[其他]利用衛(wèi)星和存貯的地形圖定位和傳輸消息的系統(tǒng)

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 85107029
• 申請(qǐng)日: 1985-09-20
• 公開（公告）號(hào): CN85107029A
• 公開（公告）日: 1987-04-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吉拉德·基欽·奧·內(nèi)爾;萊斯利·O·斯尼維利
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 喬斯塔公司
• 主分類號(hào): G01S5/08
• 分類號(hào): G01S5/08;G01C21/00;G01C5/00
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專利代理部
• 代理人: 楊曉光

本發(fā)明涉及無線電定位和通信系統(tǒng)，尤其涉及利用處于已知位置的人造衛(wèi)星作為測(cè)距和傳輸消息信號(hào)的中繼站的無線電定位和消息傳輸系統(tǒng)。

本發(fā)明是對(duì)第4、359、733號(hào)美國專利中（1982年11月16日頒布給G·K·奧尼爾（G·K·ONeill）所描述的依靠衛(wèi)星的定位系統(tǒng)的改進(jìn)或修改。在這個(gè)系統(tǒng)中，使用者的運(yùn)載工具上裝有應(yīng)答機(jī)用來響應(yīng)接收到的普通詢問信號(hào)并發(fā)射一個(gè)特殊編碼信標(biāo)或應(yīng)答信號(hào)。帶有轉(zhuǎn)發(fā)器的三顆衛(wèi)星處于地球上方軌道中有間隔的位置上接收和轉(zhuǎn)發(fā)來自使用者運(yùn)載工具上的應(yīng)簽機(jī)產(chǎn)生的應(yīng)答信號(hào)。地面站周期地發(fā)射普通的詢問信號(hào)，并接收和處理三顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)的應(yīng)答信號(hào)，以便確定使用者的運(yùn)載工具的瞬時(shí)位置。

為了避免地面站上信號(hào)重迭和設(shè)備飽和，第4、359、733號(hào)美美國專利中每一運(yùn)載工具上的應(yīng)答機(jī)都包括這樣的裝置，它根據(jù)普通詢問信號(hào)在應(yīng)答機(jī)響應(yīng)第一個(gè)普通詢問信號(hào)之后的一般預(yù)定時(shí)間間隔內(nèi)阻止應(yīng)答機(jī)響應(yīng)后續(xù)的普通詢問信號(hào)。這就避免了對(duì)各個(gè)應(yīng)答機(jī)單獨(dú)定地址，時(shí)隙的定時(shí)詢問，復(fù)合頻率和各種各樣以前被認(rèn)為是減少接收站信號(hào)迭加所需要的其它復(fù)雜技術(shù)。此外，由于可以改變阻止時(shí)間間隔，對(duì)于不同的使用者或同一使用者在不同的需要時(shí)間內(nèi)可以修正響應(yīng)速率，而無需改變地面站的實(shí)際詢問速率。

美國專利第4、359、733中描述的系統(tǒng)根據(jù)由三顆衛(wèi)星發(fā)來的應(yīng)答信號(hào)的到達(dá)時(shí)間確定使用者的位置，到達(dá)時(shí)間是根據(jù)來自地面站的詢問信號(hào)的已知發(fā)射時(shí)間測(cè)出的。三個(gè)時(shí)間差為三個(gè)方程的方程組提供必需的未知數(shù)，解這個(gè)方程組可求出使用者的三維位置。當(dāng)使用者的運(yùn)載工具包括飛機(jī)時(shí)，這種方法特別適用，因?yàn)榭梢灾苯訌慕?jīng)度與緯度一一起確定飛機(jī)的高度，而無需依靠飛機(jī)的高度表。相比之下，地面上的雷達(dá)系統(tǒng)只能很粗略地確定飛機(jī)的高度，如果要獲得精確的高度信息必須依靠機(jī)載的編碼高度表。

雖然從提供完整的三維位置信息的角度來說，三顆衛(wèi)星構(gòu)成的系統(tǒng)是合乎需要的，但在軌道上置放三顆衛(wèi)星并維護(hù)它們所需的費(fèi)用是巨大的，這就使人們開始考慮是否可以用更少的衛(wèi)星完成上述任務(wù)。例如，兩顆衛(wèi)星的系統(tǒng)可以節(jié)省一顆衛(wèi)星的費(fèi)用并且也能夠在一顆衛(wèi)星發(fā)生故障時(shí)起三顆衛(wèi)星系統(tǒng)的子系統(tǒng)的功能。雖然在先有技術(shù)中已經(jīng)提出了利用兩顆衛(wèi)星的定位系統(tǒng)，但這些系統(tǒng)一般都要依靠運(yùn)載工具上的設(shè)備提供一個(gè)位置座標(biāo)。例如：在飛機(jī)的情況下，高度座標(biāo)可由高度表提供，它與由衛(wèi)星獲得的位置信息一起構(gòu)成完整的位置座標(biāo)。遺憾的是，這種計(jì)算位置的方法在很大程度上取決于高度表的精度，而高度表的精度又反過來受氣壓變化，調(diào)節(jié)是否適當(dāng)以及其它因素的影響。

在地面的使用者的情況下，例如：汽車，火車，船舶和步行者，由于不需要計(jì)算高度座標(biāo)，情況多少可以簡(jiǎn)化一些。如果從地球是純球形，或更確切地說是橢球形的這一假設(shè)出發(fā)，對(duì)這類使用者來說，兩衛(wèi)星系統(tǒng)可以提供近似的二維座標(biāo)（即：經(jīng)度和緯度）。雖然在只希望獲得近似位置座標(biāo)時(shí)，這種假設(shè)是有效的，但對(duì)精確的位置測(cè)量就不適用了，因?yàn)橛锌紤]當(dāng)?shù)氐牡匦翁卣鳌５厍虮砻娓鞯氐牡匦胃叨瓤梢韵嗖顢?shù)千英尺，這種差別會(huì)給地面使用者的水平位置計(jì)算帶來相當(dāng)大的誤差。

本發(fā)明提供了一種依靠衛(wèi)星定位和傳輸信息的方法，它利用兩顆衛(wèi)星和一張存貯的地形圖，來產(chǎn)生高精度的位置信息。此系統(tǒng)特別適合于地面使用者，但在某些情況下也可用于非地面使用者。

根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)包括一臺(tái)使用者攜帶的無線電收發(fā)信機(jī)，用于接收詢問信號(hào)并根據(jù)此詢問信號(hào)發(fā)射應(yīng)答信號(hào);兩顆處于地球上方軌道中有間隔的位置上的衛(wèi)星，每顆衛(wèi)星都帶有轉(zhuǎn)發(fā)器，用于接收和轉(zhuǎn)發(fā)使用者攜帶的無線電收發(fā)信機(jī)發(fā)射的應(yīng)答信號(hào);以及一個(gè)地面站，它周期地發(fā)射詢問信號(hào)，并接收和處理兩顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)的應(yīng)答信號(hào)。地面站的設(shè)備可根據(jù)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)的應(yīng)答信號(hào)到達(dá)地面站的時(shí)間，從地面站發(fā)射的詢問信號(hào)的發(fā)射時(shí)間，以及使用者在地球表面的高度來計(jì)算使用者的位置。地球表面的高度是從存貯的地形圖中得出的，此地形圖提供地球表面上本地區(qū)許多點(diǎn)上的地形高度。借助存貯的地形圖，可以為地面使用者提供精確的位置座標(biāo)，而無需考慮當(dāng)?shù)氐匦闻c地球的球面或橢園球面間的偏差。

當(dāng)與一臺(tái)或多臺(tái)處于已知位置的“基準(zhǔn)點(diǎn)”無線電收發(fā)信機(jī)一起使用時(shí)，本發(fā)明的系統(tǒng)特別有效。這些無線電收發(fā)信機(jī)可用來產(chǎn)生存貯在地面站的地形圖數(shù)據(jù)，并周期地校準(zhǔn)此系統(tǒng)以補(bǔ)償衛(wèi)星漂移，變化的電離層滯后等。

除了為地面使用者提供準(zhǔn)確的位置信息以外，本發(fā)明也可為著陸飛機(jī)提供精確的進(jìn)場(chǎng)能力。

參照附圖閱讀下列詳細(xì)說明會(huì)很容易地領(lǐng)會(huì)本發(fā)明的各種目的，優(yōu)點(diǎn)和新穎性。