一种基于卫星平台系统的辅助星载掩星接收机快速定位的方法

摘要

一种基于卫星平台系统的辅助星载掩星接收机快速定位的方法，GPS接收机接收到GPS卫星星座的信号，对该信号进行处理得到GPS星历信息、时间信息、卫星位置信息和GPS星座分布预报信息；GPS接收机接收到星务调度单元发出的辅助信息轮询指令，将得到的GPS星历信息、时间信息、卫星位置信息和GPS星座分布预报信息输出到星上网的一级CAN总线上；星务调度单元将GPS星历信息、时间信息、卫星位置信息和GPS星座分布预报信息从星上网的一级CAN总线输出到星上网的二级CAN总线上；星载掩星接收机从星上网的二级CAN总线上获得GPS星历信息、时间信息、卫星位置信息和GPS星座分布预报信息，首先对该信息进行校验，若信息有效，则利用该信息实现快速定位。本发明减小掩星接收机特定弧段开机工作首次定位时间，提高掩星观测数据的可用率。

主权项

一种基于卫星平台系统的辅助星载掩星接收机快速定位的方法，所述的卫星平台包括：GPS接收机、星务调度单元、一级CAN总线和二级CAN总线，其特征在于包括：(1)GPS接收机对接收到的GPS卫星星座的信号进行解扩、解调处理得到GPS星历信息和时间信息；首先，在GPS接收机前端GP2010/GP2021系列芯片中进行5级下变频，将1575.42Mhz的GPS信号变为基带GPS信号；其次，在GPS接收机基带处理程序中将基带GPS信号与本地生成的GPS信号进行相关运算，去掉基带GPS信号中的C/A码，最终得到速率为50bps的GPS电文数据，最后，根据GPS导航电文格式的规定从GPS电文数据中提取GPS星历信息和时间信息，提取的具体参数为：W_n：历书参考周；t_oa：历书参考时间；卫星轨道长半轴a_s的平方根；e：轨道偏心率；δ_i：相对与0.3π的轨道倾角；Ω₀：周内时等于0时的轨道升交点赤经；轨道近地角距；m₀：t_oa时的平近点角；轨道升交点赤经对时间的变化率；Week：GPS周；Tkk：GPS周内秒；(2)GPS接收机利用GPS星历信息和时间信息进行预报，得到GPS卫星星座的位置；利用步骤(1)得到的GPS星历信息和时间信息对卫星位置计算，按照下述公式的顺序进行计算：首先，计算GPS卫星信号发射时刻与历书时刻的时间差t_k，按照下述公式计算：t_k＝Tkk‑t_oa+(Week‑W_n)×604800然后，计算卫星的平均角速度n，按照下述公式计算：其中，μ为地球引力与地球质量乘积，值为3.986005×10¹⁴m³/s²，然后，计算定位时刻卫星的平近点角M₀和偏近点角E，按照下述公式计算：M₀＝m₀+n×t_kE＝M₀+(e‑0.125×e³+5.208333×10^‑3×e⁵‑1.085069×10^‑4×e⁷)×sinM₀(0.5×e²‑0.16666×e⁴+1.02.408×10^‑2×e⁶)×sin2M₀+(0.375×e³‑0.2109375×e⁵+4.7460937×10^‑2×e⁷)×sin3M₀+(0.33333×e⁴‑0.266667×e⁶)×sin4M₀+(0.32552×e⁵‑0.3390842×e⁷)×sin5M₀+0.3375×e⁶×sin6M₀+0.364735243×e⁷×sin7M₀然后，计算卫星在轨道平面坐标系中坐标x_i、e_ta，按照下述公式计算：x_i＝a_s×(cosE‑e)然后，计算GPS卫星信号发射时刻升交点赤经的正弦值O_s和余弦值O_c，按照下述公式计算：最后，根据以上参数可以计算出导航星三轴位置，按照下述公式计算：其中，x、y、z为导航星三轴位置；(3)GPS接收机对接收到的GPS卫星星座的信号扩频码相位进行测量得到GPS接收机与GPS卫星星座之间的伪距值；首先，计算GPS卫星信号接收时刻与GPS卫星信号发射时刻时延，其中，GPS卫星信号接收时刻从GPS接收机本地时钟读取，GPS卫星信号发射时刻从接收到的GPS卫星信号C/A码相位中获得，时延的计算公式如下：时延＝[本地接收时刻(小数秒)‑导航星信号发射时刻(小数秒)]％1秒其中，％表示取余数；然后，将时延与光速相乘，得到伪距值，计算公式如下：伪距＝时延*光速；(4)GPS接收机利用GPS卫星星座的位置和GPS接收机与GPS卫星星座之间的伪距值进行定位解算得到GPS接收机的位置信息；使用至少四颗GPS卫星的伪距测量值构成超定方程组：其中：i＝1,2,3,4…对该方程组进行求解得到卫星的位置，超定方程组中，x^*，y^*，z^*，X_i,Y_i,Z_i分别表示卫星和GPS卫星的位置，l_u为GPS接收机时钟与GPS星座时钟的钟差，r_i^*表示伪距；(5)GPS接收机接收到星务调度单元发出的辅助信息轮询指令，将辅助信息即步骤(1)得到的GPS星历信息、时间信息、卫星位置信息和GPS星座分布预报信息输出到星上网的一级CAN总线上；(6)星务调度单元将GPS星历信息、时间信息、卫星位置信息和GPS星座分布预报信息从星上网的一级CAN总线输出到星上网的二级CAN总线上；(7)星载掩星接收机从星上网的二级CAN总线上获得辅助信息包并对其 进行校验，若校验通过，则该辅助信息包可用；校验方式为：对辅助信息包的除最后一个字节之外的所有字节进行累加和运算，将运算结果的低8bit与辅助信息包的最后一个字节比较，若两者一致，则说明校验通过；(8)星载掩星接收机使用辅助信息进行初始化，将辅助信息中的时间作为星载掩星接收机时间起点，将辅助信息中的位置信息作为星载掩星接收机位置的初值；(9)星载掩星接收机利用辅助信息计算当前GPS卫星的位置、速度、多普勒信息，并将这些信息预置到捕获跟踪通道，实现对GPS卫星信号快速捕获、跟踪；(10)星载掩星接收机利用卫星与GPS卫星星座之间的伪距值进行定位解算，使用至少四颗GPS卫星的伪距测量值构成超定方程组：其中：i＝1,2,3,4…对该超定方程组进行求解得到掩星接收机的位置；超定方程组中，X′_i，Y′_i，Z′_i分别表示掩星接收机和GPS卫星的位置，L_u为掩星接收机时钟与GPS星座时钟的钟差，表示伪距。