一种基于光纤授时的陆基定位方法及装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于光纤授时的陆基定位方法及装置，涉及陆基定位导航技术领域。本发明技术要点包括：原子钟输出时钟信号到光纤授时设备主站；光纤授时设备主站通过光缆将时钟信号传输到若干光纤授时设备从站；各个光纤授时设备将接收到的时钟信号作为外部时钟源发送给与其连接的伪卫星信号发生器；各伪卫星信号发生器根据所述时钟信号同时发射出无线电定位信号；卫星信号接收机收到无线电定位信号后，根据伪卫星信号发生器的无线电定位信号中包含的位置坐标和无线电定位信号的到达时间，进行定位算法的解算，从而获得卫星信号接收机自身的位置坐标。
【专利说明】
一种基于光纤授时的陆基定位方法及装置
技术领域
[0001]本发明涉及陆基定位导航技术领域，特别涉及一种基于光纤授时的陆基定位方法及装置。
【背景技术】
[0002]卫星导航系统具备其他导航系统无法比拟的全球覆盖、高精度等使用性能，目前已经成为全球最重要的导航方式。现有的导航定位系统主要以全球卫星导航系统(GlobalNavigat1n Satellite System，GNSS)为主，例如美国的GPS、俄罗斯的GL0NASS、欧洲的GALILEO、中国的北斗二代(BD2)，这些基于卫星的导航定位系统也称为天基授时定位导航系统。
[0003]尽管全球卫星导航系统(GNSS)具有诸多优势，用途十分广泛，但在一些现代应用中已逐步呈现出明显的不足。例如在高楼林立的“城市峡谷”、室内、地下室等特殊区域，卫星信号衰减严重或者完全接收不到，即在可见卫星少于4颗的“困难区域”无法提供高精度定位。因此，GNSS在许多应用领域还不能满足高精度的定位需求，例如在结构监测、机器自动化、丛林及山地区域、仓库、城市和室内定位等方面。
【发明内容】
[0004]为了解决现有GNSS存在的上述不足，本发明提出了一种基于光纤授时的陆基定位方法及装置。该方法可以在接收不到卫星信号或是卫星信号受到阻塞的情况下提供定位导航，不依赖于卫星，可以作为GNSS的备份手段。
[0005]本发明中的基于光纤授时的陆基定位方法包括:
步骤1:原子钟输出时钟信号到光纤授时设备主站；
步骤2:光纤授时设备主站通过光缆将时钟信号传输到若干光纤授时设备从站；
步骤3:各个光纤授时设备从站将接收到的时钟信号作为外部时钟源发送给与其连接的伪卫星信号发生器;光纤授时设备主站将接收到的时钟信号作为外部时钟源发送给与其连接的伪卫星信号发生器；
步骤4:各伪卫星信号发生器根据所述时钟信号同时发射出无线电定位信号；
步骤5:卫星信号接收机收到无线电定位信号后，根据伪卫星信号发生器的无线电定位信号中包含的位置坐标和无线电定位信号的到达时间，进行定位算法的解算，从而获得卫星信号接收机自身的位置坐标；
其中，光纤授时设备主站及光纤授时设备从站总数至少为4，光纤授时设备主站连接有一台伪卫星信号发生器，每台光纤授时设备从站分别连接有一台伪卫星信号发生器。
[0006]进一步，所述定位算法为TOA定位算法或者TDOA定位算法。
[0007]进一步，所述光纤授时设备主站与各光纤授时设备从站通过光缆形成环型组网方式。
[0008]进一步，光纤授时设备主站通过光缆分别与各光纤授时设备从站连接从而形成星型组网方式。
[0009]进一步，光纤授时设备主站及各光纤授时设备从站通过光缆形成树型组网方式。
[0010]本发明还提供了一种基于光纤授时的陆基定位装置，包括:
原子钟、光纤授时设备主站、若干光纤授时设备从站及若干伪卫星信号发生器；
所述原子钟与光纤授时设备主站连接，光纤授时设备主站还与一伪卫星信号发生器连接，光纤授时设备主站用于接收原子钟产生的时钟信号，并将所述时钟信号作为外部时钟输出给与其连接的伪卫星信号发生器；
光纤授时设备主站还用于通过光缆将所述时钟信号传输给各光纤授时设备从站；
所述各光纤授时设备从站分别连接有一伪卫星信号发生器，各光纤授时设备从站用于将所述时钟信号作为外部时钟输出给与其连接的伪卫星信号发生器；
所述伪卫星信号发生器用于在时钟信号的控制下发送无线电定位信号。
[0011]其中，伪卫星信号发生器总数至少为4。
[0012]综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是:
本发明提出的陆基定位技术是一种新的、完全自主的地基伪卫星定位技术。与传统的全球卫星导航系统(GNSS)相比，它具有信号强、定位精度高、可靠性高、系统可扩展性强、可灵活组网、可用于室内定位等优点。本发明的定位装置可随着应用或者用户的需求而扩大或缩小覆盖面积，其覆盖范围可以从一个房间到一个操场，再到一个小区甚至整个城市。
【附图说明】
[0013]本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中:
图1为本发明中基于光纤授时的陆基定位装置的第一实施例。
[0014]图2为本发明中基于光纤授时的陆基定位装置的第二实施例。
[0015]图3为本发明中基于光纤授时的陆基定位装置的第三实施例。
【具体实施方式】
[0016]本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
[0017]本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
[0018]本发明中的基于光纤授时的陆基定位装置包括原子钟、光纤授时设备主站、若干光纤授时设备从站及若干伪卫星信号发生器。
[0019]在一个实施例中，原子钟采用铯原子钟OSA 3230B Cs Clock(瑞士OSA公司);光纤授时设备主站与从站实际上为相同的设备，只是由于其在网络中的位置不同给予分别命名。光纤授时设备采用的是四川泰富通信地面北斗科技股份有限公司生产的型号为TFT3001的光纤授时设备；伪卫星信号发生器采用的是北京华云智联科技有限公司生产的型号为HY-SPL-9000的伪卫星信号发生器;卫星信号接收机可以采用瑞士 U-blox公司生产的GPS卫星信号接收机Ublox-LEA-8T或者杭州中科微电子有限公司生产的北斗卫星信号接收机 TGM332D。
[0020]这些设备的连接关系如下:
原子钟与光纤授时设备主站连接，光纤授时设备主站还与一伪卫星信号发生器连接，光纤授时设备主站用于接收原子钟产生的时钟信号，并将所述时钟信号作为外部时钟输出给与其连接的伪卫星信号发生器。
[0021]光纤授时设备主站还用于通过光缆将所述时钟信号传输给各光纤授时设备从站；所述各光纤授时设备从站分别连接有一伪卫星信号发生器，各光纤授时设备从站用于将所述时钟信号作为外部时钟输出给与其连接的伪卫星信号发生器;所述伪卫星信号发生器用于在时钟信号的控制下发送无线电定位信号。
[0022]为了实现定位，需要伪卫星信号发生器总数至少为4。
[0023]图1展示的是环型组网方式的陆基定位装置，其中原子钟源提供的高精度时间频率信号通过光纤传递到光纤授时设备A(主站)，再通过光缆传递到光纤授时设备B(从站)，以此类推，通过光缆一直传递到光纤授时设备E(从站)。每台光纤授时设备给对应的伪卫星信号发生器提供时间同步信号，时间同步信号的精度<±10ns。各台伪卫星信号发生器在时间同步信号的控制下同时向用户接收机发射无线电定位信号。网管计算机通过网管软件可以对每台光纤授时设备的工作状态进行远程监控。同时，采用了最佳主时钟算法(BestMaster Clock，BMC)避免光纤环型网络出现定时环路。
[0024]图2展示的是星型组网方式的陆基定位装置，原子钟源提供的高精度时间频率信号通过光缆传递到光纤授时设备A(主站)，然后以光纤授时设备A为中心，通过多条光缆星型传递到光纤授时设备B、C、D、E(从站)。每台光纤授时设备为对应的伪卫星发射机提供时间同步信号，时间同步信号的精度彡±10ns。各台伪卫星发射机在时间同步信号的控制下同时向用户接收机发射无线电定位信号。网管计算机通过网管软件可以对每台光纤授时设备的工作状态进行远程监控。
[0025]图3展示的是树型组网方式的陆基定位装置，原子钟源提供的高精度时间频率信号通过光纤传递到光纤授时设备A(主站)，然后以光纤授时设备A为中心，通过一条光缆星型传递到光纤授时设备B(从站)，再通过光缆传递到光纤授时设备C、D(从站);通过另一条光缆星型传递到光纤授时设备E(从站)，再通过光缆传递到光纤授时设备F、G(从站)。每台光纤授时设备为对应的伪卫星发射机提供时间同步信号，时间同步信号的精度10ns。各台伪卫星发射机在时间同步信号的控制下同时向用户接收机发射无线电定位信号。网管计算机通过网管软件可以对每台光纤授时设备的工作状态进行远程监控。
[0026]除了本发明给出的地面北斗定位导航系统典型的三种(环型、星型、树型)组网方式之外，还可以有其它的组网方式。因此，组网方式包括但不限于上述三种方式，同时还可以将这几种组网方式进行任意的组合。
[0027]下面介绍本发明中基于光纤授时的陆基定位方法的一个具体实施例，包括以下步骤:
(1)铯原子钟OSA3230B开机48小时后，1MHz输出绝对准确度为5E-14，铯原子钟输出的IPPS和1MHz时钟信号输出到光纤授时设备主站TFT3001;
(2)光纤授时设备主站TFT3001通过不同长度的光缆将IPPS和1MHz的时钟信号传输到位于远端的多个光纤授时设备从站TFT3001;
(3)各光纤授时设备TFT3001输出的IPPS和1MHz时钟信号作为与其连接的伪卫星信号发生器HY-SPL-9000的外部时钟源输入，从而实现了多个伪卫星信号发生器的时间同步(时间同步精度1ns);
(4)位置已知的4台(或4台以上)伪卫星信号发生器HY-SPL-9000(可简称为伪卫星)在外部时钟信号的控制下，同时发射出类似于GPS/北斗的无线电定位信号；
(5)GPS卫星信号接收机Ublox-LEA-8T或者北斗卫星信号接收机ATGM332D接收到伪卫星发出的GPS/北斗无线电定位信号后，根据伪卫星发射出的无线电定位信号中包含的位置坐标和无线电定位信号的到达时间，进行TOA定位算法的解算，从而获得卫星信号接收机自身的位置坐标(定位精度<2m)。
[0028]本发明采用伪卫星信号发生器，不需要解算伪卫星的位置，伪卫星都是通过它的“星历表”自行播发自己的位置坐标。本发明中的所有有效伪卫星均通过高精度光纤授时设备与网内的原子钟源保持同步，并保持网内伪卫星发射信号的固定相位差。本发明中，由于伪卫星和用户接收机所处的地理位置相距不远(相隔几km?几十km)，而GPS用户接收机和卫星信号发射机的距离大约是20000 km，所以地面用户接收机接收到的信号强度明显高于GPS的信号强度，更利于用户接收无线电定位信号。
[0029]由于地面伪卫星信号强度比GNSS信号强得多，本发明中的陆基定位装置可在多种环境下使用，其提供的高精度定位信号，可在室外、室内或是组合环境中使用，具有广阔的应用前景。
[0030]本发明并不局限于前述的【具体实施方式】。本发明可以扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
【主权项】
1.一种基于光纤授时的陆基定位方法，其特征在于，包括: 步骤1:原子钟输出时钟信号到光纤授时设备主站； 步骤2:光纤授时设备主站通过光缆将时钟信号传输到若干光纤授时设备从站； 步骤3:各个光纤授时设备从站将接收到的时钟信号作为外部时钟源发送给与其连接的伪卫星信号发生器;光纤授时设备主站将接收到的时钟信号作为外部时钟源发送给与其连接的伪卫星信号发生器； 步骤4:各伪卫星信号发生器根据所述时钟信号同时发射出无线电定位信号； 步骤5:卫星信号接收机收到无线电定位信号后，根据伪卫星信号发生器的无线电定位信号中包含的位置坐标和无线电定位信号的到达时间，进行定位算法的解算，从而获得卫星信号接收机自身的位置坐标； 其中，光纤授时设备主站及光纤授时设备从站总数至少为4，光纤授时设备主站连接有一台伪卫星信号发生器，每台光纤授时设备从站分别连接有一台伪卫星信号发生器。2.根据权利要求1所述的一种基于光纤授时的陆基定位方法，其特征在于，所述定位算法为TOA定位算法或者TDOA定位算法。3.根据权利要求1所述的一种基于光纤授时的陆基定位方法，其特征在于，所述光纤授时设备主站与各光纤授时设备从站通过光缆形成环型组网方式。4.根据权利要求1所述的一种基于光纤授时的陆基定位方法，其特征在于，光纤授时设备主站通过光缆分别与各光纤授时设备从站连接从而形成星型组网方式。5.根据权利要求1所述的一种基于光纤授时的陆基定位方法，其特征在于，光纤授时设备主站及各光纤授时设备从站通过光缆形成树型组网方式。6.一种基于光纤授时的陆基定位装置，其特征在于，包括: 原子钟、光纤授时设备主站、若干光纤授时设备从站及若干伪卫星信号发生器； 所述原子钟与光纤授时设备主站连接，光纤授时设备主站还与一伪卫星信号发生器连接，光纤授时设备主站用于接收原子钟产生的时钟信号，并将所述时钟信号作为外部时钟输出给与其连接的伪卫星信号发生器； 光纤授时设备主站还用于通过光缆将所述时钟信号传输给各光纤授时设备从站； 所述各光纤授时设备从站分别连接有一伪卫星信号发生器，各光纤授时设备从站用于将所述时钟信号作为外部时钟输出给与其连接的伪卫星信号发生器； 所述伪卫星信号发生器用于在时钟信号的控制下发送无线电定位信号； 其中，伪卫星信号发生器总数至少为4。7.根据权利要求6所述的一种基于光纤授时的陆基定位装置，其特征在于，所述光纤授时设备主站与各光纤授时设备从站通过光缆形成环型组网方式。8.根据权利要求6所述的一种基于光纤授时的陆基定位装置，其特征在于，光纤授时设备主站通过光缆分别与各光纤授时设备从站连接从而形成星型组网方式。9.根据权利要求6所述的一种基于光纤授时的陆基定位装置，其特征在于，光纤授时设备主站及各光纤授时设备从站通过光缆形成树型组网方式。
【文档编号】G01S19/11GK105974455SQ201610525126
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年7月6日
【发明人】彭良福, 李有生, 李忠文, 孟志才, 李高峰, 侯丙安
【申请人】四川泰富地面北斗科技股份有限公司