北斗天基高精度实时定位方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种针对北斗卫星导航系统的基于地球同步轨道卫星播发差分信息 的高精度实时定位实现方法。
【背景技术】
[0002] 现在，全球各个卫星导航系统在其覆盖区域内的精度均不优于米级。北斗卫星导 航系统区域系统在覆盖区内的精度为10米，对于普通米级定位精度需求用户来说，独立使 用一种卫星导航系统的服务就基本能满足大部分用户的定位需求。而对于更高精度要求的 亚米级需求用户来说，则需要其他的辅助技术来满足其精度要求。
[0003] 目前，国内外针对卫星导航系统提高服务性能的辅助技术按照信息播发方式的不 同可分为：星基增强系统（SBAS:Satellite_basedaugmentationsystem)、地基增强系 统（GBAS:Ground_basedaugmentationsystem)、空基增强系统（ABAS:Aircraft_based augmentationsystem);按照信息播发内容以及使用方式的不同可分为：精密单点定位技 术（PPP:Precisepointpositioning)、实时动态定位技术（RTK:Realtimekinematic)。
[0004] 在国外针对GPS进行星基增强的系统已经有了WAAS、EGNOS、MSAS和GAGAN，在各 自系统覆盖范围内的定位精度不优于1米，达不到亚米级。中国大陆大部分地区不在这些 系统覆盖范围内，因此在中国本土区域内无法使用。而针对北斗的星基增强系统则还未建 立。
[0005] 地基增强系统主要借助于地面监测站收集视界内所有卫星传来的信号，产生伪距 测量值并计算出伪距误差，通过架设在地面的发射台来广播改正信息。每个发射台的作用 范围约为几十米到几千米，精度能达到厘米级。地基增强系统虽然精度高，但是覆盖范围 小，适用于小区域高精度精密定位服务。
[0006] 精密单点定位技术主要通过辅助手段得到卫星精密钟差、精密轨道和大气传播时 延修正数据，利用卫星精密钟差、精密轨道和大气传播时延修正数据来进行精密定位，其事 后处理定位精度可以达到厘米级。现阶段在精密单点定位技术中，得到精密数据的主要手 段是互联网，在国内，还没有通过卫星播发修正数据的实现技术。
[0007] 实时动态定位技术主要通过播发已知精确位置参考站的位置信息和视区内卫星 观测数据给用户，用户利用这些信息来进行精确定位，定位精度可达到厘米级。现在国内的 实时动态定位技术主要用于近距离、小范围的行业领域，且定位精度与离参考站的距离相 关性很强。
【发明内容】
[0008] 为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于地球同步轨道卫星播发差分修正 数据的高精度实时定位实现方法，能够大面积提高北斗卫星导航系统在覆盖区域内的实时 定位精度，可以使用户实时定位精度由米级提高至亚米级。
[0009] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：
[0010] 步骤1、基准站通过多频GNSS接收机及原子钟采集码伪距和载波相位观测数据， 并以小时文件和实时数据流两种形式发送至地面主控站；地面主控站通过实时轨道估计器 和实时钟差估计器生成差分修正信息，包括卫星轨道修正数据、卫星时钟修正数据以及码 偏移、用户测距精度；差分修正信息通过通信链路发送到用户接收机；
[0011] 步骤2、生成差分广播电文Pdata，包括卫星轨道修正数据、卫星时钟修正数据、码偏 移和用户测距精度；
[0012] 步骤3、生成差分广播信号，包括以下步骤：
[0013] (1)采用两个伪随机序列&、X2生成短精码PshOTt。_，Pshc^cx^X^Xa，?表示摩 尔加运算；短精码循环周期为Tlmg_radJ^，短精码速率为Flmgc;(KteMHZ，则一个短精码循环周 期内码片长度Llong-code T long code^^long code ?
[0014] (2)将差分广播电文与短精码进行扩频调制，得到短精码扩频调制信号SshOTt， Sshort-Pshort_code ? Pdata;
[0015] (3)对生成的短精码扩频调制信号用载波信号^_进行载波调制，得到最终的 调制信号Ssignal，Ssignal=S 表示数值乘法运算；
[0016] 步骤4、用户定位终端接收到通过卫星转发的差分广播信号，将差分广播信号中调 制的差分广播数据进行解调、解码，与北斗用户接收终端接收到的北斗导航卫星观测数据 联合进行定位解算，即将卫星轨道修正数据用于修正北斗广播星历，卫星时钟修正数据用 于修正北斗广播钟差，然后将修正后计算得到的卫星位置和卫星钟差参与定位解算，实现 高精度实时定位。
[0017] 本发明的有益效果是：就天基高精度实时定位方法的实现方式而言，天基高精度 实时定位方法的差分广播电文是在地面主控站生成，然后上行到卫星，经卫星转发后再向 地面广播，具有覆盖面广、地面中心站集中、易于维护等特点；而地基实时定位方法受限于 其通讯方式的局限，存在覆盖面小、站点多、工程量大等特点。因此，天基高精度实时定位方 法能有效在地球同步轨道卫星覆盖范围内实现分米级的高精度实时定位，快速提高和增强 北斗卫星导航系统的定位服务性能。
【附图说明】
[0018] 图1是短精码生成方法不意图。
[0019] 图2是用户接收设备示意图。
[0020] 图3是XI进彳丁相位跳变时的情况不意图。
【具体实施方式】
[0021] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施 例。
[0022] 本发明的基本思想是：地面监测站接收北斗导航卫星下行导航信号，进行伪距测 量和载波相位测量，收集各监测站观测值数据，在地面主控站集中计算可视区域内北斗导 航卫星的各类差分修正数据，编辑差分广播电文，生成差分广播信号，通过地球同步轨道卫 星转发差分修正信息，广播给覆盖区域内所有用户使用，实现对北斗卫星导航系统的高精 度实时定位，有效提高用户定位精度。
[0023] 本成果解决的技术问题主要包括以下几个方面：
[0024] 1、差分修正数据生成方法
[0025] 主要说明差分修正数据的内容和生成算法。
[0026] 2、差分广播电文生成方法
[0027] 主要说明差分广播电文的内容、编排和格式。
[0028] 3、差分广播信号生成方法
[0029] 主要说明差分广播信号的测距码生成方式、扩频调制、载波调制。
[0030] 4、差分信息实时定位解算方法
[0031] 主要说明用户终端差分信息的接收方法和定位解算算法。
[0032] 针对以上技术问题所包含的内容，所采用的技术方案如下：
[0033] 1、差分修正数据生成方法
[0034] 需要生成的差分修正数据包括卫星轨道修正数据、卫星时钟修正数据、码偏移和 用户测距精度。
[0035] 基准站配备高精度多频GNSS接收机并外接高精度原子钟，负责采集高精度码伪 距和载波相位观测数据，并以小时文件和实时数据流两种形式发送至地面主控站；地面主 控站差分修正数据的生成主要由实时轨道估计器和实时钟差估计器两部分完成，分别负责 卫星轨道修正数据、卫星时钟修正数据以及码偏移、用户测距经度等差分修正数据的生成； 差分修正信息经过编码，通过通信链路发送到用户接收机。
[0036] 2、差分广播电文生成方法
[0037] 为了实现分米级高精度实时定位，通过地球同步轨道卫星广播的电文中的差分信 息主要包括卫星轨道修正数据、卫星时钟修正数据、码偏移和用户测距精度。
[0038] 卫星轨道数据主要用于修正用户得到的北斗卫星广播星历，最大更新间隔为30 秒。
[0039] 卫星时钟修正数据主要用于修正用户得到的卫星时钟参数，进行精密卫星钟差计 算。卫星时钟修正数据根据精度要求又可分为时钟修正数据和快速时钟修正数据，时钟修 正数据采用10秒的更新周期，快速时钟修正最大更新间隔为2秒。
[0040] 码偏移主要用于修正每颗卫星不同频点不同通道之间的码延迟，最大更新间隔 1800 秒。
[0041] 用户测距精度主要用于计算用户接收终端与卫星之间的距离修正，最大更新间隔 2秒。
[0042] 按差分广播电文的生成方法，在差分信息速率时钟信号的作用下，依次读取差分 广播电文比特信息Pdata，准备与扩频码进行摩尔加运算处理。
[0043] 3、差分广播信号生成方法
[0044] (1)测距码的生成
[0045] 差分广播信号的测距码采用了基于移位寄存器短精码生成方法来实现。
[0046] 短精码生成过程如图1所示。
[0047] 由图1，两个伪随机序列分别用X2表示，短精码用PshOTtrade表示，则： PsliMt_e(Kle=XiQX2，其中，符号"Q"表示摩尔加运算。
[0048] PshOTt即为生成的短精码。设短精码循环周期为Tlmg。_秒，短精码速率为Flmg radeMHZ，则一个短精码循环周期内码片长度为Llong-code Tlong code^^long code°
[0049] ⑵扩频调制
[0050] 将差分广播电文与短精码进行扩频调制，得到短精码扩频调制信号SshOTt:
[0051] Sshort-Pshort_code〇Pdata
[005