專利名稱：基于分布式時鐘的多邊定位系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種定位系統(tǒng)，具體來說是一種基于原子鐘同步技術(shù)的分布式多邊定位系統(tǒng)，更進(jìn)一步地，涉及一種機(jī)場對空間飛行器的多邊定位系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前機(jī)場空管系統(tǒng)雷達(dá)監(jiān)視設(shè)備主要有PSR(Primary Surveillance Radar, 一次監(jiān)視雷達(dá))、SSR (Secondary Surveillance Radar, 二次監(jiān)視雷達(dá))等。PSR通過主動發(fā)射電磁波并接收檢測回波來探測目標(biāo)，僅可獲得目標(biāo)距離和方位信息，無航空器識別能力，覆 蓋范圍小，建設(shè)和運行維護(hù)成本高，地面站建設(shè)受地形限制；SSR應(yīng)用航空器應(yīng)答機(jī)發(fā)射的應(yīng)答信號可獲得比PSR更多的監(jiān)視目標(biāo)信息，但建設(shè)和運行維護(hù)成本同樣偏高，數(shù)據(jù)更新率較低，其地面站建設(shè)亦受地形限制。這些傳統(tǒng)的空管雷達(dá)監(jiān)視系統(tǒng)普遍具有成本高、定位精度低及架設(shè)困難的缺點，因此，亟需尋求一種成本低、定位精度高、易于架設(shè)的新型空管監(jiān)視系統(tǒng)，以適應(yīng)我國航空運輸業(yè)的高速發(fā)展?；诜植际綍r鐘的多邊定位系統(tǒng)，通過布置在機(jī)場附近的多個傳感器(遠(yuǎn)端單元)捕獲飛機(jī)(車輛)的應(yīng)答信號，測量該信號到達(dá)各傳感器(遠(yuǎn)端單元)的時間，并在中心站利用多站信號時差定位技術(shù)，對目標(biāo)進(jìn)行精確定位，從而實現(xiàn)對機(jī)場場面飛機(jī)(車輛)目標(biāo)及過航飛機(jī)的探測和跟蹤監(jiān)視，以提供機(jī)場地面及附近空域中各目標(biāo)的位置，為機(jī)場管理提供安全和技術(shù)保障。

實用新型內(nèi)容本實用新型正是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種基于分布式時鐘的多邊定位系統(tǒng)。為解決上述問題，本實用新型所采取的技術(shù)方案如下一種基于分布式時鐘的多邊定位系統(tǒng)，包括一個中心站和至少四個接收站，所述中心站和每個接收站均有一個以原子鐘為核心的時鐘基準(zhǔn)；所述中心站根據(jù)不同接收站的信號到達(dá)時間差計算出被定位目標(biāo)的精確位置；所述接收站分布在目標(biāo)場地上不同的位置，各個接收站相互獨立，并且每個接收站帶有用于接收目標(biāo)發(fā)出的應(yīng)答信號并記錄到達(dá)時刻的傳感器；所述接收站通過光纖鏈路和中心站進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。所述原子鐘為銣原子鐘、銫原子鐘、氫原子鐘中的一種。所述接收站包括天線、接收機(jī)、信號處理接收站分機(jī)、時鐘插件、接收站監(jiān)控插件和發(fā)射光端機(jī)；天線接收到信號傳給接收機(jī)，接收機(jī)進(jìn)行信號處理后轉(zhuǎn)成光纖信號傳送給信號處理接收站分機(jī)；信號處理接收站分機(jī)對各應(yīng)答信號進(jìn)行解碼和到達(dá)時間測量，其測時的時間標(biāo)尺由分布式時鐘插件提供，信號處理接收站分機(jī)將應(yīng)答信號的解碼和測時結(jié)果通過發(fā)射光端機(jī)傳送給中心站；接收站監(jiān)控插件監(jiān)控接收站所有設(shè)備的工作狀態(tài)并送給中心站，同時傳遞系統(tǒng)控制信息。所述中心站包括接收光端機(jī)、信號處理主站分機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)時鐘插件、終端顯示分機(jī)、中心站監(jiān)控插件；接收光端機(jī)接收由發(fā)射光端機(jī)傳送過來的數(shù)據(jù)，并直接送給信號處理主站分機(jī)；信號處理主站分機(jī)對接收站處理數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配和組建求解時間差方程組，最終獲得目標(biāo)的高精度位置信息；標(biāo)準(zhǔn)時鐘插件通過光纖鏈路對所有時鐘插件雙向主動校準(zhǔn)；終端顯示分機(jī)將目標(biāo)位置信息顯示于大屏幕液晶屏幕上；中心站監(jiān)控插件對中心站運行狀況進(jìn)行監(jiān)控，同時中心站監(jiān)控插件將中心站運行狀況在終端顯示分機(jī)進(jìn)行顯示。所述多邊定位系統(tǒng)還包括至少一個用于提高目標(biāo)定位精度的校標(biāo)站。本實用新型的有益效果是本實用新型所述的基于分布式時鐘的多邊定位系統(tǒng)，采用先進(jìn)的時差定位技術(shù)，其場面定位精度優(yōu)于lm，三維定位精度優(yōu)于5m，可滿足大中型復(fù)雜機(jī)場的場面監(jiān)視需求。該系統(tǒng)建設(shè)與使用成本較低，定位精度高，數(shù)據(jù)更新率高，且易于架設(shè)，可廣泛使用在空管雷達(dá)監(jiān)視領(lǐng)域。

圖I為本實用新型所述基于分布式時鐘的多邊定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型所述定位系統(tǒng)接收站結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實用新型所述定位系統(tǒng)中心站結(jié)構(gòu)不意圖；圖4為基于分布式時鐘的多邊定位系統(tǒng)校正原理不意圖。圖中10—中心站、11一接收光端機(jī)、12—信號處理主站分機(jī)、13—標(biāo)準(zhǔn)時鐘插件、14 一終端顯示分機(jī)、15—中心站監(jiān)控插件、20—接收站、21—天線、22—接收機(jī)、23—信號處理接收站分機(jī)、24—時鐘插件、25—接收站監(jiān)控插件、26—發(fā)射光端機(jī)、30—校標(biāo)站。
具體實施方式
下面將結(jié)合具體的實施例來說明本實用新型的內(nèi)容。如圖I所示，為本實用新型所述基于分布式時鐘的多邊定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。本實用新型所述定位系統(tǒng)包括一個中心站10和至少四個接收站20。中心站10和每個接收站20均有一個以原子鐘為核心的高精度時鐘基準(zhǔn)。接收站20分布在目標(biāo)場地上不同的位置，各個接收站20相互獨立，并且每個接收站20帶有傳感器，用于接收民航飛機(jī)或機(jī)場車輛發(fā)出的應(yīng)答信號并記錄到達(dá)時刻。接收站20通過光纖鏈路和中心站10進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，中心站10根據(jù)不同接收站20的信號到達(dá)時間差計算出被定位目標(biāo)的精確位置。如圖2所示，為本實用新型所述定位系統(tǒng)接收站20結(jié)構(gòu)示意圖。接收站20包括天線21、接收機(jī)22、信號處理接收站分機(jī)23、時鐘插件24、接收站監(jiān)控插件25和發(fā)射光端機(jī)26。天線21帶有饋線，用于增強(qiáng)接收信號。天線21接收到機(jī)載二次雷達(dá)應(yīng)答射頻信號并傳給接收機(jī)22，由接收機(jī)22進(jìn)行信號放大、混頻、檢波后由AD模塊轉(zhuǎn)成光纖信號傳送給信號處理接收站分機(jī)23。信號處理接收站分機(jī)23對各應(yīng)答信號進(jìn)行解碼和到達(dá)時間測量，其測時的時間標(biāo)尺由分布式時鐘插件24提供，信號處理接收站分機(jī)23將應(yīng)答信號的解碼和測時結(jié)果，通過發(fā)射光端機(jī)26傳送給中心站10。接收站監(jiān)控插件25用于監(jiān)控整個接收站20所有設(shè)備的工作狀態(tài)并送給中心站10，接收站監(jiān)控插件25同時還具有傳遞系統(tǒng)控制信息的功能。如圖3所不，為本實用新型所述定位系統(tǒng)中心站10結(jié)構(gòu)不意圖。中心站10包括接收光端機(jī)11、信號處理主站分機(jī)12、標(biāo)準(zhǔn)時鐘插件13、終端顯示分機(jī)14、中心站監(jiān)控插件15。接收光端機(jī)11接收由發(fā)射光端機(jī)26傳送過來的數(shù)據(jù)，并直接送給信號處理主站分機(jī)12。信號處理主站分機(jī)12對接收站20處理數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配和組建求解時間差方程組，最終獲得目標(biāo)的高精度位置信息。終端顯示分機(jī)14將目標(biāo)位置信息顯示于大屏幕液晶屏幕上。中心站監(jiān)控插件15對整個中心站10運行狀況進(jìn)行監(jiān)控，同時中心站監(jiān)控插件15將中心站10運行狀況在終端顯示分機(jī)14進(jìn)行顯示。在終端顯示分機(jī)14上還可以對整個系統(tǒng)進(jìn)行控制操作。以原子鐘為核心的高精度時鐘基準(zhǔn)——標(biāo)準(zhǔn)時鐘插件13為全系統(tǒng)提供高精度的時鐘基準(zhǔn)，也是系統(tǒng)可獲得聞精度目標(biāo)定位的關(guān)鍵。在標(biāo)準(zhǔn)時鐘插件13和所有時鐘插件24中安裝原子鐘，這些原子鐘包括銣原子鐘、銫原子鐘、氫原子鐘中的任意一種。如在標(biāo)準(zhǔn)時鐘插件13配備有高穩(wěn)定的銣原子鐘，在其5X10_n的準(zhǔn)確度的高穩(wěn)定性基礎(chǔ)上，通過光纖 鏈路進(jìn)行雙向主動校準(zhǔn)，對多個時鐘插件24進(jìn)行校準(zhǔn)后，可實現(xiàn)滿足系統(tǒng)指標(biāo)要求的納秒級時鐘同步精度。本實用新型所述定位系統(tǒng)還包括至少一個校標(biāo)站30，以提高目標(biāo)定位精度?；诜植际綍r鐘的多邊定位系統(tǒng)采用時差定位算法，解算出目標(biāo)的精確位置，以校標(biāo)站30時間數(shù)據(jù)來校正目標(biāo)測時數(shù)據(jù)中蘊(yùn)含的接收站本地時鐘誤差，即校標(biāo)站30的位置已知并固定，校標(biāo)站30發(fā)射的信號到達(dá)各接收站20的理論時間可以精確計算出，由該時間數(shù)據(jù)修正實際測量的校標(biāo)站30信號到達(dá)各接收站20的時間，這樣可進(jìn)一步提高目標(biāo)時差數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度，從而進(jìn)一步提高目標(biāo)的定位精度。如圖4所示，為基于分布式時鐘的多邊定位系統(tǒng)校正原理示意圖。圖4是以校標(biāo)站30和兩個接收站RSI、RS2為例，校標(biāo)站30的位置為已知。具體的校正工作流程如下由差分GPS精確測量出校標(biāo)站30和接收站RS1、RS2的位置，從而可計算出校標(biāo)站30與各接收站RS1、RS2的物理距離Clpd2，則可獲得校標(biāo)站30信號到接收站RSl和接收站RS2的時差A(yù)t1為
Ai1 = (4 - ci2) / c上式中c代表光速。而系統(tǒng)在測量目標(biāo)信號到達(dá)個接收站RSI、RS2的時間時，同樣測量了校標(biāo)站30到各接收站RS1、RS2的時間。設(shè)此時實測的校標(biāo)站30到接收站RSl和接收站RS2的時間差為At' 1，可獲得系統(tǒng)測時誤差A(yù)t為
Kt = Kil-Ktl利用上式所獲得的測試誤差值，可修正系統(tǒng)實際測量得到的目標(biāo)信號到達(dá)接收站RSl和接收站RS2的時間差。同理，可完成全系統(tǒng)目標(biāo)到達(dá)時間差誤差修正。通過上述系統(tǒng)架構(gòu)，本實用新型所述基于分布式時鐘的多邊定位系統(tǒng)，可精確測得目標(biāo)應(yīng)答信號到達(dá)各接收站的時間，通過建立各站間不同到達(dá)時間的時間差方程組，在中心站10對時間差方程組進(jìn)行解算，從而獲得目標(biāo)的精確位置。由于系統(tǒng)的分布式時鐘采用了高穩(wěn)定度的銣原子鐘，雙向主動校準(zhǔn)技術(shù)使得全系統(tǒng)時鐘同步精度優(yōu)于1ns，在實時校正技術(shù)進(jìn)一步修正測時誤差后，系統(tǒng)對目標(biāo)到達(dá)時間的測量精度優(yōu)于2ns，因此，系統(tǒng)獲得了場面定位精度優(yōu)于lm、三維定位精度優(yōu)于5m的良好結(jié)果，可滿足系統(tǒng)對大中型復(fù)雜機(jī)場的場面監(jiān)視需求。以上所述僅是本實用新型的實施示例，不應(yīng)以此限定本實用新型的權(quán)利范圍，基于本實用新型原理上的任何系統(tǒng)重構(gòu)、功能擴(kuò)展、性能 提升等改進(jìn)和改動也應(yīng)視為本實用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.基于分布式時鐘的多邊定位系統(tǒng)，其特征在于，包括一個中心站(10)和至少四個接收站(20)，所述中心站(10)和每個接收站(20)均有一個以原子鐘為核心的時鐘基準(zhǔn)；所述中心站(10)根據(jù)不同接收站(20)的信號到達(dá)時間差計算出被定位目標(biāo)的精確位置；所述接收站(20)分布在目標(biāo)場地上不同的位置，各個接收站(20)相互獨立，并且每個接收站(20)帶有用于接收目標(biāo)發(fā)出的應(yīng)答信號并記錄到達(dá)時刻的傳感器；所述接收站(20)通過光纖鏈路和中心站(10)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。
2.如權(quán)利要求I所述的基于分布式時鐘的多邊定位系統(tǒng)，其特征在于，所述原子鐘為銣原子鐘、銫原子鐘、氫原子鐘中的一種。
3.如權(quán)利要求I所述的基于分布式時鐘的多邊定位系統(tǒng)，其特征在于，所述接收站(20)包括天線(21)、接收機(jī)(22)、信號處理接收站分機(jī)(23)、時鐘插件(24)、接收站監(jiān)控插件(25)和發(fā)射光端機(jī)(26);天線(21)接收到信號傳給接收機(jī)(22)，接收機(jī)(22)進(jìn)行信號處理后轉(zhuǎn)成光纖信號傳送給信號處理接收站分機(jī)(23 );信號處理接收站分機(jī)(23 )對各應(yīng)答信號進(jìn)行解碼和到達(dá)時間測量，其測時的時間標(biāo)尺由分布式時鐘插件(24)提供，信號處理接收站分機(jī)(23)將應(yīng)答信號的解碼和測時結(jié)果通過發(fā)射光端機(jī)(26)傳送給中心站(10)；接收站監(jiān)控插件(25)監(jiān)控接收站(20)所有設(shè)備的工作狀態(tài)并送給中心站(10)，同時傳遞系統(tǒng)控制信息。
4.如權(quán)利要求I所述的基于分布式時鐘的多邊定位系統(tǒng)，其特征在于，所述中心站(10)包括接收光端機(jī)(11)、信號處理主站分機(jī)(12)、標(biāo)準(zhǔn)時鐘插件(13)、終端顯示分機(jī)(14)、中心站監(jiān)控插件(15);接收光端機(jī)(11)接收由發(fā)射光端機(jī)(26)傳送過來的數(shù)據(jù)，并直接送給信號處理主站分機(jī)(12);信號處理主站分機(jī)(12)對接收站(20)處理數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配和組建求解時間差方程組，最終獲得目標(biāo)的高精度位置信息；標(biāo)準(zhǔn)時鐘插件(13)通過光纖鏈路對所有時鐘插件(24)雙向主動校準(zhǔn)；終端顯示分機(jī)(14)將目標(biāo)位置信息顯示于大屏幕液晶屏幕上；中心站監(jiān)控插件(15)對中心站(10)運行狀況進(jìn)行監(jiān)控，同時中心站監(jiān)控插件(15)將中心站(10)運行狀況在終端顯示分機(jī)(14)進(jìn)行顯示。
5.如權(quán)利要求1、3、4中任一所述的基于分布式時鐘的多邊定位系統(tǒng),其特征在于,所述多邊定位系統(tǒng)還包括至少一個用于提高目標(biāo)定位精度的校標(biāo)站(30 )。
專利摘要本實用新型涉及一種基于分布式時鐘的多邊定位系統(tǒng)，包括一個中心站和至少四個接收站，所述中心站和每個接收站均有一個以原子鐘為核心的時鐘基準(zhǔn)；所述中心站根據(jù)不同接收站的信號到達(dá)時間差計算出被定位目標(biāo)的精確位置；所述接收站分布在目標(biāo)場地上不同的位置，各個接收站相互獨立，并且每個接收站帶有用于接收目標(biāo)發(fā)出的應(yīng)答信號并記錄到達(dá)時刻的傳感器；所述接收站通過光纖鏈路和中心站進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。本實用新型所述的多邊定位系統(tǒng)，采用先進(jìn)的時差定位技術(shù)，其場面定位精度優(yōu)于1m，三維定位精度優(yōu)于5m，滿足大中型復(fù)雜機(jī)場的場面監(jiān)視需求。該系統(tǒng)建設(shè)與使用成本較低，定位精度高，數(shù)據(jù)更新率高，易于架設(shè)，可廣泛使用在空管監(jiān)視領(lǐng)域。
文檔編號G01S5/00GK202421491SQ20122003535
公開日2012年9月5日 申請日期2012年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月3日
發(fā)明者付慶霞, 左斌, 徐慶, 趙洪立 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所