一种电离层时延监测、定轨系统及相关方法与流程
本申请涉及电离层时延监测，尤其涉及一种电离层时延监测、定轨系统及相关方法。
背景技术：
1、电离层时延在卫星导航定位中，是一项主要的定位误差项，在卫星通信、卫星遥感领域也有着重要的影响。在目前电离层时延监测领域中，普遍使用导航卫星播发的多频测距信号，从中选择两个不同的测距信号进行伪距测量，然后使用双频法计算电离层tec值(电离层总电子数)。
2、国际igs(international gps service，国际gps服务)机构通过地面大量站网，观测双频伪距，计算不同电离层穿刺点的tec值，并形成覆盖全球电离层的数据，供广大用户使用。
3、当前一些通信卫星、遥感卫星为了校正卫星和特定地面站之间的电离层时延，一种方法是直接从igs等第三方机构获得tec值做校正使用；另一种是增加载荷，卫星具有播发双频甚至多频伪距信号，地球站接收此双频信号，再根据电离层计算方法得到tec值。可以看出，目前获得星地电离层时延的方法主要分为两种：从以igs为代表的第三方机构获取；直接双频获得实时电离层时延。
4、当使用igs提供的电离层数据时，用户需要从igs网站下载相应时间段的电离层时延，存在时间滞后，甚至存在无法获取的风险。当使用双频方法获得电离层时延时，卫星需要增加播发多频测距信号的载荷，增加了卫星载荷复杂度，加大了卫星研制成本。
5、上述内容仅用于辅助理解本申请的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
技术实现思路
1、本申请的主要目的在于提供一种电离层时延监测、定轨系统及相关方法，旨在解决现有技术中电离层时延监测实时性差、成本高和时间滞后等问题。
2、为实现上述目的，本申请提供一种电离层时延监测系统，包括通信连接的卫星和监测站；所述卫星基于接收到的第一上行信号向所述监测站转发第一下行信号，并基于接收到的第二上行信号向所述监测站转发第二下行信号，以及基于接收到的第三上行信号向所述监测站转发第三下行信号，其中，所述第一上行信号与所述第一下行信号构成第一转发测距信号，所述第二上行信号与所述第二下行信号构成第二转发测距信号，所述第三上行信号和所述第三下行信号构成第三转发测距信号；所述监测站用于向所述卫星播发所述第一上行信号、所述第二上行信号和所述第三上行信号，接收所述第一下行信号、所述第二下行信号和所述第三下行信号，并同步测量所述第一转发测距信号、所述第二转发测距信号以及所述第三转发测距信号对应得到第一转发测距值、第二转发测距值和第三转发测距值，以及基于所述第一转发测距值、所述第二转发测距值和所述第三转发测距值确定所述的卫星与所述监测站之间测距信号路径上的电离层总电子数和所述卫星与所述监测站之间的星地空间距离。
3、此外，为实现上述目的，本申请还提供一种卫星定轨系统，包括：本申请任意实施例所述的电离层时延监测系统，且监测站的数量大于等于3；其中，各所述监测站分别与所述卫星通信连接，各所述监测站基于自身与所述卫星之间测距信号路径上的电离层总电子数、第一转发测距值、第二转发测距值和所述第三转发测距值确定与所述卫星间的星地空间距离；计算设备，与所述监测站通信连接，所述计算设备用于根据各所述监测站与所述卫星间的星地空间距离和各所述监测站的坐标信息确定所述卫星的轨道参数。
4、此外，为实现上述目的，本申请还提供一种电离层时延监测方法，应用于本申请任意实施例所述的电离层时延监测系统，所述方法由监测站执行，所述方法包括：向卫星播发第一上行信号、第二上行信号和第三上行信号；获取所述卫星基于所述第一上行信号进行转发的第一下行信号、所述卫星基于所述第二上行信号进行转发的第二下行信号和所述卫星基于所述第三上行信号进行转发的第三下行信号；其中，所述第一上行信号与所述第一下行信号构成第一转发测距信号，所述第二上行信号与所述第二下行信号构成第二转发测距信号，所述第三上行信号与所述第三下行信号构成第三转发测距信号；同步测量所述第一转发测距信号、所述第二转发测距信号和所述第三转发测距信号对应得到第一转发测距值、第二转发测距值和第三转发测距值；使用第一转发测距表达式表征所述第一转发测距值，并使用第二转发测距表达式表征所述第二转发测距值，以及使用第三转发测距表达式表征所述第三转发测距值；基于所述第一转发测距表达式表征的第一转发测距值、所述第二转发测距表达式表征的第二转发测距值和所述第三转发测距表达式表征的第三转发测距值确定所述卫星与所述监测站之间测距信号路径上的电离层总电子数和星地空间距离。
5、此外，为实现上述目的，本申请还提供一种卫星定轨方法，应用于本申请任意实施例所述的卫星定轨系统，所述方法由计算设备执行，所述方法包括：基于获取到的监测站的坐标信息、卫星与所述监测站之间的星地空间距离，确定所述卫星的坐标信息，其中，所述卫星与所述监测站间的星地空间距离根据本申请任意实施例所述的电离层时延监测方法进行确定；所述监测站为多个，且各所述监测站之间满足时间同步要求；基于所述卫星的坐标信息确定所述卫星的轨道参数。
6、本申请提供的电离层时延监测方法，监测站通过向卫星播发三路上行信号，卫星对三路上行信号分别向监测站转发三路下行信号，从而监测站可以对第一转发测距信号进行测量而得到第一转发测距值，对第二转发测距信号进行测量而得到第二转发测距值，并对第三转发测距信号进行测量而得到第三转发测距值；监测站进一步通过第一转发测距表达式来表征第一转发测距值，通过第二转发测距表达式来表征第二转发测距值以及通过第三转发测距表达式来表征第三转发测距值，从而通过三个转发测距表达式表征的三个转发测距值可以计算出监测站与卫星之间测距信号路径上的电离层总电子数，进一步可以根据该测距信号路径上的电离层总电子数分别计算出三路上行信号的电离层时延以及三路下行信号的电离层时延，监测站在得到上述电离层时延后，可以进一步利用三个转发测距值计算出监测站与卫星之间的星地空间距离。
7、可以看出，本申请实施例提供的电离层时延监测方法，仅需转发测距值即可准确计算出电离层总电子数和星地空间距离，具有完全自主可控的特点，监测站可在任意时间向卫星发送上行信号而基于上述方法计算出实时的电离层总电子数和星地空间距离，具有实时性强、监测结果准确等优点，并且基于本申请实施例方法使用星载转发器替代星载伪距信号播发设备，可以简化卫星的结构，降低整个系统的硬件成本和使用成本，并且本申请实施例中，监测站可以使用定向天线从而可以进一步克服多径效应误差。
技术特征：
1.一种电离层时延监测系统，其特征在于，包括通信连接的卫星和监测站；
2.根据权利要求1所述的电离层时延监测系统，其特征在于，所述第一上行信号的载波频率、所述第一下行信号的载波频率、所述第二上行信号的载波频率、所述第二下行信号的载波频率、所述第三上行信号的载波频率以及所述第三下行信号的载波频率互不相同或者部分相同。
3.根据权利要求1所述的电离层时延监测系统，其特征在于，所述第一上行信号的载波频率、所述第一下行信号的载波频率、所述第二上行信号的载波频率、所述第二下行信号的载波频率、所述第三上行信号的载波频率以及所述第三下行信号的载波频率在时间轴上按照预设跳频图案进行跳频。
4.根据权利要求1所述的电离层时延监测系统，其特征在于，
5.根据权利要求4所述的电离层时延监测系统，其特征在于，所述转发器有转发时延，所述监测站的转发测距设备有发射时延和接收时延；
6.根据权利要求4所述的电离层时延监测系统，其特征在于，所述监测站包括至少一个所述转发测距设备；
7.根据权利要求6所述的电离层时延监测系统，其特征在于，三个所述转发测距设备使用同一时钟系统。
8.根据权利要求6所述的电离层时延监测系统，其特征在于，所述监测站按照预设时间间隔同步测量所述第一转发测距信号、所述第二转发测距信号和所述第三转发测距信号，得到所述第一转发测距值、所述第二转发测距值和所述第三转发测距值。
9.根据权利要求1所述的电离层时延监测系统，其特征在于，所述系统还包括：
10.根据权利要求9所述的电离层时延监测系统，其特征在于，所述中心站与所述卫星之间具有主馈电链路，所述监测站与所述卫星之间具有从馈电链路；
11.一种卫星定轨系统，其特征在于，包括：
12.根据权利要求11所述的卫星定轨系统，其特征在于，所述计算设备集成设置于所述监测站；
13.一种电离层时延监测方法，其特征在于，应用于权利要求1-10任一项所述的电离层时延监测系统，所述方法由监测站执行，所述方法包括：
14.根据权利要求13所述的电离层时延监测方法，其特征在于，所述使用第一转发测距表达式表征所述第一转发测距值，包括：
15.根据权利要求13所述的电离层时延监测方法，其特征在于，基于所述第一转发测距表达式表征的第一转发测距值、所述第二转发测距表达式表征的第二转发测距值和所述第三转发测距表达式表征的第三转发测距值确定所述卫星与所述监测站之间测距信号路径上的电离层总电子数和星地空间距离，包括：
16.根据权利要求15所述的电离层时延监测方法，其特征在于，所述利用所述第一转发测距表达式表征的第一转发测距值和所述第二转发测距表达式表征的第二转发测距值，确定中间转发测距表达式表征的中间转发测距值，包括：
17.根据权利要求13所述的电离层时延监测方法，其特征在于，在确定出监测站与卫星之间测距信号路径上的电离层总电子数之后，所述方法还包括：
18.根据权利要求15所述的电离层时延监测方法，其特征在于，所述基于所述电离层总电子数确定所述卫星与所述监测站之间的星地空间距离，包括：
19.根据权利要求18所述的电离层时延监测方法，其特征在于，所述基于所述电离层总电子数、预设的电离层时延系数以及三个所述转发测距信号中各信号的载波频率分别确定三个所述转发测距信号中各信号的电离层时延，包括：
20.一种卫星定轨方法，其特征在于，应用于权利要求11或12所述的卫星定轨系统，所述方法由计算设备执行，所述方法包括：
技术总结
本申请公开了一种电离层时延监测、定轨系统及相关方法，属于电离层时延监测技术领域，该电离层时延监测、定轨系统包括通信连接的卫星和监测站；卫星基于接收到的第一上行信号向监测站转发第一下行信号，基于接收到的第二上行信号向监测站转发第二下行信号和基于接收到的第三上行信号向监测站转发第三下行信号，监测站向卫星播发第一上行信号、第二上行信号和第三上行信号，接收第一下行信号、第二下行信号和第三下行信号，基于第一转发测距值、第二转发测距值和第三转发测距值确定所述的卫星与监测站之间测距信号路径上的电离层总电子数和卫星与监测站之间的星地空间距离。本申请提供的电离层时延监测方法，具有实时性高、监测结果准确等优点。
技术研发人员：冯新岗
受保护的技术使用者：陕西晶格时空航天技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23