专利名称：用于增强系统的卫星有效载荷的制作方法
技术领域：
本发明涉及增强系统领域，其用于增强卫星导航系统的完整性、精确度和鲁棒性。本发明更具体地涉及多个导航地面站和卫星之间的专用于传输增强数据的上行链路。显然，本发明的主题是对于这种卫星半透明的数字导航有效载荷。
背景技术：
下文中，将采用该领域中公知的下述首字母缩写词。通常卫星导航定位系统是指GNSS系统(全球导航卫星系统，Global Navigation Satellite Systems)。性能增强系统叫作SBAS系统(基于卫星的增强系统，Satellite Based Augmentation Systems)。适于将增强数据传输到卫星的地面站叫作NLES站(导航地面站，Navigation Land EarthStations)。适于接收包括增强数据的卫星信号并测量这些信号的地面站通常叫作RMS站(测距及综合监测站，Ranging&Integrity Monitoring Stations)。已知的SBAS增强系统可以将校正实时发送到GNSS接收机，特别是为了增加执行的地理定位的精确度。SBAS增强系统也可以广播用于提高该系统提供的服务的完整性的信息。一般地，这些系统产生并广播的校正和其他信息叫作增强数据，并在导航信号中直接以增强消息的形式传输。为了产生并广播这些数据，SBAS系统通常由RMS地面站、处理中心和NLES地面站组成，其中，RIMS持续测量由导航卫星传输的GNSS信号，处理中心接收这些测量并产生增强消息，NLES地面站经由GNSS导航信号将这些消息传输到SBAS增强卫星，SBAS增强卫星充当将接收到的信号再传输到GNSS接收机的中继。在这种系统中，SBAS卫星的有效载荷被认为是透明的，其意味着，不在卫星上执行导致用户接收到的信号的内容修改的处理。这种系统的局限在于它们提供的操作的有用性和连续性是仅仅由系统的额外复杂性的成本，特别是通过一些设备项目的冗余来保证的。因为SBAS卫星的有效载荷是透明型的，所以不允许同时存取其资源。因此，由于SBAS卫星仅能够以额定功率接收并再传输由叫作主站或额定站的单一 NLES站传输的信号，在额定NLES地面站和冗余备用NLES站之间执行热冗余是不可能的。关于至少两个NLES地面站可以同时在SBAS卫星的上行链路信道上传输信号的系统，采用热冗余表达。形成对比，当至少两个站可用于将导航信号传输到SBAS卫星，但是他们不同时传输时，采用术语冷冗余。冷冗余的原理应用到已知的SBAS系统。当检测到额定NLES站故障时，为了切换站并继续服务，启动不是默认激活的备用NLES站。启动备用站需要的时间导致损失连续性和相因而生的服务中断，其中该时间可能超过一分钟。该中断时间是由于对于再建立该链路所必要的下述处理操作而生的检测故障，切换到冗余NLES站，稳定站伺服控制循环，获得需要的完整性级别。与SBAS卫星的透明方面相关的另一个问题涉及该卫星接收的导航消息的完整性。已知的解决办法是在NLES地面站中对信号执行完整性检查。通过将上行链路信道上传输的导航信号与下行链路信道上由SBAS卫星传输的信号进行比较来执行该检查，其中检查由NLES站获得。在地面上对导航信号可能的不规则性或误表示进行检测，并导致广播非瞬间的特定警报消息或停止来自于NLES站的传输。除了通过来自于地面的远程控制链路切断有效载荷，没有可能的方式来避免广播SBAS自身上的误表示的信号。这种操作可以导致损失GNSS接收机的可用性，GNSS接收机不得不等待卫星传输新的有效信号。第三个问题在于传输由NLES站传输的导航信号时，使用多个频带。例如，GPS系统可以使用L带中的三个子频带，即用于各种用途的LI、L2、L5带。相似地，欧洲伽利略系统使用四个子频带。而且，系统的日常维护可能需要传输测试信道。按照惯例，根据FDMA型频率计划并以单极化在NLES站和卫星之间的上行链路上传输信号，即每个信号在其对应的频带(L1、L2、L5等)中传输。因此，信道的多样性导致相当大的频谱占用，并导致增加地面站和有效载荷的复杂性。
在卫星上，有效载荷提供多个适于每个频带的处理信道。在至少两个不同频带上传输信号，导致与这些不同频率相关的导航信道之间在增益和相位上的微分频散(differential dispersion)。在实践中，传播信道根据传输频率导致不同的干扰(噪声，电离层的影响)。因此，必须校正信号的幅值、延迟和相位以补偿这些差分误差。而且，配对并校准它们之间的信道时存在的困难，导致难以同时管理两个或多个不同频带上传输的信号，其对该系统的用户造成性能退化。
发明内容
本发明特别旨在通过为SBAS卫星提出数字并半透明的有效载荷而克服已知SBAS系统的上述局限性，也就是说，有效载荷依然允许完成透明地中继导航和增强消息的卫星任务，同时在卫星上引进可以提高安全性、服务连续性、完整性检查控制和无线电性能的特定具体处理操作。为了这个目的，本发明的主题是一种用于增强卫星的有效载荷，包括输入信道和多个输出信道，其中输入信道适于接收由至少一个导航地面站在第一频带中传输的导航信号，每个输出信道适于以不同于所述第一带和其他广播带的频带广播导航信号，其特征在于，还包括导航处理器，适于对每个所述接收到的信号进行如下操作 根据每个与导航地面站相关的第一组扩频码，并针对每个所述代码，对信号在相位上进行去扩展，以提取导频信号； 对所述导频信号进行鉴别，并根据导频信号推断传输所述信号的站； 如果鉴别为负，阻塞所述导航信号； 对影响所述导频信号的信噪干扰比进行测量； 从接收到的导航信号中保留展示最高信噪干扰比并且对其的鉴别为正的导航信号，所述已保留信号称作额定信号，传输额定信号的站称作额定站，其他传输站称作冗余站； 根据每个与将在广播频带之一上传输的一类导航信号相关的第二组扩频码，并针对每个所述代码，对正交额定导航信号进行去扩展(unspreading)； 在与使用的扩频码相关的广播频带中传输所述额定导航信号。根据本发明的一个具体方面，首先根据“循环码移键控”型调制对所述导频信号进行解调，其中，通过对与所述调制相关的代码进行识别来实现对导频信号进行鉴别。本发明的另一个主题是一种用于增强卫星的有效载荷，包括输入信道和多个输出信道，其中输入信道适于接收由至少一个导航地面站在第一频带中传输的导航信号，每个输出信道适于以不同于所述第一带和其他广播带的频带广播导航信号，其特征在于，还包括导航处理器，适于对每个所述接收到的信号进行下述操作 根据“循环码移位键控”型调制，对所述接收到的信号进行解调； 通过对与所述调制相关的代码进行识别并根据该代码推断传输所述信号的站来对所述接收到的信号进行鉴别；
如果鉴别为负，阻塞所述导航信号； 对影响所述接收到的信号的信噪干扰比进行测量； 从接收到的导航信号中保留展示最高信噪干扰比并且对其的鉴别为正的导航信号，所述已保留信号称作额定信号，传输额定信号的站称作额定站，其他传输站称作冗余站； 根据每个与将在广播频带之一上传输的一类导航信号相关的一组扩频码，并针对每个所述代码，对正交额定导航信号进行去扩展； 在与使用的扩频码相关的广播频带中传输所述额定导航信号。根据本发明的一个具体方面，当测量的所述额定信号的信噪干扰比下降到低于预定的门限值时，新的被保留的额定信号是展现最高信噪干扰比的额定信号。在一个变体实施例中，根据本发明的有效载荷也包括返回信道，适于在所述第一频带中将至少一个服务信号广播到至少一个导航地面站，其中，所述服务信号至少包括对至少额定信号的信噪干扰比的测量，所述服务信号适于将所述冗余站的传输功率伺服控制到额定站的传输功率。根据本发明的一个具体方面，所述服务信号也包括对由卫星接收、由所有传输站传输的导航信号的信噪干扰比进行的测量。根据本发明的一个具体方面，所述服务信号也包括对卫星收到额定信号(一方面)和收到冗余导航地面站传输的信号之间的时间偏移的测量，其中，所述服务信号适于使所述站之间时间同步。根据本发明的一个具体方面，所述返回信道也适于在所述第一频带中对额定导航信号进行广播。根据本发明的一个具体方面，所述第一频带是C或Ku带，所述广播频带至少是LI和L5带。根据本发明的一个具体方面，所述扩频码是Walsh码。本发明的另一个主题是一种增强卫星，包括根据本发明的有效载荷，适于在上行链路上在第一频带中接收导航信号，并在下行链路上在多个广播频带中对所述信号进行再广播。本发明的另一个主题是一种导航地面站，适于接收增强消息，并产生包括所述消息的导航信号，其中，对所述导航信号采用与其广播频带相关的第一扩频码进行扩频，所述导航信号在上行链路上在不同于广播频带的第一频带中传输。根据本发明的导航地面站的一个具体方面，所述导航信号被正交地添加至导频信号，其中，导频信号由与所述导航地面站相关的第二扩频码扩频。根据本发明的导航地面站的一个具体方面，首先，将“循环码移位键控”型调制应用到所述导航信号或所述导频信号。根据本发明的导航地面站的一个具体方面，传输的导航信号的极化根据广播频带不同。本发明的另一 个主题是一种增强系统，包括 至少一个观测站，适于接收至少一个无线电导航卫星传输的无线电导航信号，并对所述信号进行测量； 至少一个处理中心，适于接收至少一个测量站传输的所述测量，并根据所述测量产生至少一个增强消息； 多个根据本发明的导航地面站； 至少一个根据本发明的增强卫星。在一个具体实施例中，根据本发明的增强系统适于对热冗余型的导航地面站进行切换。在一个具体实施例中，在两个冗余导航地面站之间，传输的导航信号的极化是不同的。在一个具体实施例中，当收到所述增强卫星传输的服务信号并且所述服务信号至少包括对至少所述额定信号的信噪干扰比的测量时，所述导航地面站将它们的传输功率伺服控制到额定站的传输功率。在一个具体实施例中，当收到所述服务信号时，所述导航地面站对它们各自的传输进行时间同步。
本发明的其他特性和优点，从随后根据附图的描述中将是显而易见的，附图中-图I是根据现有技术的SBAS系统的结构方块图；-图2是根据现有技术的SBAS卫星的有效载荷的功能方块图；-图3是示出根据现有技术在NLES站和SBAS卫星之间产生上行链路信号的图表；-图4a是不出根据本发明NLES站产生导航信号的图表；-图4b是图4a的变形实施例；-图5a是在第一实施例中，根据本发明的SBAS卫星的有效载荷的功能方块图；-图5b是在第二实施例中，根据本发明的SBAS卫星的有效载荷的功能方块图；-图6是在有效载荷的第二实施例中，根据本发明的SBAS系统的结构方块图；-图7是根据本发明的导航处理器的功能方块图。
具体实施例方式图I在方块图中示意性地表示根据现有技术的SBAS系统的整体结构。这种系统适于根据对多个无线电导航卫星NAV传输的导航信号101进行的测量来产生增强数据。源于无线电导航卫星NAV的测量和数据由多个观测站RMS收集，然后以给定速度传输102到多个处理中心CPF。后者根据接收到的测量，产生施加到无线电导航信号的差分校正的估计，然后产生增强消息，其中，增强消息包括这些校正并传输103到导航地面站NLES。NLES站接收增强消息并将它们传输104到增强卫星SAT以被广播105到用户U和地面站RMS、NLES。为了这个目的,增强消息以相似于导航消息的方式结合于GNSS系统兼容的导航信号中。因此，由NLES站产生然后由卫星SAT广播的导航信号包括导航消息和增强消息，其中GNSS接收机可以利用增强消息来提高它们的定位性能。增强卫星SAT可以是地球同步卫星或高地球轨道HEO卫星或甚至是在IGSO (倾斜地球同步卫星轨道)型倾斜地球同步轨道中的卫星。NLES站对接收到的由处理中心CPF传输的消息进行完整性检查，其中，消息由增强卫星SAT在下行链路上广播。由增强卫星SAT再传输的信号也被RMS站接收。当主NLES站故障时，处理中心CPF可以寻址第二冗余NLES站，但是，该冗余属于冷型，即当主站传输时，冗余NLES站是关闭的。NLES站和增强卫星SAT 之间的上行链路信道在Ku带或C带中操作。增强卫星SAT和RMS站之间、或增强卫星SAT和用户U之间的下行链路信道在用于传输导航信号的L带中操作。而且，一些已知的增强系统，比如欧洲EGNOS系统，在增强卫星SAT和NLES地面站之间并在Ku带或C带中执行返回信道，这允许对卫星链路的物理参数进行双频率估计(Ku或C和L)。该返回信道仅用于通过使用长循环对卫星的传输时间进行伺服控制。为了使增强卫星SAT的导航信号的传输时间精确地同步，NLES地面站提前或延迟它们在上行链路信道上的信号的传输，以使卫星与固定时钟同步。当没有可用的返回信道时，也可以通过在L带中传输到用户的导航信号来产生暂时伺服控制，但是伴随有针对测试步骤并因此不能被用户看见的PRN码。图I的图表仅代表系统包括的每个实体的一个单元，但是实际上系统包括许多增强卫星SAT、许多RMS观测站、许多处理中心CPF和许多NLES传输站。一般地，针对一个增强卫星采用两个NLES传输站(额定和冗余)。当NLES站有缺陷时，转接到冗余NLES站，这导致在上行链路信道上传输的信号中断，并持续几秒。再建立可用信号的传输导致几十秒钟的额外延迟，并且完全恢复系统花费大约一分钟。服务连续性的损失特别影响具有高可用性需求的应用，比如航空应用。这对于邻近单一增强卫星的用户来说会导致全部服务损失，对于其他人，导致需要切换到另一个卫星。而且，即使恢复服务，只要地面站没有再次锁定到卫星传输的新信号，用于保证传输的消息的完整性的完整性检查循环不是可立即操作的。那么在下行链路上，系统的完整性监测不是有效的，并且对该下行链路的误表示可以影响大区域面积，而系统不能检测到该情况。图2在方块图中示意性地表示根据现有技术的SBAS增强卫星的有效载荷的主要功能。在适于在C带或Ku带中接收信号的输入201上接收由NLES站传输的信号将被低噪声放大器202放大，然后分配器203将其导向GNSS系统使用的L带的子带之一中的频率转换信道。在图2的图表中，表示了两个转换信道，分别可以为了将信号再传输到GNSS系统的用户而将信号转换到LI带或转换到L5带。转换信道包括变换到中间频率的第一频率变换装置204，214，变换到LI或L5带中的第二频率变换装置205，215，参考本地振荡器209，放大器206，216，带通滤波器207，217，以及适于在LI或L5带中传输信号的输出208，218。因为这种有效载荷除了进行将频率变换到用户带需要的处理外不对接收到的信号进行特别处理，所以，这种有效载荷被认为是透明的。因此，卫星接收的信号总被再传输到地面，不在这个阶段检查它们的完整性。而且，这种有效载荷仅由模拟电路组成，并且为适应于两个用户频带必须复制出现缺陷的频率转换信道。这两个信道必须在幅值、相位和差分延迟上成对。图3示意性地表示产生在现有技术的NLES站和卫星SAT之间的上行链路信道上传输的信号。首先，根据最终用户的频带，将待传输信号301，302转换到频率LI或L5。为了该目的，使用两个本地振荡器IF1，IF2。产生的信号符合FDMA型频率计划，然后通过中介第三本地振荡器IF而被转换到C或Ku带。因此，导航信号的频宽与待传输的增强信号的数量成比例。本发明的目标特别是克服借助图1，2和3描述的已知系统的缺陷。图4a在图表中表示根据本发明，对由NLES站传输到增强卫星SAT的信号的修改。为了简化描述，仅呈现了两个导航信号的情况，所述信号包括将在两个不同频带LI，L5上传输的增强消息。
每个待传输的导航信号301，302由扩频码Cl，C5扩频，例如Walsh码,以便每个信号401，402占用同样的频谱带宽。该代码的功能是清楚识别与频带LI或L5相关的传输信道。被适当扩频的信号401，402根据CDMA接入方法以同样的中心频率传输。具体地，采用的扩频码是相互正交的，以便允许在上行链路信道上同时传输从许多NLES站发射的信号。以这种方式获得的导航信号403以被添加了相位移位90°的导频信号，并且也由具体扩频码CO扩频，其中，扩频码CO用于识别传输NLES站并鉴别导航信号。采用的鉴别方法可以是可以确保对接收到的信号进行识别的任何已知的方法。可以具体引用的实例是下述专利申请中描述的鉴别方法涉及提供RF信号的起源和/或内容的识别手段的方法的FR2921528，或题目为 “Pseudo-random authentication code altering scheme for a transponderand a base station” 的 US2009/0179743,或甚至是题目为 “Authentif ication of datain a digital transmission system”的 US2005/0041955。也可以米用所谓的适于卫星链路的“水印”技术。最后通过本地振荡器IF将产生的信号变换到C或Ku带，以便在上行链路信道上将其传输到增强卫星SAT。通过如图4a中指示的对导航信号的产生进行修改，本发明可以特别消除由与不同的上行链路频带L1，L5相关的传播信道引起的差分误差。引进导频信号可以在卫星上对传输的信号进行鉴别并增大信噪比估计效率。而且，先前想要在LI或L5带中传输的信号现在是经频谱编码的，并在同一频率上传输，所以，也消除了两个信道之间的同步问题。最后，使用针对每个传输NLES站的扩频码CO可以在站之间实现后面将对其进行解释的热型冗余。在图4b中示出的本发明的变形实施例中，在使用Walsh码Cl，C5进行频谱扩展步骤之前，预先将CCSK (循环码移键控)型调制应用到LI和L5带中的导航信号。CCSK调制技术对于本领域技术人员来说是公知的，例如，通过出版物“CyclicCode Shift Keying:A Low Probability of Intercept Communication Technique, IEEETransactions on Aerospace and Electronic Systems, Vol. 39, No3, July 2003，，。该出片反物釆用PN (伪噪声)型单个Csk扩频码来通过以预先确定的符号数移位代码序列而对每个信号产生调制，从而对每个导航信号进行调制。
该变形实施例可以消除导频信号并通过识别应用到导航信号的CCSK代码实现对NLES站进行直接鉴别。通过每次在对信号产生调制之前，以预先确定的符号数移位代码序列，来对所有传输NLES站采用单一 CCSK代码。在本发明的另一个变形实施例中(未示出)，可以保留导频信号，但是为了提高检测效率并因此通过CCSK调制自我校正功能的优良属性来鉴别不同NLES站，要通过CCSK代码对导频信号进行过调制。在本发明的另一个变形中，为了在LI和L5带中传输信号,使用不同极化。例如，对信号之一采用右极化，对另一个信号采用左极化。以这种方式，限制两个信号之间的交叉相关，这可以进一步提高性能，同时使信号之间的微分频散较低。在本发明的另一个变形中，对于在同一 NLES站的LI和L5带中传输信号，采用同样的极化，但是对于两个不同的冗余NLES站采用不同的极化。该方案也包括下面的情况给定NLES站仅传输LI带中的信号，另一个冗余NLES站仅传输L5带中的具有不同于第一 站传输的LI带中的信号的极化的信号。图5a在方块图中，示意性地表示根据本发明的SBAS增强卫星的有效载荷的主要功能。与图2中描述的根据现有技术的有效载荷共同的元件采用同样的附图标记表示。每个信道的频率变换装置204，205，214，215被消除，并被单一导航处理器501代替，其中，导航处理器501接收由一个或多个NLES站传输的导航信号，并将导航信号传输到用于根据相关扩频码Cl，C5识别的频带LI，L5而广播到用户的放大、滤波信道之一。图5b示意性地表示根据本发明的有效载荷的变形实施例。在该变形中，通过放大器502和带通滤波器504，实现到地面上的一个或多个NLES站的具体返回信道。第二带通滤波器503对于将NLES站接收的信号从再传输到同一站的信号分离来说是必要的。该返回信道像到增强卫星的上行链路信道一样，在Ku或C带中操作。如上所述，一些增强系统，像欧洲EGNOS系统，已经针对增强卫星实现了特定返回信道，其中，该信道仅用于以链接到地面站的时基对卫星进行暂时伺服控制。在现在正描述的本发明的变形实施例中，为了在两个传输站之间进行转换时进一步提高服务连续性，增强卫星的返回信道也可以将特定信息传输到NLES地面站。具体地，在卫星上对上行链路的信噪干扰比SNIR进行测量，然后通过该返回信道将该测量再传输到NLES站。也提供了额定站和冗余站之间的相对同步。图6示出根据本发明的实施例的SBAS系统的整体操作，其中，在增强卫星600和导航地面站601，602之间实现返回信道611。地面站601，602根据卫星传输的信息，在地面站之间建立同步链路612。链路612特别是用于确保站的相互时间同步。图7描述根据本发明的导航处理器501的功能方块图。通过模拟/数字转换器701，将在处理器501的输入处接收的模拟信号进行数字转换。提供获得的数字信号作为第一导频信号处理�？�702的输入。该�？�702根据存储器703中为每个NLES站引用的扩频码使导频信号同步并将其解调。鉴别�？�706根据选择的现有的鉴别方法，对解调的导频信号进行鉴别。测量�？�707测量信号和噪声干扰组合的比，SINR。并行地，将对应于不同NLES站传输的导航信号的正交信号传输到多路分配器704，其中，多路分配器704根据NLES站的参考扩频码CO将接收到的导航信号与NLES站的识别器发生联系。然后，与传输NLES站的识别器相关联的导航信号被传输到模块705，其中�？�705特别负责批准将信号再传输到用户。根据鉴别�？�706产生的鉴别结果，在该结果为负的情况下，该信号可能被阻塞。不使用导频信号的情况下(该情况未表示在图7中)，基于应用到导航信号的CCSK代码直接对传输NLES站进行鉴别。基于导航信号而不是基于导频信号，直接对上行链路的信噪干扰比SNIR进行测量。如果鉴别为正，对针对不同NLES站获得的信噪干扰比SNIR测量进行比较，并仅保留具有最佳链接预算的站传输的信号，以再传输到地面。当最佳SNIR比是针对冗余站传输的信号而获得的，因此不是针对实际再传输的最优信号时，根据本 发明的有效载荷通过将新的最优信号选择作为冗余站传输的展示了最高SNIR比的信号来对站进行切换。因此，可在卫星上透明地进行切换，而不导致任何服务中断。当测量的额定信号的SNIR比下降到低于预定的门限值时，导航处理器501做出在两个传输NLES站之间进行切换的决定。在返回信道可用的情况下(图5b和6中描述的本发明的实施例)，信噪干扰比SNIR测量通过可用返回信道再传输到地面上的NLES站。为了这个目的，所述测量通过已调信号(例如，已采用BPSK调制调制的信号)，并以不同的频率传输到用于传输导航信号的NLES站。FDM型频率计划被采用。因此，根据本发明的返回信道一方面允许为了对卫星传输的信号进行时间伺服控制的目的而在第一频带上传输额定和冗余的导航信号；另一方面允许在第二频带上传输传送每个已识别的传输NLES站的SNIR比信息的服务信号。为了该目的，�？�705负责产生传送�？�707估计的SNIR比信息的服务信号。返回信道以如下形式实现至少一个过采样�？�708和一个数字/模拟转换器709。而且，当在卫星上进行切换时，为了将已经发生切换通知给地面站，额定NLES站的选择也通过该服务信号再传输。当NLES站601，602收到增强卫星600传输的服务信号时，它们调整它们的传输功率，以便每个站传输其增益或幅值根据最优信号被伺服控制的信号(换句话说，额定NLES站传输的信号)。因此，在上行链路信道上传输的来自于增强卫星的所有信号展现相同的功率，这进一步方便了额定站故障时，在卫星上实现站之间的透明切换。为了对功率进行伺服控制，仅需要测量额定信号的SNIR比。在本发明的变形实施例中，卫星传输所有SNIR比测量，以使冗余NLES站可以评估它们的链接的质量。在本发明的另一个变形实施例中，除了测量SNIR比之外，卫星的有效载荷对在上行链路信道上收到的不同信号之间的时间偏移(一方面来源于额定NLES站，另一方面来源于冗余NLES站)进行测量。取决于所选的本发明的变形，借助之前说明的传输的导频信号的扩频码，或者直接根据对导航信号本身的CCSK代码的识别，来识别来自额定站的信号。对收到额定信号的时刻和收到冗余NLES站传输的每个信号的时刻之间的时间偏移进行测量。该偏移测量也通过卫星的返回信道在服务信号中传输。该信息被NLES地面站收到，这可以为了使NLES地面站在上行链路信道上的传输同步，而通过地球链路612为NLES地面站各自的发射机提供时间同步。该同步进一步提闻了有效载荷进行的站切换事件中的服务连续性。本发明旨在为实现所谓的热冗余而使不同NLES站在上行链路信道上传输的所有信号在时间和功率上同步。而且，当每个站接收到返回信道上传输的导航信号时，通过将接收到的增强消息与以前传输的增强消息进行比较来进行完整性检查。如果该检查为负，站停止传输。卫星将不再收到该站传输的任何导航信号，并且可以切换到具有最佳链接预算的冗余站。一旦从NLES站传输的不同信号中鉴别并选择了最优导航信号，最优导航信号传输到第二信号处理�？�710，其中，第二信号处理�？�710根据与导航信号相关的扩频码711和/或导航信号的极化分量对导航信号进行解调。具体地，根据已知扩频码进行信号去扩展操作。每个扩频码对应于用于将导航信号传输到用户的L带中的频带。一旦频带被识另Ij，例如LI或L5带，导航信号通过包括至少一个过采样�？�713和一个数字/模拟转换器714的频率转换信道再传输到系统的用户。在不使用导频信号的情况下，采用CCSK解调共同对传输NLES站进行鉴别。而且,信号处理�？�710也可以根据一个或多个校准表格712来对信号在幅值、相位和/或延迟上进行校正。这些校准表格是在对有效载荷进行的温度相关测量的基础上完成的，并且这可以识别幅值、延迟和相位上的不平衡，并且在每个L带传输信道之间是不同的。这些表格产生于卫星试运转之前进行的测量。然后根据服务的设备的温度对校正进行更新，并且可以通过温度测量装置在别处测量校正。这些校正允许差分传输路径的精确平衡。对不同L带传输信道进行差分校正的可选方式包括米用一个或多个处于传输模式的冗余信道，这间接使得可以保存传输的信号，然后测量保存的传输信号和接收到的信号之间的漂移。·本发明的具体应用包括使用额定NLES站来在LI和L5带中广播操作信号，使用冗余NLES站来传输用于为了测试系统的一些功能或对系统进行资格证明而对系统进行确认的测试信号。在这种情况下，针对测试信号采用不同的扩频码Cl，C5，CO。使用的测试信号可以由同样的用于传输额定导航信号的NLES站传输，其中，测试信号具有同一天线极化或具有相对于导航信号的交叉极化。测试信号也可以由具体专用于测试的NLES站传输。本发明特别具有如下优点保留增强卫星的原始任务，即将增强消息中继给用户，同时提高冗余NLES站之间切换时的服务连续性。本发明也可以提高对传输信号的鉴别，并对抗任何误表示，并且本发明也可以提高使用不同频带LI，L5传输导航信号时系统的性倉泛。
权利要求
1.一种用于增强卫星(600)的有效载荷，包括输入信道(201，202，503)和多个输出信道(206，207，208，216，217，218)，其中所述输入信道适于接收由至少一个导航地面站(NLES)在第一频带中传输的导航信号，每个输出信道适于以不同于所述第一带和其他广播带的频带广播导航信号，其特征在于，还包括导航处理器(501)，适于对每个所述接收到的信号进行如下操作 根据每个与导航地面站(NLES)相关的第一组扩频码(703)，并针对每个所述代码，对信号在相位上进行去扩展(702)，以提取导频信号； 对所述导频信号进行鉴别(706)，并根据导频信号推断传输所述信号的站(NLES)； 如果鉴别(706)为负，阻塞所述导航信号； 对影响所述导频信号的信噪干扰比(SNIR)进行测量(707)； 从接收到的导航信号中保留展示最高信噪干扰比并且对其的鉴别为正的导航信号，所述已保留信号称作额定信号，传输额定信号的站(NLES)称作额定站，其他传输站(NLES)称作冗余站； 根据每个与将在广播频带之一上传输的一类导航信号相关的第二组扩频码(711)，并针对每个所述代码，对正交额定导航信号进行去扩展(710)； 在与使用的扩频码相关的广播频带中传输(713，714)所述额定导航信号。
2.根据权利要求I所述的用于增强卫星(600)的有效载荷，其中，首先根据“循环码移键控”型调制对所述导频信号进行解调，通过对与所述调制相关的代码进行识别来实现对导频信号进行鉴别。
3.一种用于增强卫星(600)的有效载荷，包括输入信道(201，202，503)和多个输出信道(206，207，208，216，217，218)，其中所述输入信道适于接收由至少一个导航地面站(NLES)在第一频带中传输的导航信号，每个输出信道适于以不同于所述第一带和其他广播带的频带广播导航信号，其特征在于，还包括导航处理器(501)，适于对每个所述接收到的信号进行如下操作 籲根据“循环码移位键控”型调制，对所述接收到的信号进行解调； 通过对与所述调制相关的代码进行识别并根据该代码推断传输所述信号的站(NLES)来对所述接收到的信号进行鉴别(706)； 如果鉴别(706)为负，阻塞所述导航信号； 籲对影响所述接收到的信号的信噪干扰比(SNIR)进行测量(707)； 从接收到的导航信号中保留展示最高信噪干扰比并且对其的鉴别为正的导航信号，所述已保留信号称作额定信号，传输额定信号的站(NLES)称作额定站，其他传输站(NLES)称作冗余站； 根据每个与将在广播频带之一上传输的一类导航信号相关的一组扩频码(711)，并针对每个所述代码，对正交额定导航信号进行去扩展(710); 在与使用的扩频码相关的广播频带中传输(713，714)所述额定导航信号。
4.根据前述任意一项权利要求所述的用于增强卫星(600)的有效载荷，其特征在于，当测量的所述额定信号的信噪干扰比(SNIR)下降到低于预定的门限值时，新的被保留的额定信号是展现最高信噪干扰比的额定信号。
5.根据前述任意一项权利要求所述的用于增强卫星(600)的有效载荷，其特征在于，也包括返回信道(502，504)，适于在所述第一频带中将至少一个服务信号广播到至少一个导航地面站(NLES)，其中，所述服务信号至少包括对至少额定信号的信噪干扰比(SNIR)的测量，所述服务信号适于将所述冗余站(NLES)的传输功率伺服控制应用到额定站(NLES)的传输功率。
6.根据权利要求5所述的用于增强卫星(600)的有效载荷，其特征在于，所述服务信号也包括对由卫星(600)接收、由所有传输站(NLES)传输的导航信号的信噪干扰比(SNIR)进行的测量。
7.根据权利要求5或6所述的用于增强卫星(600)的有效载荷，其特征在于，所述服务信号也包括对卫星(600) —方面收到额定信号和收到冗余导航地面站(NLES)传输的信号之间的时间偏移的测量，其中，所述服务信号适于使所述站(NLES)之间时间同步。
8.根据权利要求5、6、7中任一项所述的用于增强卫星(600)的有效载荷，其特征在于，所述返回信道(502，504)也适于在所述第一频带中对额定导航信号进行广播。
9.根据前述任意一项权利要求所述的用于增强卫星(600)的有效载荷，其特征在于，所述第一频带是C或Ku带，所述广播频带至少是LI和L5带。
10.根据前述任意一项权利要求所述的用于增强卫星(600)的有效载荷，其特征在于，所述扩频码是Walsh码。
11.一种增强卫星(600)，包括根据前述权利要求中任一项所述的有效载荷，所述增强卫星(600)适于在上行链路上在第一频带中接收导航信号，并在下行链路上在多个广播频带中对所述信号进行再广播。
12.—种导航地面站(NLES)，适于接收增强消息，并产生包括所述消息的导航信号，其中，采用与其广播频带(L1，L5)相关的第一扩频码(C1，C5)对所述导航信号进行扩频，所述导航信号在上行链路上在不同于广播频带(LI，L5)的第一频带中传输。
13.根据权利要求12所述的导航地面站(NLES)，其中，所述导航信号正交地添加到导频信号，所述导频信号由与所述导航地面站(NLES)相关的第二扩频码(CO)扩频。
14.根据权利要求12或13所述的导航地面站(NLES)，其中，首先将“循环码移位键控”型调制应用到所述导航信号或所述导频信号。
15.根据权利要求12-14中的任一项所述的导航地面站(NLES)，其中，传输的导航信号的极化根据广播频带(LI，L5)而不同。
16.—种增强系统,包括 至少一个观测站(RMS)，适于接收至少一个无线电导航卫星(NAV)传输的无线电导航信号，并对所述信号进行测量； 至少一个处理中心(CPF)，适于接收至少一个测量站(RMS)传输的所述测量，并根据所述测量产生至少一个增强消息； 多个根据权利要求12-15中任一项所述的导航地面站(NLES)； 至少一个根据权利要求11所述的增强卫星(600)。
17.根据权利要求16所述的增强系统，其特征在于，适于对热冗余型的导航地面站(NLES)进行切换。
18.根据权利要求16或17所述的增强系统，其中，在两个冗余导航地面站(NLES)之间，传输的导航信号的极化是不同的。
19.根据权利要求16-18中任一项所述的增强系统，其特征在于，当收到所述增强卫星(600)传输的服务信号并且所述服务信号至少包括对至少所述额定信号的信噪干扰比(SNIR)的测量时，所述导航地面站(NLES)将它们的传输功率伺服控制到额定站的传输功率。
20.根据权利要求16-19中任一项所述的增强系统，其特征在于，当收到所述服务信号时，所述导航地面站(NLES)对它们各自的传输进行时间同步。
全文摘要
本发明提供一种用于增强系统的卫星有效载荷。本发明涉及一种用于增强卫星(600)的有效载荷，包括输入信道(201,202,503)和多个输出信道(206,207,208,216,217,218)，其中输入信道适于接收由至少一个导航地面站(NLES)在第一频带中传输的导航信号，每个输出信道适于以不同于所述第一带和其他广播带的频带广播导航信号，其特征在于，还包括导航处理器(501)。本发明还涉及包括这种有效载荷的卫星，和包括这种卫星的增强系统。
文档编号G01S19/03GK102914778SQ20121027026
公开日2013年2月6日 申请日期2012年7月31日 优先权日2011年8月5日
发明者C·佩洛特 申请人:泰勒斯公司
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