一种GEO卫星转发信号码和载波相位偏差的计算方法技术

本发明专利技术提供了一种GEO卫星转发信号码和载波相位偏差的计算方法，首先建立载波大环路码伪距和载波相位伪距方程，然后采用双频码和载波相位的观测结果解算电离层参数，分别计算C1、C2载波上的码和载波相位的偏移量，最终经过滤波获得C1、C2载波上的码和载波相位的实时控制量。本发明专利技术可实现GEO卫星转发信号码和载波相位的一致性。

【技术实现步骤摘要】
一种GEO卫星转发信号码和载波相位偏差的计算方法
本专利技术涉及一种控制方法，可以使GEO卫星转发器出口处信号码和载波的相位保持一致。
技术介绍
20世纪80年代，美国建成GPS，前苏联建成GLONASS(GlobalNavigationsatellitesystem，GLONASS)。两者在星上都放置有高性能的星载原子钟，在中国区域定位系统(CAPS)、美国WAAS系统及欧洲包含有GEO卫星的定位网络中，都是采用GEO卫星对信号进行转发的工作模式。GEO卫星对信号转发的工作模式是利用卫星的透明转发功能，将地面产生的导航信号通过卫星转发给用户，其比通用的GPS导航信号多了一条上行链路。由于该上行链路及卫星转发器的影响导致从地面发射导航信号的码和载波相位的一致性遭到破坏。为了保证基于GEO卫星的导航、授时系统能够更好的服务用户，明确卫星发射天线相位中心的码和载波相位的相关关系是这些系统务须解决的核心问题。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种GEO卫星信号地面主控站码和载波相位偏差的计算方法，使用户能够精确知悉卫星出口处码和载波相位的相关关系。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：步骤1.建立载波大环路码伪距和载波相位伪距方程，所述的码相位大环观测方程Ploop＝ρ+Iup+Idp+εPi，载波相位大环观测方程λdΦloop＝ρ+Iuφ+Sφ+Idφ+Nλd+εφ，其中，Ploop和Φloop表示信号从地面发射基带经射频发射通道、空间上行、卫星转发、空间下行、射频接收通道和综合基带接收终端的码和载波相位伪距，ρ＝ρu+ρd+Tup+Tdp+Eu+Ed+Sp＝ρu+ρd+Tuφ+Tdφ+Eu+Ed+Sφ，ρu表示从地面发射天线相位中心到GEO卫星接收天线相位中心的几何距离，ρd是从GEO卫星发射天线相位中心到地面接收天线相位中心的几何距离，Tup、分别为从地面发射天线相位中心到GEO卫星所经历对流层在码相位和载波相位上产生的附加延迟，Tdp、分别为从GEO卫星发射天线相位中心到地面站经历对流层在码相位和载波相位上产生的延迟，Eu和Ed分别表示地面主控站上行发射设备和下行接收设备的处理时延，Sp表示卫星转发器设备时延，Sφ表示卫星转发器引起的载波相位变化，Iup、Iuφ分别为从地面发射天线相位中心到GEO卫星所经历电离层在码相位和载波相位上产生的附加延迟，Idp、Idφ分别为从GEO卫星发射天线相位中心到地面站经历电离层在码相位和载波相位上产生的延迟，εPi和εφi代表接收机的码噪声和载波相位测量累计噪声，N为下行测量存在的整周模糊度，λd为下行频率对应的波长；步骤2.采用双频码和载波相位的观测结果解算电离层参数；其中，所述双频码的载波频率为C1、C2，Ploop，c1和Ploop，c2分别表示C1和C2频点信号的大环码伪距观测量；Φloop，c1和Φloop，c2分别表示C1和C2频点信号的载波相位观测量；fc1，u和fc1，d，fc2，u和fc2，d分别表示C1和C2频点信号的上行和下行载波频率；Nc1和Nc2分别表示C1和C2频点信号载波相位观测量的整周模糊度；λc1，d和λc2，d分别表示C1和C2频点下行信号载波波长；解算电离层参数步骤3.计算C1载波上的码和载波相位的偏移量计算C2载波上的码和载波相位的偏移量步骤4.采用滤波器对C1、C2载波上码和载波相位的偏移量分别进行平滑、估计，获得C1载波上的实时控制量和C2载波上的实时控制量其中τ为滤波器常数，T为采样间隔，Δc1(k)、Δc2(k)为滤波前C1、C2载波的当前预调整量，Δc1(k-1)、Lc1(k-1)分别为前一时刻滤波前、后C1载波的的预调整量，Δc2(k-1)、Lc2(k-1)分别为前一时刻滤波前、后C2载波的的预调整量。本专利技术的有益效果是：基于该方法计算得到卫星发射天线相位中心处码和载波相位的偏差，通过地面站对码和载波的控制，可实现GEO卫星转发信号码和载波相位的一致性，使该系统信号类似于同频的卫星直发信号且互不干扰，可作为同频卫星直发信号的增强信号；并使该系统转发信号类似于GPS信号，从而可借鉴GPS系统现有的研究成果，进一步提高该系统的性能，缩短系统采用高精度技术的研究时间。附图说明图1是GEO卫星转发信号导航系统示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明，本专利技术包括但不仅限于下述实施例。一种GEO卫星转发信号的码和载波相位一致性控制方法，步骤如下：步骤1：建立码和载波相位大环观测方程，包括码相位大环观测方程：Ploop＝ρu+Eu+Iup+Tup+Sp+ρd+Idp+Tdp+Ed+mp+εp(1)载波相位大环观测方程：Φloop＝ρu+Eu+Iuφ+Tuφ+Sp+Sφ+ρd+Idφ+Tdφ+Ed+mφ+εφ(2)其中Ploop和Φloop表示信号从地面发射基带经射频发射通道、空间上行、卫星转发、空间下行、射频接收通道和综合基带接收终端的码和载波相位伪距，称为大环测量值；ρu表示从地面发射天线相位中心到GEO卫星接收天线相位中心的几何距离，ρd是从GEO卫星发射天线相位中心到地面接收天线相位中心的几何距离；Iup、Iuφ分别为从地面发射天线相位中心到GEO卫星所经历电离层在码相位和载波相位上产生的附加延迟；Tup、分别为从地面发射天线相位中心到GEO卫星所经历对流层(在码相位和载波相位上产生的附加延迟；Idp、Idφ分别为从GEO卫星发射天线相位中心到地面站经历电离层在码相位和载波相位上产生的延迟；Tdp、分别为从GEO卫星发射天线相位中心到地面站经历对流层在码相位和载波相位上产生的延迟；Eu和Ed分别表示地面主控站上行发射设备和下行接收设备的处理时延；Dup和Ddp分别表示信号上行和下行传输过程中，多普勒引起的伪码时延；Duφ和Ddφ分别表示信号上行和下行传输过程中，多普勒引起的载波时延；mP、mφ分别为多径对码相位和载波相位影响产生的误差；εP和εφ代表接收机的码噪声和载波相位测量累计噪声，Nd为下行测量存在的整周模糊度，λd为下行频率对应的波长。Sp表示卫星转发器设备时延，Sφ表示卫星转发器引起的载波相位变化。步骤2：根据步骤1中参数的不同影响因素，对观测方程进行简化。本专利技术主要研究卫星出口处码和载波相位的一致性，通过发射基带时间同步技术可保证在发射机出口处二者的一致，在传输路径上，能够使码和载波的相位关系发生变化主要因素是电离层和转发器，其它如发射和接收设备、传输几何路径、对流层、转发器设备时延等会使整个信号产生延迟，但不会使二者的相位关系发生变化。因此，在公式(1)和(2)中，将多径引起的误差归入接收机测量噪声，对伪码和载波相位的噪声分别记为εPi和εφi；将上述与频率不相干，不影响伪码和载波相位关系的因素都归于几何距离中，设为ρ，则：ρ＝ρu+ρp+Tup+Tdp+Eu+Ed+Sp＝ρu+ρd+Tuφ+Tdφ+Eu+Ed+Sp(3)则式(1)和(2)可写为：Ploop＝ρ+Iup+Idp+εPi(4)λdΦloop＝ρ+Iuφ+Sφ+Idφ+Nλd+εφi(5)步骤3：采用双频(设载波频率为C1、C2)码和载波相位的观测结果解算电离层参数。由于电离层使载波相位观测量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种GEO卫星转发信号码和载波相位偏差的计算方法，其特征在于包括下述步骤：步骤1.建立载波大环路码伪距和载波相位伪距方程，所述的码相位大环观测方程Ploop＝ρ+Iup+Idp+εPi，载波相位大环观测方程λdΦloop＝ρ+Iuφ+Sφ+Idφ+Nλd+εφ，其中，Ploop和Φloop表示信号从地面发射基带经射频发射通道、空间上行、卫星转发、空间下行、射频接收通道和综合基带接收终端的码和载波相位伪距，ρ＝ρu+ρd+Tup+Tdp+Eu+Ed+Sp＝ρu+ρd+Tuφ+Tdφ+Eu+Ed+Sφ，ρu表示从地面发射天线相位中心到GEO卫星接收天线相位中心的几何距离，ρd是从GEO卫星发射天线相位中心到地面接收天线相位中心的几何距离，Tup、分别为从地面发射天线相位中心到GEO卫星所经历对流层在码相位和载波相位上产生的附加延迟，Tdp、分别为从GEO卫星发射天线相位中心到地面站经历对流层在码相位和载波相位上产生的延迟，Eu和Ed分别表示地面主控站上行发射设备和下行接收设备的处理时延，Sp表示卫星转发器设备时延，Sφ表示卫星转发器引起的载波相位变化，Iup、Iuφ分别为从地面发射天线相位中心到GEO卫星所经历电离层在码相位和载波相位上产生的附加延迟，Idp、Idφ分别为从GEO卫星发射天线相位中心到地面站经历电离层在码相位和载波相位上产生的延迟，εPi和εφi代表接收机的码噪声和载波相位测量累计噪声，N为下行测量存在的整周模糊度，λd为下行频率对应的波长；步骤2.采用双频码和载波相位的观测结果解算电离层参数；Ploop,c1=ρ+Ifc1,u2+Ifc1,d2+ϵPi]]>Ploop,c2=ρ+Ifc2,u2+Ifc2,d2+ϵPi]]>λc1,dΦloop,c1=ρ-Ifc1,u2+Sφ-Ifc1,d2+Nc1·λc1,d+ϵφi]]>λc2,dΦloop,c2=ρ-Ifc2,u2+Sφ-Ifc2,d2+Nc2·λc2,d+ϵφi]]>其中，所述双频码的载波频率为C1、C2，Ploop，c1和Ploop，c2分别表示C1和C2频点信号的大环码伪距观测量；Φloop，c1和Φloop，c2分别表示C1和C2频点信号的载波相位观测量；fc1，u和fc1，d，fc2，u和fc2，d分别表示C1和C2频点信号的上行和下行载波频率；Nc1和Nc2分别表示C1和C2频点信号载波相位观测量的整周模糊度；λc1，d和λc2，d分别表示C1和C2频点下行信号载波波长；解算电离层参数I=fc1,u2·fc1,d2·fc2,u2·fc2,d2(fc1,u2+fc1,d2)·fc2,u2·fc2,d2-(fc2,u2+fc2,d2)·fc1,u2·fc1,d2(Pdc1-Pdc2);]]>步骤3.计算C1载波上的码和载波相位的偏移量Δc1=2Ifc1,u2-Sφ,c1=Ploop,c1-λc1,dΦloop,c1-2Ifc1,d2;]]>计算C2载波上的码和载波相位的偏移量Δc2=2Ifc2,u2-Sφ,c2=Ploop,c2-λc2,dΦloop,c2-2Ifc2,d2;]]>步骤4.采用滤波器对C1、C2载波上码和载波相位的偏移量分别进行平滑、估计，获得C1载波上的实时控制量Lc1(k)=τ-TτLc1(k-1)+1τ[Δc1(k)-Δc1(k-1)]]]>和C2载波上的实时控制量Lc2(k)=τ-TτLc2(k-1)+1τ[Δc2(k)-Δc2(k-1)];]]>其中τ为滤波器常数，T为采样间隔，Δc1(k)、Δc2(k)为滤波前C1、C2载波的当前预调整量，Δc1(k‑1)、Lc1(k‑1)分别为前一时刻滤波前、后C1载波的的预调整量，Δc2(k‑1)、Lc2(k‑1)分别为前一时刻滤波前、后C2载波的的预调整量。...

【技术特征摘要】
1.一种GEO卫星转发信号码和载波相位偏差的计算方法，其特征在于包括下述步骤：步骤1.建立载波大环路码伪距和载波相位伪距方程，码相位大环观测方程Ploop＝ρ+Iup+Idp+εPi，载波相位大环观测方程λdΦloop＝ρ+Iuφ+Sφ+Idφ+Nλd+εφ，其中，εφ为载波相位测量累计噪声；Ploop和Φloop表示信号从地面发射基带经射频发射通道、空间上行、卫星转发、空间下行、射频接收通道和综合基带接收终端的码和载波相位伪距，ρ＝ρu+ρd+Tup+Tdp+Eu+Ed+Sp＝ρu+ρd+Tuφ+Tdφ+Eu+Ed+Sφ，ρu表示从地面发射天线相位中心到GEO卫星接收天线相位中心的几何距离，ρd是从GEO卫星发射天线相位中心到地面接收天线相位中心的几何距离，Tup为从地面发射天线相位中心到GEO卫星所经历对流层在码相位上产生的附加延迟，Tdp为从GEO卫星发射天线相位中心到地面站经历对流层在码相位上产生的延迟，Eu和Ed分别表示地面主控站上行发射设备和下行接收设备的处理时延，Sp表示卫星转发器设备时延，Sφ表示卫星转发器引起的载波相位变化，Iup、Iuφ分别为从地面发射天线相位中心到GEO卫星所经历电离层在码相位和载波相位上产生的附加延迟，Idp、Idφ分别为从GEO卫星发射天线相位中心到地面站经历电离层在码相位和载波相位上产生的延迟，εPi和εφi代表接收机的码噪声和载波相位测量累计噪声，N为下行测量存在的整周模糊度，λd为下行频率对应的波长；步骤2.采用双频码和载波相位的观测结果解算电离层参数；

【专利技术属性】
技术研发人员：卢晓春，荆文芳，
申请(专利权)人：中国科学院国家授时中心，
类型：发明
国别省市：陕西;61