低軌多波束功率定位授時方法及裝置

本申請涉及衛星導航，特別是涉及一種低軌多波束功率定位授時方法及裝置。

背景技術：

1、低軌衛星相較于傳統衛星導航星座常用的中高軌衛星，具有信號空間衰減少、衛星移動速度快、通導深度融合等特點，能夠較好的彌補中高軌衛星信號落地功率低、電文速率低等不足。在低軌導航衛星星座建設初期，可見低軌衛星數量不足，傳統的偽距、載波相位定位授時方案可用性不佳，多普勒定位體制收斂時間普遍較長。

2、然而，目前功率定位的研究主要集中于室內匹配。由于室內可探測到多個wifi接入點(access?point，ap)，且其信號易于測量，使得基于wifi接收信號強度指示(receviedsignal?strength?indication，rssi)的指紋定位方法成為當下最流行的定位技術之一。該方法通常分為離線和在線兩個階段：離線階段采集定位區域中參考點的接收信號強度作為指紋庫；在線階段獲取實時定位數據與指紋庫進行匹配，獲得估計位置。功率匹配定位的解算方法主要有兩種：第一類傳統方法使用不同的指數計算指紋向量和觀測向量之間的相似性，例如歐幾里得距離、余弦相似性、pearson?系數和其他方法，這些方法大多采用直接差分計算。然而，很難準確描述信號向量之間的復合非線性關系；第二類分類聚類方法采用機器學習（ml）和深度學習（dl）進行鄰點匹配。它大致可以分為兩組：一組是監督學習方法，它使用各種分類方法，如隨機森林（rf），決策樹（dt），貝葉斯，支持向量機，神經網絡（nn）、卷積神經網絡?（cnn）和其他分類算法。另一組是使用聚類、k-means、模糊聚類、基于密度的噪聲應用空間聚類等方法的無監督學習。分類聚類方案預期可以在數據庫形成后，利用較短的時間判決測試集，從而得到用戶的概略位置，但是不能應用在低軌衛星場景下。

技術實現思路

1、基于此，有必要針對上述技術問題，提供一種能夠在低軌衛星場景下得到用戶概略位置和本地時間的低軌多波束功率定位授時方法及裝置。

2、一種低軌多波束功率定位授時方法，所述方法包括：

3、獲取衛星信號；根據衛星信號、自由空間傳輸損耗和用戶接收天線增益計算用戶接收的波束功率值；

4、根據用戶和衛星的集合關系推到得到衛星張角，當用戶接收多個波束信號，考慮功率觀測噪聲利用衛星張角和用戶接收的波束功率值建立多波束功率觀測方程組；

5、對多波束功率觀測方程組進行線性化展開并求解線性化展開后的多波束功率觀測方程組的根，得到衛星與用戶之間的俯仰角與方位角；

6、利用鏈路損耗以及衛星與用戶間的俯仰角與方位角推導出用戶與衛星的距離以及用戶高程水平信息，得到定位授時結果。

7、上述低軌多波束功率定位授時方法及裝置，本申請通過天線仿真或實際測量得到衛星發射信號eirp值以及用戶接收天線增益值，經過鏈路預算得到不同位置用戶的理論接收功率并將其作為功率指紋庫；然后，對用戶實際接收多波束功率觀測量建立方程組，對多波束功率觀測方程組進行線性化展開并求解線性化展開后的多波束功率觀測方程組的根，得到衛星與用戶之間的俯仰角與方位角；最后利用鏈路損耗以及衛星與用戶間的幾何關系可以推導出用戶與衛星的距離以及用戶高程水平信息，進而得到定位授時結果，仿真結果表明，本申請能夠得到千米量級的定位效果，且高仰角用戶的可用性較強，并且可以在較短的時間內得到定位授時結果，定位效率高。

技術特征：

1.一種低軌多波束功率定位授時方法，其特征在于，所述方法包括：

2.?根據權利要求1所述的方法，其特征在于，根據所述衛星信號、自由空間傳輸損耗和用戶接收天線增益計算用戶接收的波束功率值，包括：

3.?根據權利要求1所述的方法，其特征在于，根據用戶和衛星的集合關系推到得到衛星張角，包括：

4.根據權利要求1至3任意一項所述的方法，其特征在于，當用戶接收多個波束信號，考慮功率觀測噪聲利用所述衛星張角和用戶接收的波束功率值建立多波束功率觀測方程組，包括：

5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，對所述多波束功率觀測方程組進行線性化展開并求解線性化展開后的多波束功率觀測方程組的根，得到衛星與用戶之間的俯仰角與方位角，包括：

6.?根據權利要求1所述的方法，其特征在于，利用鏈路損耗以及衛星與用戶間的俯仰角與方位角推導出用戶與衛星的距離以及用戶高程水平信息，得到定位授時結果，包括：

7.?根據權利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法還包括：

8.一種低軌多波束功率定位授時裝置，其特征在于，所述裝置包括：

技術總結
本申請涉及一種低軌多波束功率定位授時方法及裝置。所述方法包括：根據衛星信號、自由空間傳輸損耗和用戶接收天線增益計算用戶接收的波束功率值；根據用戶和衛星的集合關系推到得到衛星張角，當用戶接收多個波束信號，考慮功率觀測噪聲利用衛星張角和用戶接收的波束功率值建立多波束功率觀測方程組；對多波束功率觀測方程組進行線性化展開并求解線性化展開后的多波束功率觀測方程組的根，得到衛星與用戶之間的俯仰角與方位角；利用鏈路損耗以及衛星與用戶間的俯仰角與方位角推導出用戶與衛星的距離以及用戶高程水平信息，得到定位授時結果。采用本方法能夠在低軌衛星場景下得到用戶概略位置和本地時間。

技術研發人員：高司博,王飛雪,唐小妹,馬春江,李宗楠,葉小舟,何家偉,劉建,荀飛翰
受保護的技術使用者：中國人民解放軍國防科技大學
技術研發日：
技術公布日：2025/3/13