一种全空间可见的星载GPS接收系统技术方案

技术编号:15054821 阅读:53 留言:0更新日期:2017-04-06 00:48
本发明专利技术提供一种全空间可见的星载GPS接收系统,包含GPS天线、抗干扰滤波器、低噪声放大器、合路器、表面声波滤波器、射频前端接收器、通道相关器和中央处理单元;中央处理单元对通道相关器输出的电文进行捕获和跟踪,当捕获到大于或等于N颗GPS导航星时,根据星体姿态信息和GPS天线的安装角度,计算出2副天线根部垂直平分线±δ°范围内的GPS导航星,按照GPS导航星偏离垂直平分线的偏离角度由小到大依次剔除±δ°范围内的GPS导航星,保证剔除后剩余的GPS导航星大于或等于N颗;利用剩余的GPS导航星的电文,计算星体的位置信息和时间信息。本发明专利技术使得卫星在非对地定向或进行大角度的摆动时依旧可以稳定的捕获GPS卫星,实现准确的定位和授时功能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种全空间可见的星载GPS接收系统,适用于对中低轨非对地定向或大角度摆动的卫星的定位和授时。
技术介绍
GPS是由美国组建的全球定位系统,可以向有适当接收设备的全球范围内的用户提供精确、连续的三维位置和速度信息,同时也向用户提供全球广播世界协调时(UTC)。GPS组成卫星星座的24颗卫星被安排在6个轨道平面上,即每个平面上4颗,由一个分布在全世界的地面控制/监视网监视着卫星的运行状态,向全世界用户提供服务。为了获取更准确位置、速度和时间的信息,中低轨道的卫星常常会装载GPS接收系统,用以接收GPS卫星的信号,并通过信号处理解算出所需要的信息。对于传统的星载GPS接收系统(低于GPS卫星轨道的星载GPS接收系统),其都会选择一个固定的对天面来搜捕空间中的GPS卫星,如图1所示,在捕获到4颗及以上GPS卫星信号后,即可完成实时、精确的定位。这种方案对于常规工作的卫星,尤其是对于三轴稳定对地观测的卫星,在其正常工作的时候,是完全可以实现准确的定位功能,但对于以下两种情况,这种传统方案就会显现出不足,甚至会完全失效。1、非对地定向的卫星(无固定对天面的卫星、对宇宙空间任意位置观测的卫星)。随着卫星功能的多样化的发展,现今的卫星出现了很多对宇宙任意空间观测和指向的需求,例如硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星或其它类似任务的空间科学卫星。其特殊的任务需求使得卫星不再是传统的三轴稳定对地姿态,出现了很多对日慢旋、任意空间位置定点指向等姿态模式。因此,如果仍然想实现卫星实时、精确的定位和授时,就必须设计一种全空间可见的星载GPS接收系统,使得卫星在任意姿态下都可以满足对GPS卫星的捕获需求。2、大角度摆动的卫星为了增加观测的区域面积,现今的很多对地观测卫星都有了大角度摆动的需求(例如沿某个星体轴摆动30°到90°),但如果角度摆动太大,就会使卫星无法捕获足够的GPS卫星,无法获得准确的位置和时间信息,使观测结果性能下降。这就是传统三轴稳定对地定向卫星在摆动问题上的局限,因此也需要一种可以实现全空间可见的星载GPS接收系统,使得卫星在大角度摆动的情况下可以满足对GPS卫星的捕获需求,实时获取准确的位置、时间信息。
技术实现思路
有鉴于此,针对目前卫星无法满足在非对地定向和大角度摆动的情况下还能通过星载GPS系统稳定的获取准确位置、时间信息的情况,提出了一种全空间可见的星载GPS接收系统,使得卫星在非对地定向或进行大角度的摆动时依旧可以稳定的捕获GPS卫星,实现准确的定位和授时功能。实现本专利技术的技术方案如下:一种全空间可见的星载GPS接收系统,包含2副GPS天线、2个抗干扰滤波器、2个低噪声放大器、1个合路器、1个表面声波滤波器、1个射频前端接收器、1个通道相关器和1个中央处理单元;其中,2副GPS天线沿轴向呈θ角安装;2副GPS天线后端分别接1个抗干扰滤波器;2个抗干扰滤波器后端分别接1个低噪声放大器;2个低噪声放大器连接到合路器的输入端口;合路器的输出端口依次连接表面声波滤波器、射频前端接收器、通道相关器和中央处理单元;所述中央处理单元,用于对通道相关器输出的电文进行捕获和跟踪,当捕获到大于或等于N颗GPS导航星时,读取该接收系统所处星体的姿态信息,根据姿态信息和GPS天线的安装角度,计算出2副天线根部垂直平分线±δ°范围内的GPS导航星,按照GPS导航星偏离垂直平分线的偏离角度大小由小到大排序,然后由小到大依次剔除±δ°范围内的GPS导航星,保证剔除后剩余的GPS导航星大于或等于N颗;利用剩余的GPS导航星的电文,计算星体的位置信息和时间信息,所述N≥5。进一步地,本专利技术利用剩余的GPS导航星的电文,计算星体的位置信息和时间信息的过程为:按照每组4颗GPS导航星,对剩余的GPS导航星进行组合,计算各种组合情况下的GDOP值或PDOP值,选取GDOP值或PDOP值最小所对应的一组GPS导航星的电文,计算星体的位置信息和时间信息。进一步地,本专利技术所述θ位于160°到200°范围内。进一步地,本专利技术所述δ=5。本专利技术从GPS天线接收GPS卫星信号开始,到合路器完成了全空间射频信号的合成,再经后端的射频和基频处理,一直到中央处理单元,就可以完成信号的捕获、处理,以及信息的解算、输出,输出的信息是通过对全空间的GPS卫星搜索捕获获得的。一种全空间可见的星载GPS接收系统,包括2副GPS天线、2个抗干扰滤波器、2个低噪声放大器、2个表面声波滤波器、2个射频前端接收器、2个通道相关器和1个综合处理器;2副GPS天线沿轴向呈θ角安装;每副GPS天线后端依次连接抗干扰滤波器、低噪声放大器、表面声波滤波器、射频前端接收器、通道相关器形成两个支路,2个通道相关器的输出端分别与综合处理器连接;所述综合处理器,用于对通道相关器输出的电文进行跟踪捕获,剔除共视星所对应的信噪比较小的通道信号;当捕获到大于或等于N颗GPS导航星时,读取该接收系统所处星体的姿态信息,根据姿态信息和GPS天线的安装角度,计算出2副天线根部垂直平分线±δ°范围内的GPS导航星,按照GPS导航星偏离垂直平分线的偏离角度大小由小到大排序,然后由小到大依次剔除±δ°范围内的GPS导航星,保证剔除后剩余的GPS导航星大于或等于N颗;利用剩余的GPS导航星的电文,计算星体的位置信息和时间信息,所述N≥5。进一步地,本专利技术利用剩余的GPS导航星的电文,计算星体的位置信息和时间信息的过程为:按照每组4颗GPS导航星,对剩余的GPS导航星进行组合,计算各种组合情况下的GDOP值或PDOP值,选取GDOP值或PDOP值最小所对应的一组GPS导航星的电文,计算星体的位置信息和时间信息。进一步地,本专利技术所述θ位于160°到200°范围内,且2副GPS天线接收端指向星体外侧。进一步地,本专利技术所述δ=5。本专利技术从GPS天线接收GPS卫星信号开始,每个支路都完成了信息的捕获和处理,2个支路最终获得的信息再汇总到综合处理器,由综合处理器对全空间的基带信息进行分析计算,最终给出结果。有益效果第一,本专利技术基于射频合路方式的全空间可见的星载GPS接收系统,通过对不同射频通道接收的GPS信号进行合路,然后对合路后的全空间的射频信号进行解算分析并得到位置、时间信息,实现全空间可见的星载GPS接收系统。第二,基于基带合路方式的全空间可见的星载GPS接收系统,不同的射频...
一种全空间可见的星载GPS接收系统

【技术保护点】
一种全空间可见的星载GPS接收系统,其特征在于,包含2副GPS天线、2个抗干扰滤波器、2个低噪声放大器、1个合路器、1个表面声波滤波器、1个射频前端接收器、1个通道相关器和1个中央处理单元;其中,2副GPS天线沿轴向呈θ角安装;2副GPS天线后端分别接1个抗干扰滤波器;2个抗干扰滤波器后端分别接1个低噪声放大器;2个低噪声放大器连接到合路器的输入端口;合路器的输出端口依次连接表面声波滤波器、射频前端接收器、通道相关器和中央处理单元;所述中央处理单元,用于对通道相关器输出的电文进行捕获和跟踪,当捕获到大于或等于N颗GPS导航星时,读取该接收系统所处星体的姿态信息,根据姿态信息和GPS天线的安装角度,计算出2副天线根部垂直平分线±δ°范围内的GPS导航星,按照GPS导航星偏离垂直平分线的偏离角度大小由小到大排序,然后由小到大依次剔除±δ°范围内的GPS导航星,保证剔除后剩余的GPS导航星大于或等于N颗;利用剩余的GPS导航星的电文,计算星体的位置信息和时间信息,所述N≥5。

【技术特征摘要】
1.一种全空间可见的星载GPS接收系统,其特征在于,包含2副GPS天
线、2个抗干扰滤波器、2个低噪声放大器、1个合路器、1个表面声波滤波器、
1个射频前端接收器、1个通道相关器和1个中央处理单元;其中,2副GPS天
线沿轴向呈θ角安装;2副GPS天线后端分别接1个抗干扰滤波器;2个抗干扰
滤波器后端分别接1个低噪声放大器;2个低噪声放大器连接到合路器的输入端
口;合路器的输出端口依次连接表面声波滤波器、射频前端接收器、通道相关
器和中央处理单元;
所述中央处理单元,用于对通道相关器输出的电文进行捕获和跟踪,当捕
获到大于或等于N颗GPS导航星时,读取该接收系统所处星体的姿态信息,根
据姿态信息和GPS天线的安装角度,计算出2副天线根部垂直平分线±δ°范围
内的GPS导航星,按照GPS导航星偏离垂直平分线的偏离角度大小由小到大排
序,然后由小到大依次剔除±δ°范围内的GPS导航星,保证剔除后剩余的GPS
导航星大于或等于N颗;利用剩余的GPS导航星的电文,计算星体的位置信息
和时间信息,所述N≥5。
2.根据权利要求1所述全空间可见的星载GPS接收系统,其特征在于,所
述利用剩余的GPS导航星的电文,计算星体的位置信息和时间信息的过程为:
按照每组4颗GPS导航星,对剩余的GPS导航星进行组合,计算各种组合情况
下的GDOP值或PDOP值,选取GDOP值或PDOP值最小所对应的一组GPS
导航星的电文,计算星体的位置信息和时间信息。
3.根据权利要求1所述全空间可见的星载GPS接收系统,其特征在于,所
述θ位于160°到200°范围内。
4.根据权利要求1所述全空间可见的星载GPS接收系统,其特征在于,所

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【专利技术属性】
技术研发人员:梁中坚张志强李佳宁宋江波元勇张龙倪润立顾荃莹李晓光毛新颜赵元清
申请(专利权)人:北京空间飞行器总体设计部
类型:发明
国别省市:北京;11

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