專利名稱：一種長波傳播時延修正量的測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電波傳播測量技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種長波傳播時延修正量的測量方法。
背景技術(shù)：
長波常用于無線電導航定位系統(tǒng)和授時系統(tǒng)，其傳播時延與傳播路徑上的地形、地物、大氣環(huán)境等因素有關(guān)，存在較大的預測誤差，限制了長波導航定位系統(tǒng)及授時系統(tǒng)的精度。為了提高長波的導航定位和授時系統(tǒng)的精度，需要在整個長波覆蓋區(qū)域?qū)﹄姴▊鞑r延進行修正，建立電波傳播時延修正數(shù)據(jù)庫。而高效、經(jīng)濟、快速的長波傳播時延修正量的試驗測量方法是建立高精度傳播時延修正庫的基礎(chǔ)。
長波傳播時延是指長波從發(fā)射臺到測量點的傳播時間，可用長波的發(fā)射時刻減去長波到達時刻得到，再減去電波沿相同距離空氣或純海水路徑的傳播時延，則得到長波傳播時延修正量。
通過測量長波發(fā)射時刻和接收時刻進行傳播時延修正量測量的方法是傳播時延修正量測量的基本方法，測量中需要用到統(tǒng)一的時間基準，以獲得在同一時間基準下的發(fā)射時刻和接收時刻。因此，所使用的測量系統(tǒng)中，除了長波接收機外，還需要一個授時接收機和一套時間比對設(shè)備以及發(fā)射臺和接收位置精確的地理坐標。
另外，上述測量方法得到的傳播時延除了包含電波沿傳播路徑的傳播時延外，還包括了發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)的傳播時延，因而得到的修正量是一個含有系統(tǒng)誤差的修正量，從傳播時延修正量中剔除系統(tǒng)誤差是一項非常麻煩的工作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種長波傳播時延修正量的測量方法，減少了測量設(shè)備和測量的復雜度，有效剔除了系統(tǒng)誤差。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種長波傳播時延修正量的測量方法，利用測量得到的衛(wèi)星信號與羅蘭C信號的偽時差值，來獲得長波傳播時延修正量，并利用參考點的傳播時延修正量對系統(tǒng)誤差進行標定，該方法包括以下步驟步驟1，通過接收機測量得到衛(wèi)星信號偽時差ΔTA、長波信號偽時差ΔTB和測量點的地理坐標；通過衛(wèi)星導航電文信息，確定衛(wèi)星位置，通過接收機位置和衛(wèi)星位置，計算得到衛(wèi)星信號按光速從衛(wèi)星傳播到接收機的傳播時延TDA；計算得到衛(wèi)星信號傳播時延修正總量ΔTDA；通過長波發(fā)射臺位置和接收機位置，計算得到長波信號從發(fā)射臺到測量點沿空氣或純海水路徑的傳播時延TDB；步驟2，對系統(tǒng)誤差進行標定；選擇一個已知長波傳播時延修正量的點為參考點，測量參考點的傳播時延修正量，或在距發(fā)射臺100km～200km之間的區(qū)域內(nèi)，選擇傳播路徑相對平坦、沿路徑的電導率數(shù)據(jù)已有相對準確測量結(jié)果的位置為參考點，計算得到參考點傳播時延修正量的理論值，設(shè)參考點的傳播時延修正量為ΔTDBO；分別測量得到參考點的衛(wèi)星信號偽時差ΔTAO、長波信號偽時差ΔTBO、衛(wèi)星信號以光速從衛(wèi)星到測量點的傳播時間TDAO、衛(wèi)星信號的傳播時延修正量ΔTDAO、長波信號從發(fā)射臺到測量點沿空氣或純海水路徑的傳播時延TDBO，得到下式的結(jié)果，ΔTDBO-(TDAO-TDBO)+(ΔTAO-ΔTBO)-ΔTDAO，利用上述結(jié)果對系統(tǒng)誤差DTA接收-DTB發(fā)射-DTB接收進行標定，即令；DTA接收-DTB發(fā)射-DTB接收＝ΔTDBO-(TDAO-TDBO)+(ΔTAO-ΔTBO)-ΔTDAO步驟3，將步驟1測量得到的衛(wèi)星信號偽時差ΔTA、長波信號偽時差ΔTB，計算得到的衛(wèi)星信號按光速從衛(wèi)星傳播到接收機的傳播時延TDA、衛(wèi)星信號傳播時延修正總量ΔTDA、長波信號從發(fā)射臺到測量點沿空氣或純海水路徑的傳播時延TDB和步驟2得到的標定值DTA接收-DTB發(fā)射-DTB接收＝ΔTDBO-(TDAO-TDBO)+(ΔTAO-ΔTBO)-ΔTDAO代入下式ΔTDB＝(DTA接收-DTB發(fā)射-DTB接收)+(TDA-TDB)-(ΔTA-ΔTB)+ΔTDA，即得到長波傳播時延修正量ΔTDB的值。
本發(fā)明只采用衛(wèi)星和數(shù)字化羅蘭C組合導航接收機即可測量長波傳播時延修正量，測量中利用衛(wèi)星信號與羅蘭C信號的偽時差測量值之差，消除接收機本機時鐘與基準時鐘之差，利用參考點的傳播時延修正量(已知或理論預測)對測量結(jié)果中所含的系統(tǒng)誤差進行標定，得到的修正量可用于30kHz～30MHz頻率范圍的電波傳播時延修正。該方法減少了測量設(shè)備數(shù)量和測量的復雜度，可以僅采用一臺具有導航定位功能的衛(wèi)星-數(shù)字化羅蘭C組合接收機來實現(xiàn)，提高了長波傳播時延修正量的測量效率，測量同時剔除了測量結(jié)果中的系統(tǒng)誤差。
具體實施例方式
下面結(jié)合具體實例對本發(fā)明進行詳細說明。
長波傳播時延修正量也叫相位延遲量修正量，當計算中采用相對于空氣路徑的傳播時延計算的修正量稱為二次相位因子(或二次相位、二次相位延遲、二次延時、二次時延等)，采用相對于純海水路徑的傳播時延計算的修正量稱為附加二次相位因子(或附加二次因子、附加二次相位、附加二次相位延遲、附加二次時延、附加二次延時等)。
本發(fā)明對長波傳播時延修正量的測量是采用以下步驟步驟1，采用衛(wèi)星-數(shù)字化羅蘭C組合接收機測量得到衛(wèi)星信號偽時差ΔTA、長波信號偽時差ΔTB和測量點的地理坐標(經(jīng)度、緯度和高度)；通過衛(wèi)星導航電文信息，確定衛(wèi)星位置，通過接收機位置和衛(wèi)星位置，計算衛(wèi)星信號按光速從衛(wèi)星傳播到接收機的傳播時延TDA；計算衛(wèi)星信號由電離層、對流層、衛(wèi)星鐘差等引起的衛(wèi)星信號傳播時延修正總量ΔTDA；通過長波發(fā)射臺位置和接收機位置，計算長波信號從發(fā)射臺到測量點沿空氣或純海水路徑的傳播時延TDB(《中華人民共和國電子行業(yè)軍用標準，SJ20839-2002，長波地波傳播信道計算方法，中華人民共和國信息產(chǎn)業(yè)部2002-10-30.》)。
步驟2，對系統(tǒng)誤差進行標定。
選擇一個已知長波傳播時延修正量的點為參考點，測量參考點的傳播時延修正量，當缺乏已知傳播時延修正量的參考點時，也可選擇傳播路徑相對平坦、沿路徑的電導率數(shù)據(jù)已有相對準確的測量結(jié)果的一個或多個位置為參考點(一般取在距發(fā)射臺100km～200km之間的區(qū)域內(nèi))，采用理論計算方法預測的參考點的傳播時延修正量(《中華人民共和國電子行業(yè)軍用標準，SJ 20839-2002，長波地波傳播信道計算方法，中華人民共和國信息產(chǎn)業(yè)部2002-10-30.》)。
設(shè)參考點的傳播時延修正量為ΔTDBO，分別測量得到參考點的衛(wèi)星信號偽時差為ΔTAO、長波信號偽時差為ΔTBO、衛(wèi)星信號以光速從衛(wèi)星到測量點的傳播時間為TDAO、衛(wèi)星信號的傳播時延修正量為ΔTDAO、長波信號從發(fā)射臺到測量點沿空氣或純海水路徑的傳播時延為TDBO，得到下式的結(jié)果，ΔTDBO-(TDAO-TDBO)+(ΔTAO-ΔTBO)-ΔTDAO根據(jù)上式，系統(tǒng)誤差可標定為DTA接收-DTB發(fā)射-DTB接收＝ΔTDBO-(TDAO-TDBO)+(ΔTAO-ΔTBO)-ΔTDAO其中DTB發(fā)射為長波發(fā)射系統(tǒng)誤差，DTB接收為長波信號接收系統(tǒng)誤差，DTA接收為衛(wèi)星信號接收系統(tǒng)誤差。
步驟3，將步驟1測量得到的衛(wèi)星信號偽時差ΔTA、長波信號偽時差ΔTB，計算得到的衛(wèi)星信號按光速從衛(wèi)星傳播到接收機的傳播時延TDA、衛(wèi)星信號由電離層、對流層、衛(wèi)星鐘差等引起的傳播時延修正總量ΔTDA、長波信號從發(fā)射臺到測量點沿空氣或純海水路徑的傳播時延TDB和步驟2得到的標定值DTA接收-DTB發(fā)射-DTB接收＝ΔTDBO-(TDAO-TDBO)+(ΔTAO-ΔTBO)-ΔTDAO代入下式ΔTDB＝(DTA接收-DTB發(fā)射-DTB接收)+(TDA-TDB)-(ΔTA-ΔTB)+ΔTDA即得到長波傳播時延修正量ΔTDB的值。
本發(fā)明利用單臺衛(wèi)星和數(shù)字羅蘭C組合導航接收機，測量觀測點的地理坐標(經(jīng)度、緯度和高度)及衛(wèi)星信號和長波信號的偽時差，接收機測量到的衛(wèi)星信號偽時差ΔTA和長波信號偽時差ΔTB的表達形式分別如式(1)和(2)ΔTA＝DTA接收+TDA+ΔTDA+ΔT (1)ΔTB＝DTB發(fā)射+DTB接收+TDB+ΔTDB+ΔT (2)其中衛(wèi)星信號和長波信號的發(fā)射時刻取同一參考時鐘，ΔT為接收機時鐘與該參考時鐘的鐘差，以一個衛(wèi)星信號為參考，用長波傳播時延減去衛(wèi)星信號的傳播時延，可得到消除鐘差后的長波傳播時延修正量，用(2)式減去(1)式得到長波傳播時延修正量ΔTDB的表達式為ΔTDB＝(DTA接收-DTB發(fā)射-DTB接收)+(TDA-TDB)-(ΔTA-ΔTB)+ΔTDA(3)(3)式中，ΔTA-ΔTB為接收機測得的衛(wèi)星信號與長波信號的偽時差之差，DTA接收-DTB發(fā)射-DTB接收為一個只與發(fā)射系統(tǒng)和接收機相關(guān)的系統(tǒng)差，TDA-TDB可以通過接收點位置計算得到，ΔTDA為衛(wèi)星信號的傳播時延修正量，可通過衛(wèi)星信號電文信息及傳播路徑情況得到。因此長波傳播時延修正量ΔTDB表達式中除了一個和測量位置無關(guān)的系統(tǒng)誤差DTA接收-DTB發(fā)射-DTB接收外，其它量均可測量或通過計算得到。
本發(fā)明即是利用上述公式分別得到各參數(shù)后，計算得到長波傳播時延修正量ΔTDB。
本發(fā)明的特點還在于對系統(tǒng)誤差DTA接收-DTB發(fā)射-DTB接收的標定。
選擇一個已知長波傳播時延修正量的點為參考點；當缺乏已知傳播時延修正量的參考點時，可選擇傳播路徑相對平坦，沿路徑的電導率數(shù)據(jù)已有相對準確的測量結(jié)果的一個或多個位置為參考點(一般取在距發(fā)射臺100km～200km之間的區(qū)域內(nèi))，采用理論計算方法預測參考點的傳播時延修正量(《中華人民共和國電子行業(yè)軍用標準，SJ 20839-2002，長波地波傳播信道計算方法，中華人民共和國信息產(chǎn)業(yè)部2002-10-30.》，進而標定步驟2測量結(jié)果中的系統(tǒng)誤差)。
設(shè)參考點的傳播時延修正量為ΔTDBO，接收機在參考點測量到的衛(wèi)星信號偽時差為ΔTAO、長波信號偽時差為ΔTBO、衛(wèi)星信號以光速從衛(wèi)星到測量點的傳播時間為TDAO、衛(wèi)星信號的傳播時延修正量為ΔTDAO、長波信號從發(fā)射臺到測量點沿空氣或純海水路徑的傳播時延為TDBO。利用公式(3)，ΔTDBO可表示為ΔTDBO＝(DTA接收-DTB發(fā)射-DTB接收)+(TDAO-TDBO)-(ΔTAO-ΔTBO)+ΔTDAO根據(jù)上式，系統(tǒng)誤差可標定為DTA接收-DTB發(fā)射-DTB接收＝ΔTDBO-(TDAO-TDBO)+(ΔTAO-ΔTBO)-ΔTDAO這樣長波傳播時延修正量就被唯一確定。
以下以具體的實例來說明本發(fā)明的操作方法。
實施例利用GPS與數(shù)字化羅蘭C組合導航接收機測量長波傳播時延修正量。
采用GPS時間作為時間基準，衛(wèi)星信號和長波信號的發(fā)射時間均按GPS時計時。
步驟1，對所有測量點(包括參考點)均測量衛(wèi)星信號偽時差、長波信號偽時差和GPS位置(經(jīng)度、緯度和高度)。
具體測量信息如下(1)單獨采用GPS接收功能測量觀測點的經(jīng)度、緯度和高度；(2)測量所有可視GPS衛(wèi)星信號的偽時差值ΔTA，可表示為ΔTA＝DTA接收+TDA+ΔTDA+ΔT (1)其中TDA為GPS衛(wèi)星信號以光速從GPS衛(wèi)星到測量點的傳播時間，ΔTDA為GPS衛(wèi)星信號傳播時延修正量，DTA接收為GPS信號的接收時延，ΔT為接收機本機時鐘和GPS時間之差。
(3)測量不同長波臺站發(fā)射的羅蘭C信號的偽時差信息ΔTB(長波信號的發(fā)射時刻減去接收時刻)，ΔTB可表示為ΔTB＝DTB發(fā)射+DTB接收+TDB+ΔTDB+ΔT (2)其中TDB為長波信號從發(fā)射臺到測量點沿空氣或純海水路徑的傳播時延，ΔTDB為長波傳播時延修正量，DTB接收和DTB接收分別為長波信號的發(fā)射和接收時延，ΔT為接收機本機時鐘和GPS時鐘之差。
對上述測量信息做以下處理計算(1)通過GPS衛(wèi)星導航電文信息，確定GPS衛(wèi)星位置(《王惠南，GPS導航原理與應用，科學出版社，2003.8》)，通過接收機位置和GPS衛(wèi)星位置，計算衛(wèi)星信號按光速從衛(wèi)星傳播到接收機的傳播時延TDA；(2)計算GPS衛(wèi)星信號由電離層、對流層、衛(wèi)星鐘差等引起的傳播時延修正總量ΔTDA(《徐紹銓等，GPS測量原理及應用，武漢大學出版社(修訂版)，2003》)；(3)通過長波發(fā)射臺位置和接收機位置，計算長波信號從發(fā)射臺到測量點沿空氣或純海水路徑的傳播時延TDB(《中華人民共和國電子行業(yè)軍用標準，SJ 20839-2002，長波地波傳播信道計算方法，中華人民共和國信息產(chǎn)業(yè)部2002-10-30.》)；以一個GPS衛(wèi)星信號為參考，用長波傳播時延((1)式)減去GPS衛(wèi)星信號的傳播時延((2)式)，可得到消除鐘差后的長波傳播時延，如(3)式ΔTDB＝(DTA接收-DTB發(fā)射-DTB接收)+(TDA-TDB)-(ΔTA-ΔTB)+ΔTDA(3)其中ΔTA和ΔTB在步驟1中測得，TDB、TDA和ΔTDA在步驟1中通過計算給出，只有系統(tǒng)誤差DTA接收-DTB發(fā)射-DTB接收尚需進一步確定。
步驟2，進行系統(tǒng)誤差的標定。
選擇已知傳播時延修正量的點為參考點，該點的傳播時延修正量為ΔTDBO，或在距發(fā)射臺100km～200km之間的區(qū)域內(nèi)，選擇傳播路徑相對平坦、沿路徑的電導率數(shù)據(jù)已有相對準確的測量結(jié)果的一個位置為參考點，采用理論計算方法預測的參考點的傳播時延修正量(《中華人民共和國電子行業(yè)軍用標準，SJ 20839-2002，長波地波傳播信道計算方法，中華人民共和國信息產(chǎn)業(yè)部2002-10-30.》)。
設(shè)接收機在參考點測量到的衛(wèi)星信號偽時差為ΔTAO、長波信號偽時差為ΔTBO、計算得到的衛(wèi)星信號以光速從衛(wèi)星到參考點的傳播時間為TDAO、衛(wèi)星信號的傳播時延修正量為ΔTDAO、長波信號從發(fā)射臺到參考點沿空氣或純海水路徑的傳播時延為TDBO、參考點長波傳播時延修正量為ΔTDBO、參考點長波傳播時延修正量(或其理論預測結(jié)果)為ΔTDBO，則系統(tǒng)誤差可標定為DTA接收-DTB發(fā)射-DTB接收＝ΔTDBO-(TDAO-TDBO)+(ΔTAO-ΔTBO)-ΔTDAO步驟3，將步驟1測量得到的GPS衛(wèi)星信號偽時差ΔTA、長波信號偽時差ΔTB，計算得到的GPS衛(wèi)星信號按光速從衛(wèi)星傳播到接收機的傳播時延TDA、GPS衛(wèi)星信號由電離層、對流層、衛(wèi)星鐘差等引起的傳播時延修正總量ΔTDA、長波信號從發(fā)射臺到測量點沿空氣或純海水路徑的傳播時延TDB和步驟2得到的標定的系統(tǒng)誤差DTA接收-DTB發(fā)射-DTB接收代入下式ΔTDB＝(DTA接收-DTB發(fā)射-DTB接收)+(TDA-TDB)-(ΔTA-ΔTB)+ΔTDA這樣長波傳播時延修正量ΔTDB就被唯一確定。
本發(fā)明的方法只要測量計算上述參數(shù)，即可得到長波傳播時延修正量，其采用的設(shè)備僅利用衛(wèi)星和數(shù)字化羅蘭C組合導航接收機就可實現(xiàn)，省去了現(xiàn)有測量方法的復雜設(shè)備和繁瑣程序。采用該方法測量的傳播時延修正數(shù)據(jù)可用于改善長波授時精度、基于時差和基于到達時刻的羅蘭C接收機的導航定位精度、其它長波接收機定位精度、長波與其它系統(tǒng)的組合導航系統(tǒng)的定位導航精度。
權(quán)利要求
1.一種長波傳播時延修正量的測量方法，利用測量得到的衛(wèi)星信號與羅蘭C信號的偽時差值，來獲得長波傳播時延修正量，并利用參考點的傳播時延修正量對系統(tǒng)誤差進行標定，該方法包括以下步驟步驟1，通過接收機測量得到衛(wèi)星信號偽時差ΔTA、長波信號偽時差ΔTB和測量點的地理坐標；通過衛(wèi)星導航電文信息，確定衛(wèi)星位置，通過接收機位置和衛(wèi)星位置，計算得到衛(wèi)星信號按光速從衛(wèi)星傳播到接收機的傳播時延TDA；計算得到衛(wèi)星信號傳播時延修正總量ΔTDA；通過長波發(fā)射臺位置和接收機位置，計算得到長波信號從發(fā)射臺到測量點沿空氣或純海水路徑的傳播時延TDB；步驟2，對系統(tǒng)誤差進行標定；選擇一個已知長波傳播時延修正量的點為參考點，測量參考點的傳播時延修正量，或在距發(fā)射臺100km～200km之間的區(qū)域內(nèi)，選擇傳播路徑相對平坦、沿路徑的電導率數(shù)據(jù)已有相對準確測量結(jié)果的位置為參考點，計算得到參考點傳播時延修正量的理論值，設(shè)參考點的傳播時延修正量為ΔTDBO；分別測量得到參考點的衛(wèi)星信號偽時差ΔTAO、長波信號偽時差ΔTBO、衛(wèi)星信號以光速從衛(wèi)星到測量點的傳播時間TDAO、衛(wèi)星信號的傳播時延修正量ΔTDAO、長波信號從發(fā)射臺到測量點沿空氣或純海水路徑的傳播時延TDBO，得到下式的結(jié)果，ΔTDBO-(TDAO-TDBO)+(ΔTAO-ΔTBO)-ΔTDAO，利用上述結(jié)果對系統(tǒng)誤差DTA接收-DTB發(fā)射-DTB接收進行標定，即令；DTA接收-DTB發(fā)射-DTB接收＝ΔTDBO-(TDAO-TDBO)+(ΔTAO-ΔTBO)-ΔTDAO步驟3，將步驟1測量得到的衛(wèi)星信號偽時差ΔTA、長波信號偽時差ΔTB，計算得到的衛(wèi)星信號按光速從衛(wèi)星傳播到接收機的傳播時延TDA、衛(wèi)星信號傳播時延修正總量ΔTDA、長波信號從發(fā)射臺到測量點沿空氣或純海水路徑的傳播時延TDB和步驟2得到的標定值DTA接收-DTB發(fā)射-DTB接收＝ΔTDBO-(TDAO-TDBO)+(ΔTAO-ΔTBO)-ΔTDAO代入下式ΔTDB＝(DTA接收-DTB發(fā)射-DTB接收)+(TDA-TDB)-(ΔTA-ΔTB)+ΔTDA，即得到長波傳播時延修正量ΔTDB的值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種長波傳播時延修正量的測量方法，包括下列步驟利用衛(wèi)星與數(shù)字化羅蘭C組合導航接收機分別測量衛(wèi)星信號及長波信號的偽時差，通過二者之差，消除組合導航接收機本機時鐘與基準時鐘之差，通過參考點的傳播時延修正量(已知或理論預測)標定測量結(jié)果中的系統(tǒng)誤差。該方法減少了測量設(shè)備的數(shù)量和測量方法的復雜度，提高了長波傳播時延修正量的測量效率，測量時剔除了系統(tǒng)誤差。
文檔編號G01C21/00GK101059543SQ200710017870
公開日2007年10月24日 申請日期2007年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月16日
發(fā)明者席曉莉, 張金生 申請人:西安理工大學