通过将功率集中指向小的区域，来提升信号落地功率，减小了gnss信号覆盖区域。因此，如何在保证基于低轨宽带互联网星座的导航系统覆盖范围的情况下，来提升信号落地功率，进而增强gnss信号抗干扰能力成为亟待解决的问题。

技术实现要素：

本申请解决的技术问题是：针对现有技术中导航信号的抗干扰能力较差的问题，本申请提供了一种基于低轨宽带互联网星座的导航方法及系统，通过所述第二导航信号与所述第一通信信号同时共用频谱资源以及发射通道播发，即卫星可以通过通信频谱以及信道向终端发送导航信号，由于通信频谱带宽比传统导航gnss信号频谱宽，提高了导航信号的带宽，相比于gnss信号，信号的抗干扰能力提升。此外，宽带通信信号终端天线增益高，提高了信号接收功率，进一步提高了导航信号的抗干扰能力。

第一方面，本申请实施例提供了一种基于低轨宽带互联网星座的导航方法，该方法包括：

接收地面信关站上注的卫星导航广播电文或精密电文，根据所述导航广播电文或所述精密电文生成第一导航信号；

根据预设的通信载荷生成第一通信信号，根据所述第一通信信号以及所述第一导航信号生成第二导航信号，其中，所述第二导航信号与所述第一通信信号同时共用频谱资源以及发射通道播发；

在预设的通信资源上将所述第二导航信号发送给终端，以使得所述终端基于所述第二导航信号进行定位导航与授时。

本申请实施例所提供的方案中，通过接收地面信关站上注的卫星导航广播电文或精密电文，根据所述导航电文或所述gnss信号生成第一导航信号，然后根据预设的通信载荷生成第一通信信号，根据所述第一通信信号以及所述第一导航信号生成第二导航信号，其中，所述第二导航信号与所述第一通信信号共用频谱资源以及发射通道，再在预设的通信资源上将所述第二导航信号发送给终端，以使得所述终端基于所述第二导航信号进行定位导航与授时。通过所述第二导航信号与所述第一通信信号同时共用频谱资源以及发射通道播发，即卫星可以通过通信频谱以及信道向终端发送导航信号，由于通信频谱带宽比传统导航gnss信号频谱宽，提高了导航信号的带宽，进而提高了导航信号的抗干扰能力。

可选地，所述第一通信信号包括业务信号以及信令信号，所述第一通信信号包括ka频段通信信号或ku频段通信信号；

所述第一导航信号包括连续ka频段导航信号和/或连续l频段导航信号。

可选地，若所述第一通信信号以及所述第一导航信号均包括ka频段信号，根据所述第一通信信号以及所述第一导航信号生成第二导航信号，包括：

根据所述第一导航信号得到基带信号或中频信号；

将所述基带信号或中频信号与所述第一通信信号融合得到所述第二导航信号。

可选地，根据所述第一通信信号以及所述第一导航信号生成第二导航信号，还包括：

接收所述地面信关站发送的信号，确定所述信号的接收时间以及发送时间，根据所述接收时间以及所述发送时间确定第一信号传播时延；

向所述地面信关站发送所述第一通信信号，并接收所述地面信关站基于所述第一通信信号确定出的第二信号传播时延；

根据所述第一信号传播时延以及所述第二信号传播时延确定星座与所述地面信关站之间的钟差信息；

根据所述第一通信信号以及所述钟差信息生成所述第二导航信号。

可选地，所述第二导航信号包括如下至少一个信号：

所述基带信号或中频信号与所述业务信号融合得到的连续导航信号，其定义为ka_n；或

所述基带信号或中频信号与所述信令信号融合得到的连续导航信号，其定义为ka_s；或

所述连续l频段导航信号，其定义为l_n；或

所述基带信号或中频信号与所述通信信号融合得到脉冲导航信号，其定义为ka_p；或

第二通信信号，其定义为ka_c，其中，所述ka_c为携带所述钟差信息的通信信号。

本申请实施例所提供的方案中，一方面利用ka频段宽的优势，在ka频段播发宽带的连续导航信号ka_n，提升抗干扰能力；另一方面利用ka终端的天线高增益，提升信号载噪比；或同时播发导通融合高功率脉冲信号ka_p，实现“脉冲+连续”提升信号功率；或播发高功率通信信号ka_c，进一步等效提升导航信号功率。此外，在需要时可通过无线资源管理功能，无通信业务时，将功率分配给导航信号，直接提升导航信号的功率。

可选地，在预设的通信资源上将所述第二导航信号发送给终端，包括：

在所述通信资源上采用多轮播方式将所述ka_p发送给所述终端；或

采用码片级编码方式将所述ka_n进行编码分组，得到多组码片分组，在所述通信资源上将不同码片分组通过不同波束发送给所述终端；或

基于通信窄波束，向所述终端播发连续宽覆盖的所述第二导航信号。

第二方面，本申请实施例提供了一种基于低轨宽带互联网星座的导航方法，该方法包括：

接收星座中至少四颗卫星发送的第二导航信号，其中，所述第二导航信号与所述卫星根据预设的通信载荷生成的第一通信信号同时共用频谱资源以及发射通道播发；

根据所述第二导航信号确定所述卫星与终端之间的伪距以及每颗所述卫星的载波相位观测值，根据所述伪距以及所述载波相位观测值对所述终端进行定位导航与授时。

可选地，所述方法，还包括：

确定所述终端上设置的超短基线天线系统中每个天线的位置信息，根据所述位置信息建立终端的本体坐标系，其中，所述超短基线天线系统包括至少两根天线；

根据所述每根天线所接收的任意两颗所述卫星发送的所述第二导航信号确定出载波相位观测方程，根据所述载波相位观测方程进行双差计算确定出载波相位双差值，所述任意两颗卫星的位置矢量、所述超短基线天线系统中天线之间基线矢量以及双差载波整周模糊度之间的关系式；

根据所述至少四颗卫星发送的第二导航信号以及所述关系得到一组关系式方程，根据预设的整周模糊度求解算法求解所述关系式方程中双差载波整周模糊度，将求解出的所述双差载波整周模糊度带入所述关系式方程求解出所述超短基线天线系统中天线之间基线矢量；

根据所述基线矢量计算所述终端的位姿参数，其中，所述位姿参数包括俯仰角、偏航角以及滚动角。

第三方面，本申请实施例提供了一种基于低轨宽带互联网星座的导航系统，该系统包括：星座、地面信关站以及至少一个终端；其中，

所述地面信关站，用于向所述星座上注卫星导航电文；

所述星座，包括多颗位于不同轨面的卫星，用于接收地面信关站上注的卫星导航电文或gnss信号，根据所述导航电文或所述gnss信号生成第一导航信号；根据预设的通信载荷生成第一通信信号，根据所述第一通信信号以及所述第一导航信号生成第二导航信号，其中，所述第二导航信号与所述第一通信信号同时共用频谱资源以及发射通道播发；在预设的通信资源上将所述第二导航信号发送给所述至少一个终端；

所述至少一个终端，用于基于所述第二导航信号进行导航定位。

可选地，所述至少一个终端中每个所述终端上设置有ka频段信号的通信天线，或同时设置有ka频段信号的通信天线以及l频段信号的导航天线，其中，所述ka频段信号的通信天线用于接收所述第二导航信号。

本申请实施例所提供的方案中，通过构建了一个基于宽带互联网星座的导航系统，是一个独立提供定位导航与授时服务的导航系统，而不仅仅是一个gnss增强系统。同时，也能与gnss互操作，联合使用提供pnt服务。

第四方面，本申请实施例提供了一种基于低轨宽带互联网星座的导航装置，该装置包括：

接收单元，用于接收地面信关站上注的卫星导航广播电文或精密电文，根据所述导航广播电文或所述精密电文生成第一导航信号；

生成单元，用于根据预设的通信载荷生成第一通信信号，根据所述第一通信信号以及所述第一导航信号生成第二导航信号，其中，所述第二导航信号与所述第一通信信号同时共用频谱资源以及发射通道播发；

发送单元，用于在预设的通信资源上将所述第二导航信号发送给终端，以使得所述终端基于所述第二导航信号进行导航定位。

可选地，所述第一通信信号包括业务信号以及信令信号，所述第一通信信号包括ka频段通信信号或ku频段通信信号；

所述第一导航信号包括连续ka频段导航信号和/或连续l频段导航信号。

可选地，若所述第一通信信号以及所述第一导航信号均包括ka频段信号，所述生成单元，具体用于：

根据所述第一导航信号得到基带信号或中频信号；

将所述基带信号或中频信号与所述第一通信信号融合得到所述第二导航信号。

可选地，所述生成单元，还用于：

接收所述地面信关站发送的信号，确定所述信号的接收时间以及发送时间，根据所述接收时间以及所述发送时间确定第一信号传播时延；

向所述地面信关站发送所述第一通信信号，并接收所述地面信关站基于所述第一通信信号确定出的第二信号传播时延；

根据所述第一信号传播时延以及所述第二信号传播时延确定星座与所述地面信关站之间的钟差信息；

根据所述第一通信信号以及所述钟差信息生成所述第二导航信号。

可选地，所述第二导航信号包括如下至少一个信号：

所述基带信号或中频信号与所述业务信号融合得到的连续导航信号，其定义为ka_n；或

所述基带信号或中频信号与所述信令信号融合得到的连续导航信号，其定义为ka_s；或

所述连续l频段导航信号，其定义为l_n；或

所述基带信号或中频信号与所述通信信号融合得到脉冲导航信号，其定义为ka_p；或

第二通信信号，其定义为ka_c，其中，所述ka_c为携带所述钟差信息的通信信号。

可选地，所述发送单元，具体用于：

在所述通信资源上采用多轮播方式将所述ka_p发送给所述终端；或

采用码片级编码方式将所述ka_n进行编码分组，得到多组码片分组，在所述通信资源上将不同码片分组通过不同波束发送给所述终端；或

基于通信窄波束，向所述终端播发连续宽覆盖的所述第二导航信号。

第五方面，本申请实施例提供了一种基于低轨宽带互联网星座的导航装置，该装置包括：

接收单元，用于接收星座中至少四颗卫星发送的第二导航信号，其中，所述第二导航信号与所述卫星根据预设的通信载荷生成的第一通信信号同时共用频谱资源以及发射通道播发；

定位单元，用于根据所述第二导航信号确定所述卫星与终端之间的伪距以及每颗所述卫星的载波相位观测值，根据所述伪距以及所述载波相位观测值对所述终端进行定位。

可选地，所述装置，还包括：确定单元；所述确定单元，具体用于：

确定所述终端上设置的超短基线天线系统中每个天线的位置信息，根据所述位置信息建立终端的本体坐标系，其中，所述超短基线天线系统包括至少两根天线；

根据所述每根天线所接收的任意两颗所述卫星发送的所述第二导航信号确定出载波相位观测方程，根据所述载波相位观测方程进行双差计算确定出载波相位双差值，所述任意两颗卫星的位置矢量、所述超短基线天线系统中天线之间基线矢量以及双差载波整周模糊度之间的关系式；

根据所述至少四颗卫星发送的第二导航信号以及所述关系得到一组关系式方程，根据预设的整周模糊度求解算法求解所述关系式方程中双差载波整周模糊度，将求解出的所述双差载波整周模糊度带入所述关系式方程求解出所述超短基线天线系统中天线之间基线矢量；

根据所述基线矢量计算所述终端的位姿参数，其中，所述位姿参数包括俯仰角、偏航角以及滚动角。

第六方面，本申请实施例提供了一种卫星，该卫星，包括：

存储器，用于存储至少一个处理器所执行的指令；

处理器，用于执行存储器中存储的指令执行第一方面所述的方法。

第七方面，本申请实施例提供了一种终端，该终端，包括：

存储器，用于存储至少一个处理器所执行的指令；

处理器，用于执行存储器中存储的指令执行第二方面所述的方法。

第八方面，本申请提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，当所述计算机指令在计算机上运行时，使得计算机执行第一方面以及第二方面所述的方法。

附图说明

图1为本申请实施例所提供的一种基于低轨宽带互联网星座的导航方法的流程示意图；

图2为本申请实施例所提供的一种ka_p信号帧结构的示意图；

图3为本申请实施例所提供的一种基于ka_n信号的超短基线测姿示意图；

图4为本申请实施例所提供的一种基于低轨宽带互联网星座的导航系统的结构示意图；

图5为本申请实施例所提供的一种基于低轨宽带互联网星座的导航装置的结构示意图；

图6为本申请实施例所提供的一种基于低轨宽带互联网星座的导航装置的结构示意图；

图7为本申请实施例所提供的一种基于低轨宽带互联网星座的导航装置的结构示意图。

图8为本申请实施例所提供的一种卫星的结构示意图；

图9为本申请实施例所提供的一种终端的结构示意图。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本申请技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

以下结合说明书附图对本申请实施例所提供的一种基于低轨宽带互联网星座的导航方法做进一步详细的说明，该方法具体实现方式可以包括以下步骤(方法流程如图1所示)：

步骤101，接收地面信关站上注的卫星导航广播电文或精密电文，根据所述导航广播电文或所述精密电文生成第一导航信号。

在本申请实施例所提供的方案中，星座中的卫星与地面信关站之间可以通过馈电链路连接，并建立连接之后，星座可以接收地面信关站上注的导航电文，其中，导航电文包括卫星星历、历书、卫星时钟的修正参数、电离层延时模型参数等内容。应理解，在申请实施例所提供的方案中，星座是由多颗卫星组成。

进一步，在星座中设置有星载gnss信号接收机，该接收机可以接收gnss系统发送的gnss信号，当地面信关站没有向卫星上注星座的星历数据时，星座根据gnss信号以及预设的电文生成规则自主生成导航电文，然后，根据该导航电文生成第一导航信号。

步骤102，根据预设的通信载荷生成第一通信信号，根据所述第一通信信号以及所述第一导航信号生成第二导航信号，其中，所述第二导航信号与所述第一通信信号同时共用频谱资源以及发射通道播发。

在本申请实施例所提供的方案中，星座中的卫星上设置有通信载荷，该通信载荷能够生成第一通信信号，其中，第一通信信号用于星座与地面信关站之间进行通信的信号。在星座中的卫星上设置有导航载荷，该导航载荷能够基于导航电文生成第一导航信号。具体的，第一通信信号以及第一导航信号可以包括多种类型的信号，下面以一种较佳的为例进行说明。

在一种可能实现的方式中，所述第一通信信号包括业务信号以及信令信号，所述第一通信信号包括ka频段通信信号或ku频段通信信号；

所述第一导航信号包括连续ka频段导航信号和/或连续l频段导航信号。

具体的，在本申请实施例所提供的方案中，卫星在ka或ku频段发送通信信号，该通信信号采用频分+时分+多波束体制发送，波束分为信令波束与业务波束，其中，业务波束的个数为nbeam，且nbeam≥2，用户下行业务信号在业务波束播发。信令波束为覆球宽波束，用于终端为卫星的初步建链。用户下行频段带宽为bwka，bwka≥100mhz，等分为nbw个子频带，每个业务波束使用带宽为一个或多个子频带，每个业务波束支持的用户数为nuser。时域上最小时隙为tf。

进一步，在本申请实施例所提供的方案中，星座根据所述第一通信信号以及所述第一导航信号生成第二导航信号的方式有多种，下面以一种较佳的方式为例进行说明。

在一种可能的实现方式中，若所述第一通信信号以及所述第一导航信号均包括ka频段信号，根据所述第一通信信号以及所述第一导航信号生成第二导航信号，包括：根据所述第一导航信号得到基带信号或中频信号；将所述基带信号或中频信号与所述第一通信信号融合得到所述第二导航信号。

在一种可能的实现方式中，根据所述第一通信信号以及所述第一导航信号生成第二导航信号，还包括：接收所述地面信关站发送的信号，确定所述信号的接收时间以及发送时间，根据所述接收时间以及所述发送时间确定第一信号传播时延；向所述地面信关站发送所述第一通信信号，并接收所述地面信关站基于所述第一通信信号确定出的第二信号传播时延；根据所述第一信号传播时延以及所述第二信号传播时延确定星座与所述地面信关站之间的钟差信息；根据所述第一通信信号以及所述钟差信息生成所述第二导航信号。

具体的，在本申请实施例所提供的方案中，地面信关站向星座发送信号，星座在接收到该信号之后，确定所述信号的接收时间以及发送时间，其中，接收时间是指星座接收该信号的时间，发送时间是指地面信关站发送该信号的时间；然后，星座根据接收时间以及发送时间确定第一信号传播时延，具体的，根据如下公式确定第一信号传播时延：

其中，te→s表示第一信号传播时延；表示地面信关站发送信号时地面钟面时刻；t1，e表示卫星接收信号时卫星钟面时刻；表示时刻卫星的坐标矢量；pe表示地面信关站在ecef坐标矢量；δt^s表示预设的卫星钟差；δte表示预设的地面信关站的钟差；表示预设的卫星接收信号的硬件延迟；tg1，e表示预设的地面信关站发送信号的硬件延迟；i1表示预设的电离层与对流层延迟；表示预设的效应延迟。

进一步，星座向地面信关站发送通信信号，地面信关站在接收到通信信号后，确定卫星发送通信信号时卫星钟面时刻以及地面信关站接收通信信号时地面钟面时刻，并根据卫星发送通信信号时卫星钟面时刻以及地面信关站接收通信信号时地面钟面时刻计算第二信号传播时延。具体的，根据如下公式计算第二信号传播时延：

其中，ts→e表示第二信号传播时延；t2，e表示地面信关站接收到通信信号时地面信关站钟面时刻；表示卫星发送通信信号时卫星钟面时刻；表示时刻卫星的坐标矢量。

进一步，地面信关站计算出第二信号传播时延后，将第二信号传播时延发送给星座，星座根据第一信号传播时延以及第二信号传播时延得到星座与所述地面信关站之间的钟差信息。具体的，通过如下公式计算钟差信息：

其中，(δt^s-δte)表示钟差信息。

进一步，在一种可能的实现方式中，所述第二导航信号包括如下至少一个信号：所述基带信号或中频信号与所述业务信号融合得到的连续导航信号，其定义为ka_n；或所述基带信号或中频信号与所述信令信号融合得到的连续导航信号，其定义为ka_s；或所述连续l频段导航信号，其定义为l_n；或所述基带信号或中频信号与所述通信信号融合得到脉冲导航信号，其定义为ka_p；或第二通信信号，其定义为ka_c，其中，所述ka_c为携带所述钟差信息的通信信号，该通信信号为合作化通信信号。

具体的，在本申请实施例所提供的方案中，ka_n、ka_s以及ka_c均可与通信信号共频谱以及通过通信信道播发，ka_p占用通信信号部分时隙、频谱以及功率资源。

步骤103，在预设的通信资源上将所述第二导航信号发送给终端，以使得所述终端基于所述第二导航信号进行导航定位。

在本申请实施例所提供的方案中，星座生成第二导航信号之后，需要在预设的通信频段资源上将所述第二导航信号发送给终端。由于第二导航信号可能包括至少一种信号，因此，星座将第二导航信号发送给终端的方式有多种，下面以一种较佳的方式为例进行说明。

在一种可能实现的方案中，在预设的通信资源上将所述第二导航信号发送给终端，包括：在所述通信资源上采用多轮播方式将所述ka_p发送给所述终端；或采用码片级编码方式将所述ka_n进行编码分组，得到多组码片分组，在所述通信资源上将不同码片分组通过不同波束发送给所述终端；或基于通信窄波束，向所述终端播发连续宽覆盖的所述第二导航信号。

为了便于星座将第二导航信号发送给终端的过程，下面分别对上述第第一连续导航信号ka_n，第二连续导航信号ka_s，第二通信信号ka_c以及脉冲导航信号ka_p的发送过程进行简要介绍。

一、第一连续导航信号ka_n

在本申请实施例所提供的方案中，根据第一导航信号生成基波信号或中频信号，将基波信号或中频信号与ka波段的业务信号进行融合，得到第一连续导航信号，其中，第一连续导航信号为ka波段信号。

进一步，星座在得到第一连续导航信号之后，通过ka波段射频发射通道发射。星座在发送第一连续导航信号时，可以采用多业务波束连续播发，其中，不同波束发射的第一连续信号所采用的测距码序列可以相同，也可以不同，在此不做限定。

具体的，在采用多业务波束连续播发，其中，多业务波束可以采用码片级跳波束，此时，只需要生成1路ka_n基带信号，具体的，基带信号可以表示为：

ska-n，baseband(t)＝dka-n(t)cka-n(t)

其中，ska-n，baseband(t)表示ka_n基带信号；dka-n(t)为预设的卫星导航电文；cka-n(t)为预设的测距码。

在ka_n信号播发时，以nchip个码片为一组对测距码进行分组，其中，nchip≥1，然后，将不同的码片分组在不同的波束进行播发。若第一连续导航信号在nka-n个波束内播发，n≤nka-n≤nbeam，则第n个波束内的第一连续导航信号可以通过下式表示：

其中，表示第n个波束内的第一连续导航信号；表示第一连续导航信号功率；表示预设的卫星导航电文；表示预设的测距码；表示预设的业务波速载波中心频率；表示预设的业务波束初始载波相位。

进一步，在本申请实施例所提供的方案中，不同波束的载波中心频率可以相同或者不同，信号带宽可以为整个通信资源的带宽。但是，若信号带宽为整个通信资源的带宽，需要生成多路第一连续导航信号。

二、第二连续导航信号ka_s

在本申请实施例所提供的方案中，根据第一导航信号生成基波信号或中频信号，将基波信号或中频信号与ka波段的信令信号进行融合，得到第二连续导航信号，其中，第二连续导航信号也为ka波段信号。

进一步，星座在生成第二连续导航信号之后，通过ka波段射频发射通道发射。星座在发送第二连续导航信号时，可以采用覆球宽波束播发，其中，覆球宽波束为信令波束。具体的，第二连续导航信号可以通过如下公式表示：

其中，ska-s(t)表示第二连续导航信号；pka-s表示第二连续导航信号功率；dka-s(t)表示预设的卫星导航电文；cka-s(t)表示预设的测距码；fka-s为预设的信令波束载波中心频率；θ0，ka-s为预设的信令波束初始载波相位。

在本申请实施例所提供的方案中，当有多个信令波束时，每个信令波束播发的第二连续导航信号，可采用不同的测距码，也可以采用相同的测距码，在此并不做限定。

三、第二通信信号ka_c

在本申请实施例所提供的方案中，星座发送的通信信号是突发信号，即在任一波束中可以没有通信信号，也可以有多个通信信号，而且每个通信信号的带宽、时隙和功率都是可调的。具体的，通信信号的调制方式有多种，例如，调制方式包括高阶调制qam或apsk调制。具体的，第n个波束内，播发的第j个第二通信信号可以表示为：

其中，表示第二通信信号；表示第二通信信号的功率；表示第二通信信号的i支路基带信号；表示第二通信信号的q支路基带信号；表示为第二通信信号的中心频率；为第二通信信号的初始载波相位。

四、脉冲导航信号ka_p

在本申请实施例所提供的方案中，星座可以占用通信信号的部分时隙与频率资源播发脉冲导航信号ka_p。星座在播发脉冲导航信号ka_p过程中，可以采用在多个波束间跳波束方式播发脉冲导航信号，而且在播发时可以采用bpsk或者qpsk调制方式对脉冲导航信号ka_p进行调制，得到调制后的ka_p，其中，调制后的ka_p，其帧由连续波(cw)，用于测距的prn码以及调制后的卫星导航电文数据的prn码三部分组成，具体的一个调制后的ka_p帧长可以通过如下公式表示：

tka-p＝tcw+tpilot+tdata

其中，tka-p表示一个调制后的ka_p帧长，为通信信号最小时隙tf的整数倍；tcw表示连续波的长度；tpilot表示用于测距的prn码的长度；tdata表示调制后的卫星导航电文数据的prn码的长度。

进一步，ka_p基带信号表示为：

ska-p，baseband(t)＝dka-p(t)cka-p(t)

其中，ska-p，baseband(t)表示脉冲导航信号的基带信号；当0≤t＜tcw时，dka-p(t)cka-p(t)≡1或者dka-p(t)cka-p(t)≡-1，为连续波帧头部cw，当tcw≤t＜tcw+tpilot时，dka-p(t)≡1，cka-p(t)为测距prn码的取值，当tcw+tpilot≤t＜tka-p时，dka-p(t)为调制的低速电文取值，cka-p(t)为数据prn码的取值。

参见图2，表示一种ka_p信号帧结构的示意图，根据图2可知ka_p信号帧由连续波帧头部cw、测距prn码以及数据prn码三部分组成。

进一步，星座在播发脉冲导航信号ka_p过程中，ka_p信号可以在多个波束间轮询播发，其中，ka_p信号在单个波束停留的时间为tbeam，tbeam为最小时隙tf的整数倍，且有tbeam≥tka-p。若播发ka_p信号的波束有nbeam个，可以在所有的nbeam个波束间轮询播发，其中，单个波束内的占空比为tka-p/(nbeam·tbeam)；也可以在部分波束间进行轮询，同时播发多个ka_p信号。

进一步，在本申请实施例所提供的方案中，第二导航信号还包括l波段导航信号；l波段导航信号为连续波，其结构与传统gnss信号类似，可自定义表示为l_n。星座可以直接采用扩频方式对l_n信号进行调制，得到调整后信号，其中，调整后信号由卫星导航电文、预设的测距码以及载波组成，可与传统gnss信号兼容，进而增加了导航信号个数，加快精密定位收敛时间，可与gnss信号一体化接收处理。l_n信号可在一个频点、两个频点、三个频点播发，频率可选为传统gnss的l频段，或者移动通信频段1518-1525mhz，具体的，在第j个频点，l_n信号可以表示为：

其中，表示第j个频点的l_n信号；为l_n信号功率；为预设的卫星导航电文，其可以是广播电文、精密电文或者gnss增强电文；为预设的测距码；为l_n信号频率；为l_n信号初始载波相位。

进一步，星座在生成第二导航信号时，还可将ka_n、ka_p、ka_c信号合成，并将合成后的信号通过ka频段射频发射通道播发，其中，信号合成可以在数字域进行，也可以在模拟中频采用合路器合成。具体的，若同一个波束内ka_n信号与ka_c信号兼容，在有通信业务时，为了避免对通信业务造成影响，需要设置ka_n信号的功率谱比ka_c信号功率谱低δpdb，其中，δp≥15。在没有通信业务时，通过无线资源管理，将ka_c信号的功率分配给ka_n信号，以提升导航信号功率。

本申请实施例所提供的方案中，通过接收地面信关站上注的卫星导航广播电文或精密电文，根据所述导航电文或所述gnss信号生成第一导航信号，然后根据预设的通信载荷生成第一通信信号，根据所述第一通信信号以及所述第一导航信号生成第二导航信号，其中，所述第二导航信号与所述第一通信信号同时共用频谱资源以及发射通道播发，再在预设的通信资源上将所述第二导航信号发送给终端，以使得所述终端基于所述第二导航信号进行定位导航与授时。通过所述第二导航信号与所述第一通信信号共用频谱资源以及发射通道，即卫星可以通过通信频谱以及信道向终端发送导航信号，由于通信频谱带宽比传统导航gnss信号频谱宽，提高了导航信号的带宽。为了实现对整个导航信号的干扰，干扰信号的功率需要分布到整个导航信号的带宽上，导航信号带宽越宽，同等干扰信号功率下的功率谱更低，要达到类似对gnss信号的干扰效果，只能增加干扰信号的功率。也就是说，相比于gnss信号，本专利的宽带导航信号的抗干扰能力提高了。此外，宽带通信信号终端天线增益高，提高了信号接收功率，进一步提高了导航信号的抗干扰能力。

参见图2，本申请实施例提供了一种基于低轨宽带互联网星座的导航方法，该方法包括如下步骤：

步骤201，接收星座中至少四颗卫星发送的第二导航信号，其中，所述第二导航信号与所述卫星根据预设的通信载荷生成的第一通信信号同时共用频谱资源以及发射通道播发。

步骤202，根据所述第二导航信号确定所述卫星与终端之间的伪距以及每颗所述卫星的载波相位观测值，根据所述伪距以及所述载波相位观测值对所述终端进行定位。

在本申请实施例所提供的方案中，星座在确定出第二导航信号之后，需要将第二导航信号发送给终端，终端可以根据接收第二导航信号实现定位、导航、授时、测姿、建链功能，其中，第二导航信号包括l_n、ka_n、ka_s、ka_p、ka_c以及gnss信号中的一类或者几类信号。

具体的，在本申请实施例所提供的方案中，终端上配置有ka频段的天线或同时配置有ka频段的天线以及l频段的天线这两种情况。下面分别对这两种情况下终端根据第二导航信号进行导航定位的过程进行说明。

一、终端上同时配置有ka频段的天线以及l频段的天线

当终端同时配置有ka频段的天线以及l频段的天线时，终端除了可以接收ka_n、ka_s、ka_p、ka_c中至少一类信号，还可以接收l_n信号。若终端接收到l_n信号，终端根据l_n信号进行导航定位的过程如下：

终端在接收到l_n信号后，对l_n信号进行解析确定出伪距以及每颗所述卫星的载波相位观测值。具体的，终端根据得到的伪距和载波相位观测值如下所示：

其中，表示伪距；表示载波相位观测值；ρ表示卫星到终端的几何距离；表示电离层延迟；表示对流层延迟；表示码的硬件延迟；表示载波相位的硬件延迟；为l_n信号的载波波长；表示码伪距的其他误差项；表示载波相位观测值中的其他误差项。

在本申请实施例所提供的方案中，l_n信号与传统gnss信号结构类似，当同时可接收到来自四颗及以上卫星的l-n信号时，终端即可完成定位与授时。信关站上注的导航电文包括广播电文与精密电文，广播电文的轨道和钟差精度相对低，误差在米级以上，更新周期慢，用于基于伪码的定位解算。精密电文的轨道和钟差精度高，误差在厘米级，更新周期快，用于精密定位解算。在有精密电文时，可进行基于l-n信号的快速精密定位解算。由于l-n信号频率与传统gnss接近，所述终端可以同时接收gnss信号与l-n信号，进行精明定位解算时，加快收敛速度。

二、终端上配置有ka频段的天线

终端可以接收ka_n、ka_s、ka_p、ka_c中至少一类信号，可以根据接收ka_n、ka_s、ka_p或ka_c进行定位、导航、授时以及测姿。ka_p是高功率脉冲信号，对于静止或者准静止的终端，可只接收ka_p信号，采用多普勒定位体制，实现定位与授时。

ka_n是连续宽带导航信号，信号功率高，终端天线增益大，抗干扰能力强，可应用于干扰环境下。下面以终端接收ka_n信号为例进行说明，具体的，根据ka_n信号得到的伪距和载波相位观测值如下所示。

其中，表示伪距；表示载波相位观测值。

所述终端同时接收到来自四颗及以上卫星的ka_n信号时，终端即可完成定位与授时，由于ka_n是宽带信号，带宽是gnss信号的10倍以上，载噪比高30db以上，可以实现更高的测量精度与抗干扰能力。在有精密电文时，基于伪码定位，有望实现实时分米级乃至厘米级定位精度，接近基于gnss信号精密定位的性能。

以接收到四颗卫星的信号为例，基于伪码测量出终端到四颗卫星的伪距，得到下面的方程组：

其中，测量得到的终端到第i颗卫星的伪距值，是已知的。(x^si,y^si,z^si),i＝1,2,3,4为第i颗卫星的位置坐标，从导航电文获取，是已知的。tsi,i＝1,2,3,4是第i颗卫星的钟差，从导航电文获取，是已知的。为终端到第i颗卫星的电离层延迟，通过导航电文或者已有模型校正，是已知的。表示终端到第i颗卫星的流层延迟，通过导航电文或者已有模型校正，是已知的。表示第i颗卫星的码的硬件延迟，通过导航电文校正，是已知的。(xr,yr,zr)为终端位置，tr为接收机钟差，这四个量是待求解量，联立四个方程，求解出终端位置和钟差，实现导航定位与授时。

所述终端可进行基于ka_n信号载波测量的精密定位解算。由于ka_n信号频率是gnss频率的12倍以上，波长只有1/12左右，精密定位精度能够提升，达到毫米级精度。当同时接收ka_n和ka_c信号时，能够等效提升导航信号功率，提升伪距和载波相位观测值的测量精度。

进一步，终端在接收到ka_n信号之后，不仅能根据ka_n进行定位，还能根据ka_n信号确定终端的姿态参数，在本申请实施例所提供的方案中，根据ka_n信号确定终端的姿态参数的方式有多种，下面以超短基线测姿为例进行说明。

在一种可能实现方式中，所述方法，还包括：确定所述终端上设置的超短基线天线系统中每个天线的位置信息，根据所述位置信息建立终端的本体坐标系，其中，所述超短基线天线系统包括至少两根天线；根据所述每根天线所接收的任意两颗所述卫星发送的所述第二导航信号确定出载波相位观测方程，根据所述载波相位观测方程进行双差计算确定出载波相位双差值，所述任意两颗卫星的位置矢量、所述超短基线天线系统中天线之间基线矢量以及双差载波整周模糊度之间的关系式；根据所述至少四颗卫星发送的第二导航信号以及所述关系得到一组关系式方程，根据预设的整周模糊度求解算法求解所述关系式方程中双差载波整周模糊度，将求解出的所述双差载波整周模糊度带入所述关系式方程求解出所述超短基线天线系统中天线之间基线矢量；根据所述基线矢量计算所述终端的位姿参数，其中，所述位姿参数包括俯仰角、偏航角以及滚动角。

具体的，还以ka_n信号为例进行说明。ka_n信号波长只有gnss的1/12左右，且载噪比高，因此，可支持超短基线测姿，0.1m的超短基线测姿精度，相当于基于gnss信号测姿的1m甚至10m精度。下面以于基于ka_n信号的超短基线测姿过程进行简要介绍。

例如，参见图3，若终端中任一对超短基线天线分别位于点o和点p，并沿运动方向固定。以点o为原点，建立本体坐标系enu。若点o和点p可分别接收两颗卫星s1和s2播发的ka_n信号，根据接收的ka_n信号得到o点和p点处的载波相位观测方程，由于要进行双差计算，可忽略误差项，载波相位观测方程通过如下公式表示：

其中，表示ka_n信号的波长；φo，s1和φp，s1分别表示o点和p点处接收s1卫星的载波相位观测值；φo，s2和φp，s2分别表示o点和p点处接收s2卫星的载波相位观测值；ro，s1表示点o到s1卫星的矢量；rp，s1表示点p到s1卫星的矢量；ro，s2表示点o到s2卫星的矢量；rp，s2表示点p到s2卫星的矢量；no，s1、np，s1、no，s2以及np，s2是对应的整周模糊度。

将任一载波相位观测方程作双差，消除卫星钟差、轨道误差、电离层误差、对流层误差、接收机钟差，硬件延迟等，得到如下方程：

其中，表示载波相位双差值；s1和s2分别表示卫星s1和s2的位置矢量；op表示超短基线天线的基线矢量；表示双差载波整周模糊度。

进一步，若终端可以同时接收星座中nsat颗卫星的第二导航信号，其中，nsat≥4，根据上式可得到如下nsat-1个方程：

然后，根据该方程求解出载波郑州模糊度，就能解算出基线矢量op＝[xexnxu]^t。模糊度求解类似gnss信号的精密单点定位，考虑到基线长度|op|是固定已知的，模糊度固定满足基线长度约束，提升模糊度固定准确率，在根据求解出的基线矢量计算俯仰角和偏航角。具体的，俯仰角和偏航角通过如下公式表示：

其中，θp表示俯仰角；表示偏航角。

进一步，在本申请实施例所提供的方案中，通过另一对超短基线天线求解滚动角，即可通过增加超短基线天线个数，可同时求解出滚动角、偏航角以及俯仰角。

进一步，在本申请实施例所提供的方案中，所述终端可以是标准的通信终端，安装在飞机、船等移动物体上，可以接收ka通信信令信号、通信业务信号以及ka_s信号，实现运动终端与卫星间的快速连续建链，满足“动中通”需求，而不需要另外增加gnss或者惯导辅助。具体的，终端与卫星建链的过程如下：

步骤1、标准的通信终端接收信令波束，与卫星初步建链。

步骤2、同时，标准的通信终端接收ka_s信号，获取低轨卫星星历数据，接收4颗以上卫星的ka_s信号，进行定位与授时，获得终端天线的位置。

步骤3、在此基础上，进行基于ka_s信号的超短基线定姿，获得终端天线的姿态。

步骤4、随着终端载体的运动，按照获得的卫星位置，以及终端位置和姿态，调整通信终端指向，接收与发射天线业务信号，完成业务信号建链，维持“动中通”业务。

参见图4，本申请实施例提供了一种基于低轨宽带互联网星座的导航系统，该系统包括：星座1、地面信关站2以及至少一个终端3；其中，

所述地面信关站2，用于向所述星座1上注卫星导航电文；

所述星座1，包括多颗位于不同轨面的卫星，用于接收地面信关站2上注的卫星导航电文或gnss信号，根据所述导航电文或所述gnss信号生成第一导航信号；根据预设的通信载荷生成第一通信信号，根据所述第一通信信号以及所述第一导航信号生成第二导航信号，其中，所述第二导航信号与所述第一通信信号同时共用频谱资源以及发射通道播发；在预设的通信资源上将所述第二导航信号发送给至少一个终端3；

所述至少一个终端3，用于基于所述第二导航信号进行导航定位。

进一步，为了提高终端一体化，在一种可能实现的方式中，所述至少一个终端中每个所述终端上设置有ka频段信号的通信天线，或同时设置有ka频段信号的通信天线以及l频段信号的导航天线，其中，所述ka频段信号的通信天线用于接收所述第二导航信号。

基于与图1所示的方法相同的发明构思，本申请实施例提供了一种基于低轨宽带互联网星座的导航装置，参见图5，该装置包括：

接收单元501，用于接收地面信关站上注的卫星导航电文或gnss信号，根据所述导航电文或所述gnss信号生成第一导航信号；

生成单元502，用于根据预设的通信载荷生成第一通信信号，根据所述第一通信信号以及所述第一导航信号生成第二导航信号，其中，所述第二导航信号与所述第一通信信号同时共用频谱资源以及发射通道播发；

发送单元503，用于在预设的通信资源上将所述第二导航信号发送给终端，以使得所述终端基于所述第二导航信号进行导航定位。

可选地，所述第一通信信号包括业务信号以及信令信号，所述第一通信信号包括ka频段通信信号或ku频段通信信号；

所述第一导航信号包括连续ka频段导航信号和/或连续l频段导航信号。

可选地，若所述第一通信信号以及所述第一导航信号均包括ka频段信号，所述生成单元502，具体用于：

根据所述第一导航信号得到基带信号或中频信号；

将所述基带信号或中频信号与所述第一通信信号融合得到所述第二导航信号。

可选地，所述生成单元502，还用于：

接收所述地面信关站发送的信号，确定所述信号的接收时间以及发送时间，根据所述接收时间以及所述发送时间确定第一信号传播时延；

向所述地面信关站发送所述第一通信信号，并接收所述地面信关站基于所述第一通信信号确定出的第二信号传播时延；

根据所述第一信号传播时延以及所述第二信号传播时延确定星座与所述地面信关站之间的钟差信息；

根据所述第一通信信号以及所述钟差信息生成所述第二导航信号。

可选地，所述第二导航信号包括如下至少一个信号：

所述基带信号或中频信号与所述业务信号融合得到的连续导航信号，其定义为ka_n；或

所述基带信号或中频信号与所述信令信号融合得到的连续导航信号，其定义为ka_s；或

所述连续l频段导航信号，其定义为l_n；或

所述基带信号或中频信号与所述通信信号融合得到脉冲导航信号，其定义为ka_p；或

第二通信信号，其定义为ka_c，其中，所述ka_c为携带所述钟差信息的通信信号。

可选地，所述发送单元503，具体用于：

在所述通信资源上采用多轮播方式将所述ka_p发送给所述终端；或

采用码片级编码方式将所述ka_n进行编码分组，得到多组码片分组，在所述通信资源上将不同码片分组通过不同波束发送给所述终端；或基于通信窄波束，向所述终端播发连续宽覆盖的所述第二导航信号。

基于与图1所示的方法相同的发明构思，本申请实施例提供了一种基于低轨宽带互联网星座的导航装置，参见图6，该装置包括：

接收单元601，用于接收星座中至少四颗卫星发送的第二导航信号，其中，所述第二导航信号与所述卫星根据预设的通信载荷生成的第一通信信号同时共用频谱资源以及发射通道播发；

定位单元602，用于根据所述第二导航信号确定所述卫星与终端之间的伪距以及每颗所述卫星的载波相位观测值，根据所述伪距以及所述载波相位观测值对所述终端进行定位。

可选地，参见图7，所述装置，还包括：确定单元603；所述确定单元603，具体用于：

确定所述终端上设置的超短基线天线系统中每个天线的位置信息，根据所述位置信息建立终端的本体坐标系，其中，所述超短基线天线系统包括至少两根天线；

根据所述每根天线所接收的任意两颗所述卫星发送的所述第二导航信号确定出载波相位观测方程，根据所述载波相位观测方程进行双差计算确定出载波相位双差值，所述任意两颗卫星的位置矢量、所述超短基线天线系统中天线之间基线矢量以及双差载波整周模糊度之间的关系式；

根据所述至少四颗卫星发送的第二导航信号以及所述关系得到一组关系式方程，根据预设的整周模糊度求解算法求解所述关系式方程中双差载波整周模糊度，将求解出的所述双差载波整周模糊度带入所述关系式方程求解出所述超短基线天线系统中天线之间基线矢量；

根据所述基线矢量计算所述终端的位姿参数，其中，所述位姿参数包括俯仰角、偏航角以及滚动角。

参见图8，本申请提供一种卫星，该卫星，包括：

存储器801，用于存储至少一个处理器所执行的指令；

处理器802，用于执行存储器中存储的指令执行图1所述的方法。

参见图9，本申请提供一种终端，该终端，包括：

存储器901，用于存储至少一个处理器所执行的指令；

处理器902，用于执行存储器中存储的指令执行图1所述的方法。

本申请提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，当所述计算机指令在计算机上运行时，使得计算机执行图1所述的方法。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。