[发明专利]基于非合作导航卫星信号的无码多普勒定轨方法

说明书

技术领域

本发明属于卫星导航技术领域，特别涉及了基于非合作导航卫星信号的无码多普勒定轨方法。

背景技术

卫星轨道精密测量是卫星应用的基础。目前，国内外采用的定轨方式主要是依赖地基测控网，结合星上应答机获得测距、测速信息后精密校正轨道并上注，但是这种定轨方式不但在恶劣环境时生存保障较为困难，而且定轨精度约为百米到十米量级并随着星上轨道预报后精度逐渐下降，有时难以满足精度要求。

法国提出并研制的DORIS定轨系统，是一套星上自主实时定轨软件，其解算周期为10s，能够快速、准确地确定卫星轨道。中国首颗海洋动力环境卫星海洋二号(HY-2)主要用于观测全球海洋动力环境参数。

卫星激光测距系统观测精度可达到毫米级，可以满足精度要求，但是全球观测台站少、分布不均，以及受观测区域和气候条件的限制，部分台站还无法实现常规白天测距，使观测数据较为有限，而且SLR设备较为复杂庞大，价格不菲。

目前，GPS、GLONASS等国外的卫星导航系统是当前天基跟踪测量的主流手段，是地基定轨系统的重要补充，其中以GPS为主。但是GPS卫星导航系统是国外军方控制，在恶劣环境下，明码信号面临关闭的风险，这样就无法通过普通的接收机得到卫星伪距、伪距率，也就无法实现定位和定轨。我国的北斗系统目前是一个区域导航系统，尚不能实现全轨道覆盖。

发明内容

为了解决上述背景技术提出的技术问题，本发明旨在提供基于非合作导航卫星信号的无码多普勒定轨方法，在明码信号不可用的情况下，利用卫星导航系统发送的加密导航信号，实现高精度定轨。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：

基于非合作导航卫星信号的无码多普勒定轨方法，包括以下步骤：

(1)对接收到的导航卫星信号经数字下变频后，采样得到数字中频信号，消除数字中频信号的保密调制码，根据消码后的信号计算得到载波频率的估计值；

(2)将步骤(1)得到的载波频率的估计值作为载波跟踪环跟踪的初始频率，产生载波跟踪环的本振信号，将步骤(1)中消码后的信号作为载波跟踪环的输入信号，恢复出载波信号，并测量提取出各个导航卫星信号的多普勒频移；

(3)计算各个导航卫星信号的先验值，结合步骤(2)得到的多普勒频移的实测值，建立含有接收机频差的多普勒频移实测值和先验值的识别匹配算法，完成导航星的识别与匹配；

(4)利用统计定轨算法实现轨道测量，利用轨道动力学方程建立状态方程，利用载波相位测量值建立相位差测量方程，再利用卡尔曼滤波器估计用户卫星的轨道参数。

其中，步骤(1)中所述根据消码后的信号得到载波频率的估计值的具体步骤；

(A)选取合适的搜索步长，产生若干候选频率，对每一个候选频率产生一个载波相位调整信号；

(B)将步骤(A)产生的载波相位调整信号分别与消码后的信号相乘，对每一个相乘后的信号按照一定单位长度进行分块，累加分块数据，从而得到信号增强的新数据；

(C)对步骤(B)得到的新数据进行FFT运算，检查频谱结果，寻找超过门限的尖峰，对于每一个尖峰，记录其对应的频率值，即为载波频率的估计值。

其中，步骤(3)的具体步骤：

(a)根据步骤(2)恢复出的载波信号，由用户卫星的初始轨道和周期上注的导航卫星星历计算出各导航卫星信号的多普勒频移先验值；

(b)将步骤(2)得到的多普勒频移实测值和步骤(a)得到的多普勒频移先验值分别按照高低顺序排列成两组数据样本，引入待求解的整体平移量，该整体平移量用于将多普勒频移先验值作整体平移；

(c)对各导航卫星信号的多普勒频移实测值与平移后的多普勒频移先验值的频差绝对值求和得到匹配指标；

(d)求解在匹配指标取最小值时的整体平移量，将多普勒频移先验值作整体平移，实现多普勒频移实测值与多普勒频移先验值的匹配，实现导航星识别。

其中，在步骤(d)中，采用三分法求解在匹配指标取最小值时的整体平移量，其具体步骤：

(Ⅰ)假设某导航卫星信号的多普勒频移先验值作平移的频率区间是选取该区间的1/3、2/3处的坐标把整个区间分成三个小区间[m₁,m₂]，

(Ⅱ)分别计算在m₁、m₂处匹配指标e(m₁)、e(m₂)，若e(m₁)＞e(m₂)，则舍弃区间令否则舍弃令