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申请/专利权人:中国电子科技集团公司第五十四研究所
摘要:本发明属于PNT定位导航与授时领域,公开了一种地月PNT体系多节点时空服务方法。该方法包括:针对地月空间的PNT体系,进行多类型服务节点与用户节点间的观测体系构建,生成服务节点与用户节点间相应类型观测量;为相应类型观测量建立多类型服务节点与用户节点间的对应观测方程并计算理论值;将用户节点四维时空坐标视为待估参数,解算得到四维时空坐标的最佳估值,并由控制中心向用户节点发送指令,提供一种地月空间内多用户节点的PNT时空服务方法。本发明的方法解决了目前深空PNT仅有概念架构研究而缺乏具体方法研究的问题,提供了一种地月空间多用户节点获取时空服务的具体方法,可为我国未来深空PNT体系建设提供参考。
主权项:1.一种地月PNT体系多节点时空服务方法,其特征在于,所述方法包括以下过程:1针对地月空间范围的PNT体系,进行多类型服务节点与用户节点间的观测体系构建,生成服务节点与用户节点间的相应类型观测量;2结合服务节点与用户节点间构建的观测体系,建立多类型服务节点与用户节点间的对应观测方程,并计算观测方程的理论值;3将步骤1生成的服务节点与用户节点间的多类型观测量与步骤2对应类型观测量的观测方程计算出的理论值作差,形成残差序列,将用户节点的四维时空坐标视为待估参数,采用加权批处理最小二乘算法解算得到四维时空坐标的最佳估值,并由控制中心向用户节点发送指令进行PNT时空服务;其中,地月PNT体系节点包括地面服务节点和空间用户节点;地面服务节点包括地面USB服务节点、地面UXB服务节点和VLBI网节点;空间用户节点包括地月拉格朗日用户节点、近月空间用户节点和月面用户节点;其中,步骤1包括以下过程:地面USB服务节点以UTC为时标,发射S波段的双程测距信号和双程多普勒信号,地月拉格朗日用户节点、近月空间用户节点和月面用户节点接收信号并做相干处理后,转发至相同或不同的地面USB服务节点,地面USB服务节点生成S波段双程测距观测量及双程多普勒观测量;地面UXB服务节点以UTC时刻为时标,发射X波段的双程测距信号和双程多普勒信号,地月拉格朗日用户节点、近月空间用户节点和月面用户节点接收信号并做相干处理后,转发至相同或不同的地面UXB服务节点,地面UXB服务节点生成X频段双程测距及双程多普勒观测量;地月拉格朗日用户节点、近月空间用户节点和月面用户节点发射干涉测量信号,VLBI网中两个不同的VLBI网节点形成基线同步接收信号,经相关处理后对应生成地月拉格朗日用户节点、近月空间用户节点和月面用户节点的VLBI时延观测量;其中,当近月空间用户节点和月面用户节点距离小于设定值时,VLBI网中两个不同的VLBI网节点以同一波束在同一时刻接收来自近月空间用户节点和月面用户节点的信号,形成同波束干涉测量观测量;其中,步骤2中多类型服务节点与用户节点间的对应观测方程为:1地面USB服务节点和UXB服务节点在ts时刻发射信号,地月拉格朗日用户节点、近月空间用户节点和月面用户节点在tm时刻接收信号并对应转发至相同或不同的地面USB服务节点和UXB服务节点,地面USB服务节点和UXB服务节点于tr时刻收到信号并记录,由此建立地面USB服务节点和UXB服务节点与地月拉格朗日用户节点、近月空间用户节点和月面用户节点之间的地基双程测距观测方程为:ρtw=cNLTu+NLTd+cRLTu+RLTd+ρts+ρmd其中,ρtw表示地面USB服务节点和UXB服务节点与地月拉格朗日用户节点、近月空间用户节点和月面用户节点之间的地基双程测距观测量,c表示光速,NLTu表示地面服务节点发射信号至用户节点接收信号之间的几何时延,NLTd表示用户节点转发信号时至地面服务节点再次接收信号之间的几何时延,RLTu表示地面服务节点发射信号至用户节点接收信号之间的广义相对论时延,RLTd表示用户节点转发信号时至地面服务节点再次接收信号之间的广义相对论时延,ρts表示太阳系动力学时与UTC时间系统转换引起的等效距离,ρmd表示介质改正距离量,包括地面USB服务节点和UXB服务节点至地月拉格朗日用户节点、近月空间用户节点和月面用户节点间信号传播的电离层改正、对流层改正以及对地面服务节点本身坐标的改正;2地面USB服务节点和UXB服务节点与地月拉格朗日用户节点、近月空间用户节点和月面用户节点在指定的多普勒积分间隔Tc内持续进行双程测距测量,记在多普勒积分的起始时刻tds完成的地基双程测距观测值为ρtwtds,在多普勒积分的结束时刻tde完成的双程测距观测值为ρtwtde;由此建立地面USB服务节点和UXB服务节点与地月拉格朗日用户节点、近月空间用户节点和月面用户节点之间的地基双程多普勒观测方程为: 其中,表示地面USB服务节点和UXB服务节点与地月拉格朗日用户节点、近月空间用户节点和月面用户节点之间的地基双程多普勒观测量;3地月拉格朗日用户节点、近月空间用户节点和月面用户节点在ts时刻发射干涉测量信号,地面两个不同的VLBI网节点分别在tm时刻和tf时刻接收到同一波前信号,经相关处理后,所建立的地月拉格朗日用户节点、近月空间用户节点和月面用户节点与VLBI网节点之间时延的观测方程为:τVLBI=NLTm-NLTf+RLTm-RLTf+τts+τmd其中,两个不同的VLBI网节点中一个为主节点一个为从节点,τVLBI表示地月拉格朗日用户节点、近月空间用户节点和月面用户节点与VLBI网节点之间的VLBI时延观测量,NLTm表示用户节点至VLBI网主节点之间的几何时延,NLTf表示用户节点至VLBI网从节点之间的几何时延,RLTm表示用户节点至VLBI网主节点之间的广义相对论时延,RLTf表示用户节点至VLBI网从节点之间的广义相对论时延,τts表示太阳系动力学时与UTC时间系统转换引起的等效差分时延,τmd表示介质改正相关的差分时延,介质改正包括两个VLBI网节点至地月拉格朗日用户节点、近月空间节点和月面用户节点间信号传播的电离层改正、对流层改正以及对地面服务节点本身坐标的改正;4近月空间用户节点和月面用户节点分别对应在时刻和时刻发射信号,两个不同的VLBI网节点以同一波束在同一时刻接收信号,并分别生成对应用户节点的VLBI时延观测量,由此建立的近月空间用户节点和月面用户节点与VLBI网节点之间的同波束观测方程为: 其中,τSBI表示近月空间用户节点和月面用户节点与VLBI网节点之间的同波束观测量,表示近月空间用户节点与VLBI网节点之间的VLBI时延观测量,表示月面用户节点与VLBI网节点之间的VLBI时延观测量。
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