一种低轨卫星移动通信系统中的终端定位方法及装置.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110557191A(43)申请公布日2019.12.10(21)申请号201910836185.2(22)申请日2019.09.05(71)申请人东南大学地址211189江苏省南京市江宁区东南大学路2号(72)发明人朱峰巴特尔张艳秋王义成张源高西奇(74)专利代理机构南京苏高专利商标事务所(普通合伙)32204代理人孟红梅(51)Int.Cl.H04B7/185(2006.01)G01S19/46(2010.01)权利要求书2页说明书7页附图2页(54)发明名称一种低轨卫星移动通信系统中的终端定位方法及装置(57)摘要本发明公开了一种低轨卫星移动通信系统中的终端定位方法及装置，该方法包括：地面终端对卫星发送的下行同步信号和下行广播信道分别进行定时同步检测和广播信道检测，获取各个时刻的同步峰值信噪比和相邻时刻的伪距差，以及各个时刻卫星的坐标，利用数据聚类方法对测量结果进行分类，剔除非视距数据后利用一阶泰勒展开迭代方法计算出地面终端坐标。本发明利用单颗低轨卫星下行同步检测和无监督学习方法对地面终端进行定位，实现了卫星移动通信与卫星定位的结合，使得地面终端位置信息获取不再依赖于其它卫星导航系统，并且避免了额外的测距资源开销。同时，剔除非视距测量数据可以有效降低误差影响，提高终端定位精度，具有较高的实用价值。CN110557191ACN110557191A权利要求书1/2页1.一种低轨卫星移动通信系统中的终端定位方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：(1)地面终端对卫星发送的下行同步信号和下行广播信道分别进行定时同步检测和广播信道检测；(2)地面终端根据定时同步检测结果得到各个时刻的同步峰值信噪比，和相邻时刻伪距差，并根据下行广播信道检测结果得到各个时刻的卫星坐标；(3)将峰值信噪比和伪距差组成特征向量，利用无监督学习中的数据聚类方法对测量结果进行分类；(4)剔除非视距测量数据后，利用视距测量数据重新计算相邻时刻的伪距差；(5)根据多个视距测量数据，联立伪距差方程，迭代计算地面终端的位置坐标。2.根据权利要求1所述的一种低轨卫星移动通信系统中的终端定位方法，其特征在于，利用单颗低轨卫星周期性地传输下行同步信号和下行广播信道，下行广播信道中包括下行波束中心点坐标，以及卫星坐标或卫星轨道参数信息。3.根据权利要求1所述的一种低轨卫星移动通信系统中的终端定位方法，其特征在于，所述地面终端以固定时间间隔进行多次下行同步检测和下行广播信道检测，包含视距以及非视距环境下的测量结果。4.根据权利要求1所述的一种低轨卫星移动通信系统中的终端定位方法，其特征在于，所述步骤(2)中相邻两次测量时刻的伪距差为Δρi＝Δτi·Ts·c，其中，i＝1,2,…,N-1，和分别为第i和i+1次测量的定时同步检测位置，N为测量次数，Ts是地面终端接收信号的采样时间间隔，c是光速。5.根据权利要求1所述的一种低轨卫星移动通信系统中的终端定位方法，其特征在于，所述步骤(2)中如果下行广播信道中包括卫星坐标，则地面终端直接通过检测下行广播信道得到卫星在各时刻的坐标；如果下行广播信道中包括卫星轨道参数信息，则地面终端通过检测下行广播信道中的卫星轨道参数计算得到各时刻的卫星坐标。6.根据权利要求1所述的一种低轨卫星移动通信系统中的终端定位方法，其特征在于，所述步骤(3)中数据聚类过程如下：首先根据步骤(1)和步骤(2)的测量数据得到一组样本集；随后根据样本特征判断样本集可分为几类；如果样本只有一类，则所有样本均为视距测量数据；如果样本可分为两类，则样本包含视距和非视距测量数据，并将所有样本根据样本特征归入相应的类。7.根据权利要求6所述的一种低轨卫星移动通信系统中的终端定位方法，其特征在于，所述步骤(4)和(5)中根据步骤(3)的数据分类结果，如果只有视距测量数据，则利用所有数据进行终端坐标定位；如果测量数据包含视距和非视距两类，则剔除非视距测量数据，只利用剩余视距测量数据进行终端坐标定位。8.根据权利要求1所述的一种低轨卫星移动通信系统中的终端定位方法，其特征在于，所述步骤(5)中伪距差方程表示为：2CN110557191A权利要求书2/2页其中，(xi,yi,zi)和(xi+1,yi+1,zi+1)分别为第i和i+1个视距观察时刻的卫星坐标，ΔρLOS,i为第i和i+1个视距观察时刻的伪距差值，(x,y,z)为地面终端坐标，(xini,yini,zini)为地面终端初始位置，ni为伪距差误差。9.根据权利要求8所述的一种低轨卫星移动通信系统中的终端定位方法，其特征在于，采用迭代方法计算地面终端坐标，并利用下行波束中心点的坐标，作为迭代过程中地面终端位置的初始值。10.一种低轨卫星移动通信系统中