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北斗/罗兰C组合导航系统研究

发布时间:2019-07-23 14:06 来源:未知 编辑:admin

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  接收机的坐标和钟差怛J。 号,获得4个伪距量,由式(1)所示方程组联立解出 接收机接收两颗卫星和两个地面长河台站的信 位的体制,如图1所示。 统的伪卫星的功能。组合后的导航系统采用圆圆定 卫星总站时间同步之后,长河台站就具有了北斗系 当采用北斗卫星共视比对的方法使长河台站与北斗 控制等适应性改造[1j,使其具有伪距测量的功能。 通过对长河台站进行数据编码通信及发射同步 1.1系统定位原理 1组合系统的原理与组成 建成之后,仍可与二代导航系统兼容,继续使用。 可缓解我国对三维导航资源的急需;二代导航系统 功能提升的目的。在我国二代导航系统建成之前, 号”和军用自动化网三者有机结合、优势互补,达到 方案把我军已有的导航资源“北斗一号”、“长河二 进行无源三维定位的方案(以下简称组合系统),该 此,本文提出了将我国的长河台站与北斗卫星组合 先进,但投资很大,且需要若干年后才能建成。为 和实用性。我国正在立项的二代导航系统虽然更加 表精度不高。以上多项因素制约了该方案的有效性 使用的高品质铷钟尚存在一些障碍;四是气压高度 作时间积累,不利于远航程作战;三是目前满足弹上 和准确度明显下降,引进了新的误差源,且误差随工 收稿13期:2004-07—20,修回日期:20054144)5 动或有噪声的高动态飞行环境使其时频标的稳定性 预热(最好要三小时),不利于机动作战;二是载体振 来若干新的问题:一是铷原子钟必须有较长时间的 能满足三维导航方程的列写与求解条件。由此又带 原子钟提供时间参数,利用高度表提供高度参数,才 加其准三维定位功能,但都必须在接收机中带上铷 国内已有多家单位在研制无源北斗接收机,增 产业潜存着极大的风险。 使得我国军事安全及事关国计民生的电力、电信等 大量使用GPS或GLONASS(俄罗斯卫星导航系统) 我国军用、民用广阔领域迫切需要三维导航定位。 二号”导航系统没有无源三维导航定位的功能,而 鉴于我国有自主控制权的“北斗一号”、“长河 在未来高技术战争中的重要地位。 使用),充分说明精确制导技术和卫星组合导航系统 80%采用了GPS(全球定位系统)导航(单独或组合 联军使用的精确制导武器占武器总量的90%,其中 代战争的杀手锏,以2003年伊拉克战争为例,美英 为现代高技术战争的主要特征,精确制导武器是现 和时间统一保障的质量和水平。远程精确打击已成 程精确打击的实施及其效果强烈依赖三维导航定位 息,也是实施远程精确打击最重要的信息。所以远 要素。战场中准确的时间和位置是最重要的战场信 战争的核心优势,制信息权是赢得未来战争的关键 科索沃战争、伊拉克战争表明:信息优势是现代 0概述 文章编号:1000—1328(2005)03.0287—04 文献标识码:A 中图分类号:V448 关键词:组合导航;时间同步;数据编码;传播误差修正 事装备使用GPS、GLONASS等外国导航系统的风险。 案有助于缓解我国防建设对三维导航定位的急需,克服(或缩小)“长河二号”在东南沿海地区的定位盲区,消除军 维导航定位系统的方案。介绍了组合系统的原理与组成,分析了组合系统定位精度。初步研究和实验表明,该方 的矛盾,提出了一种将我国已有的“北斗一号”、“长河二号”和军网等资源进行优化组合,构成我国区域性的自主三 摘要:为解决我国缺乏拥有自主控制权的无源三维导航定位系统与军用、民用领域迫切需要三维导航定位 (第二炮兵工程学院301教研室,陕西西安710025) 2005 Mav No.3 V01.26 Astronautics of Jnamal 字航学报 5月 第3期 2005正 第26卷 邓方林,梁勇 北斗/罗兰C组合导航系统研究 千去晶{ 比 一 S , / ● X 2 . one ————————)- —————————'} , 、 , 一 ,,,,,,● 、、、、 、 、、、、/ R f 【R4= ̄/(戈一戈4)2+(Y—Y4)2+(名一三4)2+CAt。 R2= ̄/(戈一戈2)2+(Y—Y2)2+(z一三2)2+CAt。 图 i /、、 第26卷 宇航学报 288 positioning system integrated Principle Fig.1 工 开 步。整个工作过程如图2所示。 件,独立解算系统原子时时间尺度,实现系统内部同 台站间进行交换;各台站利用相同的原子时计算软 问的钟差;然后将钟差数据通过“军用自动化网”在 比对法测量长河台站和北斗卫星总站工作主钟(组) 法实现系统内部的同步。首先利用北斗卫星的共视 航系统方案中,我们采用建立自主网络原子时的方 长河台站原子钟组的作用,在北斗/罗兰G组合导 统的时间同步。但为提高系统的可靠性和充分发挥 基准,可以通过向北斗时间靠拢的方法实现组合系 部时间同步。“北斗一号”系统内部具有自己的时间 一个导航系统能够正常工作首先要保证系统内 1.2.1时问系统 1.2系统基本组成 △t。为接收机与组合系统时间的钟差。 c为无线电波传播速度; (省,Y,石)为接收机的位置; 的位置,可精确测定; (戈。,Y,,二,)、(戈。,Y。,z。)为地面两个长河台站 置: (菇。,Y。,z)、(戈:,Y:,z:)为两颗北斗卫星的位 量值; 月。,R。为接收机到地面两个长河台站的伪距测 值; R。,R:为接收机到两颗北斗卫星的伪距测量 式中 (1) 』R3= ̄/(戈一戈3)2+(Y—Y3)2+(z—z3)2+CAt。 ~ 标 IPPSI , V 鹈 ~ 跏 / 缈 弦 ~ 成三维导航定位。每个长河台除原有功能不变之 测量伪距联合建立测距方程,进行定位解算,即可完 处理。获得长河台站的伪距之后,与两颗北斗卫星 调、解码和信息处理,实现对长河二号台的伪距测量 同(平衡)。用户机接收到这些信号电文之后,经解 调(0肛s)和负调(一1弘s)位移,正调和负调脉冲数相 每个脉冲组中的后6个脉冲进行正调(+1肛s)、不 目前国际上常用的“三态位移平衡调制”方式,即对 文,调制到长河台信号上播发出去。调制方法采用 差改正数等信息共同组成长河二号发射台播发电 号伪卫星数据。该数据与各台站主钟钟差和传播误 合系统的时间信息和发射台通道延时,产生长河二 的钟差数据独立解算,发射台数据形成设备根据组 组合系统时间根据军网(或北斗通道)传送过来 1.2.2地面长波伪卫星系统 和时频精度的核心,也是达到定位精度的重要保证。 性。该子系统是实现北斗、罗兰C两系统时问同步 道同时发播,双信道互为备份,提高整个系统可靠 用自动化网(或北斗通信通道)和长河台编码通信通 二次相位因子)修正数据(见1.2.4)等信息通过军 斗卫星信道的无线通信来代替。钟差及ASF(附加 鉴于目前军用自动化网尚未接通,也可通过北 Devices measuring station’S of diagram Block—level Fig.2 图2时间系统单站比对设备原理图 送定时器 原子钟 接收机 S; bPs/GLoNAs 幡 r ∥ 一 ㈨ 一 1= ̄/(戈一咒1)2+(Y—Y1)2+(石一z1)2+CAt。 作主钟1 土.,关门 1定位原理示意图 一.....1一-一-… \ 姓乓;蜉 懂◆i 编码形成设各k——叫调制控制设 如图3所示。 外,又起到了北斗伪卫星的作用。改造后的长河台 289 邓方林等:北斗/罗兰C组合导航系统研究 第3期 stations by covel'.ed the in system integrated GDOP and positioning of Error Fig.5 图5东海台链覆盖区组合系统定位误差及GDOP 足大部分载体对非精密进近级导航需求。 系统水平定位误差应在60至80米的范围(1盯),可满 于50米(1仃),加上其它若干未计入的误差因素,组合 组合系统水平定位因子基本小于3,水平定位误差小 GDOP如图5所示(计算方法见Ho)。从中可以看出, 以东海台链覆盖区为例,组合系统定位误差及 2.3组合系统定位误差 4)各台站之间的同步误差。 主要修正的就是电波传播中的不规则因素,包括 J。其中 可以使该系统的导航定位精度达到60米b 验,类似长河二号的罗兰c系统,经过传播修正后, 误差源,严重影响导航定位精度。据发达国家的经 长河台长波信号的传播误差是组合系统的重要 1.2.4无线电传播误差修正模型及数据库 线与整机的小型化等问题。 号的接收、解调解码、北斗罗兰信号组合算法以及天 元之间的电磁兼容性问题,高动态情况下罗兰C信 接收机的研制,需要重点解决不同系统电路单 置解算单元、时钟单元等几部分。 兰c信道模块、罗兰c信号处理模块、电源单元、位 信道模块、卫星信号处理模块、罗兰C天线模块、罗 接收机从功能上可划分为北斗天线)罗兰C台链发射机稳定性误差; 略; 低到零分贝以下时,对测量误差的影响尤其不能忽 2)系统设备本身存在误差,特别是当信噪比降 由于传播条件的改变而产生测距误差; 1)电波传播途中,经过不规则、不均匀地带时, 影响罗兰C测量精度的因素主要有b 2.2罗兰c伪距测量影响因素 卫星设备延迟误差、电磁波传播修正误差。 北斗通道系统误差源包括北斗星历参数误差、 2.1北斗伪距测量影响因素 2组合系统误差分析 据表),提高组合系统长波伪卫星ASF改正的精度。 针对陆地及其空域传播特点的ASF改正数据库(数 准对长河信号的传播时延进行测量),因此需要编制 库等手段来实现(实测可以利用北斗时作为时间基 测量和地波传播模型计算改正以及实测ASF数据 ASF和大气传播误差。这可以通过对大地电导率的 标,组合系统接收机原理框图如图4所示。 根据组合系统的特点和用户接收机的技术战术指 工作和多体制联合定位解算,比单一接收机复杂。 组合系统接收机要完成多信息源接收,多模式 1.2.3导航接收机 l里兰;墨竺l 韭兰笔坚蒌垡l i蘑重芦匠垂茸商勰各 l陶釜k ……b黔k T sea east area J: Fang-lin,HANG System Navigation Integrated Beidou/LoranC Research 参考文献: 部分载体对导航的要求,实现上述功能提升的目标。 建模、仿真和部分实验结果表明,组合系统能满足大 都有原系统作参考基准,风险较小。第四,通过系统 三种成熟资源的基础上,硬、软件虽有不少变化,但 事斗争准备的需要。第三,组合系统是建立在我军 对象的作战要求为标准,符合我们的国情、军情和军 为主要目标,不一味追求高指标,而是满足主要应用 次,组合系统以解决无源三维导航定位的应急需求 此经费投入少、工程周期短、见效快、效费比高。其 资源的重组、改造、挖潜和提高,而不是新建系统,因 北斗/罗兰C组合导航系统建设属于已有导航 4结论 的电力、交通、电信提供可靠的时间信息和导航服务。 位、导航和时间统一勤务保障,也可以为民用领域中 队、车辆、舰船以及战机提供高可靠性、高精度的定 组合系统建立之后,既可以为军事领域中的部 3.2可望首先应用的领域 军用民用领域对GPS和GLONASS依赖的风险。 6)在组合系统有效覆盖区域内,可以克服我国 性和抗干扰能力; 斗、长河两系统信号发播和时间系统的稳定性、可靠 5)增加了“长河二号”独立授时功能,改善了北 度区的定位精度也会有所改善; 提高3。5倍,“北斗一号”的无源定位精度及低纬 4)组合系统将比长河二号的双曲线定位精度 东南沿海地区的定位盲区和低精度区范围; 覆盖面积有所扩大,可克服(或缩小)“长河二号”在 3)长河二号的二维定位提升为三维定位,有效 定位的资讯平台; 度表的依赖,为我军各军兵种提供一个无源三维导航 2)组合系统的三维导航定位摆脱了对铷钟和高 1)北斗一号的有源工作模式可拓展为无源模式; 提升 3.1相对“北斗一号”、“长河二号”可望得到的功能 3组合系统预期效果分析 ln a army our desire c龃meet that show results experiment analyzed.Research was precision introduced.The were constitutes principle presented.The is net on‘Beidou-1’,Ix)ran—C based China dimensions regional se璩controlled gem,a civil military in need urgent country OIlY by controlled system dimensions three passive lack between contradiction solve to order Ab萌礴ct:In College,Xi’an,710025,China) Engineoring Artillery Second rDonl,the stuff (301 Yong DENG on 电线); 通信地址:西安二炮工程学院301室 控制,系统仿真。 人,教授,博导,研究方向为导航、制导与 作者简介:邓方林(1937一),男,陕西山阳 College,2002,23(1):47-51.(in Engineering erbin Ha’ system[J].Journal positioning satellite dual improvement terrestrial for system navigation Ding-jie.Integrated nJ.Xu Shi. Yan—ling,Chen 尔滨工程大学学报,2002,23(1):47—51[Hao [4]郝燕玲,陈实如,徐定杰.陆基增强,双星定位组合系统[J].哈 Chinese)] Ocean,1986.(in Positioning[M].Beijing,China:Publishing Radio YiIlg,Theory [3]方英.无线电导航原理[M].北京:海洋出版社,1986[Fang Chinese)] 1998.(in Technology, Defense University National Company Pubhshing Navigation[M].Changsha: Integrated GPS/INS Application a1.Theory XU—rong,et 科技大学出版社,1998.[Dong [2]董绪荣等.GPS/INS组合导航定位及其应用[M].长沙:国防 Chinese)J Sciencer,2002,4.(in Academy Chinese of Center Loran-C[D].Timing over Communication Data and Service Time Independent Hai.tao.Study 院国家授时中心,2002,4[Wu [1]吴海涛.罗兰c自主授时及其数据通信的研究[D].中国科学 第26卷 宇航学报 290 i C Loran- bhnd-area positioning reduce)the degree,eliminate(or correction el'roY coding;Transmitting synehrocyclotron;Data navigation;Time words:Integrated Key GLONASS. GPS on relying of risk the avoid and channel Taiwan arge

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