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北斗指路,月球上GNSS系统进行定位、导航

文章出处:责任编辑:人气:-发表时间:2023-01-29 15:07【

  随着互联网、信息和通信技术的快速发展,GNSS以前所未有的速度影响和改变我们的生活方式。GNSS该系统不仅可以为地面用户提供导航服务,还可以覆盖距离地面3万英镑km地球低轨卫星、国际空间站国际空间站和宇航员GNSS实现高精度、可靠的定位和导航。

  那么,GNSS该系统如何为更高轨道和月球上的用户提供定位导航支持?首先,让我们了解使用情况GNSS定位元素:

  用户接收器可以收到4颗以上导航卫星的信号,可以从信号中测量接收器与导航卫星之间的伪距离,可以在每个信号上解调导航电文数据码,获取导航卫星的轨道信息。

  用户离地球越远,离地球越远GNSS卫星距离越大,信号传输距离越大,信号越弱。而GNSS卫星发射天线的侧瓣信号弱于主瓣信号。因此,对于GNSS对于星座以外的用户来说,信号接收难度大大GNSS卫星数量大幅减少。考虑地月距(约3.8万万km),月面目标接收GNSS信号强度只能达到地面用户的1/1000。

  远离导航卫星的用户不仅会产生上述问题,还会影响定位精度。定位精度取决于导航卫星相对于用户的空间几何分布。位置精度因子通常使用(PDOP)表示定位精度。在几何方面,当可见导航卫星均匀分布在用户周围时,几何分布更好,相应PDOP值小,定位精度高;相反,当可见导航卫星集中在一个地方或排列在直线上时,几何分布差,相应的PDOP值大,定位精度低。

  在定量方面,假设每颗可见导航卫星与用户之间的单位距离,那么由每颗导航卫星和用户连接组成的锥体的体积和相应的PDOP值成反比。对于地面和3000km以下用户,良好的定位结果一般对应PDOP值约的单点定位精度约为3米。地球静止轨道卫星(高度约为3.6万km),PDOP相应的单点定位精度达到10米左右。

  随着用户轨道的改进,它与GNSS卫星间距离较远,导致可见导航卫星几何分布差,位置精度因子急剧增加。对于月度目标,PDOP值可的单点定位精度可能会恶化到数百或千米的量级。

  可以从两个方面改进上述月球目标导航面临的信号弱、测量几何差的问题:

  GNSS接收机配备了更多的接收天线,特别是高增益接收天线,尽可能提高接收信号的强度,实现弱信号捕获跟踪,可以增加可见导航卫星的数量,并在一定程度上改善PDOP值。GNSS接收器配备更稳定的钟,实现增强的导航滤波算法和钟差模型,使接收器能够向外推轨道动力学和钟差模型,解决某些时刻不到4颗星和PDOP价值恶化带来的无法定位问题。

  此外,我们还应月度目标的定位导航GNSS系统覆盖问题。由于天文学中的潮汐锁定现象,月球绕地球的周期等于自转周期(均为27.5天),月球的一面只能从地球上看到。事实上,由于月球的平衡,我们可以看到50%以上的月球,但59%,包括南北极地区。那么,GNSS该系统可以覆盖月球的正面和极端区域,但不能为月球背面的目标提供服务,如嫦娥四号探测器。


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