伪卫星增强条件下的RAIM算法可用性及性能分析

介绍了接收机自主完好性监测算法及其可用性的基本原理,介绍了伪卫星的导航原理和关键技术,推导了伪卫星增强条件下的RAIM(Receiver Autonomous Integrity Monitoring)算法,并给出了观测权阵的计算公式.用STK(Satellite Tool Kit)进行仿真分析,结果表明,在GPS系统下,RAIM可用性按照远洋、本土、终端、 NPA和APV-I的顺序依次减小,单一的GPS导航无法满足APV-I以上等级的航空飞行需求;伪卫星增强后的RAIM可用性大幅度提高,其中在APV-I阶段RAIM算法100%可用;误警率、漏警率和故障识别率都有所改善;错误识别率高于漏检率,错误识别是漏警的主要原因.     

多星座组合RAIM算法研究

随着GPS、GALILEO、GLONASS以及BDS的快速发展,需要加强对基于多星座组合的接收机自主完好性监测(RAIM)算法的研究.首先介绍了RAIM算法的原理及流程,然后研究分析了多星座组合下的伪距残差的最小二乘算法以及多星座RAIM算法的可用性判断,最后对单GPS星座和GPS、GLONASS和BDS三星座组合的RAIM算法进行了仿真分析.仿真结果表明:多星座组合RAIM算法得到的故障检测率和故障识别率比单星座有明显提高.     

MSAS基带信号处理关键技术

给出了日本MSAS（多功能卫星增强系统）基带信号处理各项关键技术的算法原理,并对2006年在成都高楼上采集的MSAS卫星信号数据通过软件进行了基带信号处理,验证了各关键技术算法原理的正确性。另外,提出对GPS接收机增加1个MSAS通道以便提高我国GPS卫星导航接收机的定位精度和进一步增强GPS卫星导航完好性监测。     

嵌入式GPS/DR车载组合导航系统EKF算法软件设计

介绍一种嵌入式GPS／DR（全球定位系统／航位推算）车载组合导航（它通过GPS与DR的优势互补,提高了车辆导航系统定位数据的可靠性）的EKF（扩展卡尔曼滤波）算法软件设计方法。采用统计学原理剔除导航数据的粗差点,用扩展卡尔曼滤波进行导航参数的实时求解,采用EKF算法的GPS／DR组合导航系统有利于导航信息的稳定性、可靠性和实时性。     

空间信号精度的算法设计与实验分析

导航系统的完好性关系到用户的安全问题,空间信号精度(SISA)是反映卫星导航系统完好性的重要指标之一。针对导航电文中的广播星历和钟差参数信息处理问题,设计了SISA参数计算方法;利用GPS和BDS系统中的实际数据,分析了不同轨道类型卫星SISA参数对空间信号误差的包络特性,并将导航电文中URA参数与SISA参数进行比较,验证了SISA参数计算方法。实验结果表明,SISA能够准确反映广播星历的空间信号精度,并能够对空间信号误差基本实现平均98%的包络能力;目前北斗广播星历中的URA参数不能够精确反映空间信号的精度,不同卫星的空间信号精度相差较大,SISA能够准确反映和包络北斗空间信号误差。     

基于GPS与三轴磁强计的联合导航算法

为了修正近地轨道(小于1000 km)地磁场模型,提高导航的精度,在地磁导航系统中引入GPS作为一个新的测量设备,提出了一种基于三轴磁强计与GPS的联合导航算法．该算法取卫星的位置和速度向量作为状态向量,建立状态方程;取卫星周围的磁场强度和GPS接收的信号作为观测量,建立观测方程;并以GPS确定的轨道状态量为标准量,去估计磁场模型参数的修正量,构成冷备冗余导航算法．仿真结果表明,提出的导航算法对轨道位置的估计误差小于50 m,速度的估计误差小于0．1 m／s,导航算法的精度和收敛性都优于使用单一地磁导航的系统．     

北斗卫星导航系统服务精度评估

精度是北斗卫星导航系统(Beidou Navigation Satellite System,BDS)服务指标体系的重要内容.给出了北斗卫星导航系统精度指标的含义及精度指标的评估方法,利用实测数据分析了北斗系统实际实现的精度指标,并将其与GPS系统实际实现的精度指标作比较分析.DOP(几何精度因子)值由卫星导航系统空间星座分布决定,是影响用户定位授时精度的重要因素,比较了北斗与GPS在中国区域DOP值分布的差异.GPS系统PDOP(定位几何精度因子)分布均匀,随用户经度和纬度变化不大,在1.0–2.0之间.而受混合星座影响,北斗系统PDOP分布随着测站经度和纬度变化较大,变化范围为1.5–5.0;且随测站纬度增加而变大,由中心经度(东经118?)向两侧不断变大.对于影响用户等效距离误差的空间信号精度进行了比较分析.利用IGS(国际GNSS服务组织)提供的事后精密轨道、激光跟踪数据和北斗双向时频传递测量的卫星钟差评估了北斗基本导航电文的精度.结果表明:北斗IGSO(倾斜地球同步轨道)卫星和MEO(中轨道)卫星轨道径向误差约为0.5 m,大于GPS卫星轨道小于0.2 m的径向误差.北斗GEO(地球同步轨道)卫星激光残差约为65 cm,IGSO卫星和MEO卫星激光残差约为50 cm.受卫星钟差数据龄期影响,MEO卫星钟差参数误差明显大于IGSO卫星和GEO卫星,约为0.80 m.最后,采用MGEX(多GNSS系统试验项目)多模接收机进行了定位试验,分析了北斗系统和GPS在定位精度上的差异.结果表明:受星座构型影响,北斗卫星导航系统定位精度与GPS系统定位精度相比有所差异,但满足水平定位精度优于10 m、高程定位精度优于10 m的设计要求,双系统组合定位精度好于单一系统定位精度.     

GNSS系统时间偏差的确定及其对定位结果的影响

由于GNSS各个导航系统都有独立的系统时间,在GNSS多模导航定位中需要对各导航系统之间的系统时差进行处理。以GPS／GLONASS双模导航为例,讨论了系统时差的解决方法以及系统时差对定位结果的影响。实验结果表明,在多模导航定位中考虑系统时差可以有效地提高定位结果的准确性,改善定位结果的精度。     

GPS信号延时相乘捕获算法的检测率仿真

对全球定位系统(Global Positioning System,GPS)信号捕获中的延时相乘捕获算法的检测率进行了仿真分析.延时相乘捕获算法消除了多普勒频偏的影响,适用于高动态环境下信号的捕获.但算法的缺点是延时相乘操作增加了噪声量,从而降低了信噪比,影响检测性能.针对算法的缺点,通过理论计算与蒙特卡罗方法仿真,分析了算法中检测变量的噪声分布.从仿真结果看,检测变量的噪声符合高斯分布.根据噪声分布,计算了在不同信号载噪比(C/N0)条件下延时相乘捕获算法的检测率与虚检率的关系.通过减小噪声带宽和延长积分时间,可以提高算法的检测率.     

针对低轨星座的空间信号测距误差投影系数确定

随着低轨星座建设的不断推进,计算卫星空间信号测距误差(signal in space range error,SISRE)的面向对象不再局限于全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System, GNSS)的地面用户,还包括GNSS的低轨星载用户和低轨导航系统地面用户。为更好地支持基于低轨星座SISRE的解算,根据SISRE的计算原理,分别研究了低轨星载用户和低轨卫星地面用户的SISRE误差投影系数的特征。计算结果显示,GNSS卫星对地面用户的误差投影系数并不适用于低轨星载用户及低轨导航星座地面用户。当低轨卫星轨道高度由2 000 km降低至300 km时,GNSS卫星对低轨星载接收机的轨道径向误差投影系数由0.96增加到0.98,轨道切法平面误差投影系数由0.20降低至0.15;低轨卫星对地面用户的轨道径向误差投影系数从0.72降至0.37,轨道切法平面误差投影系数从0.49增加至0.66。上述结果可为未来低轨卫星相关的空间信号测距误差分析以及低轨完好性研究提供重要参考。     

Communication-based positioning systems:past,present and prospects

This paper reviews positioning systems in the context of communication systems.First,the basic positioning technique is described for location based service(LBS) in mobile communication systems.Then the high integrity global positioning system(iGPS) is introduced in terms of aspects of what it is and how the low Earth orbit(LEO) Iridium telecommunication satellites enhance the global positioning system(GPS).Emphasis is on the Chinese Area Positioning System(CAPS) which is mainly based on commercial geostationary(GEO) communication satellites,including decommissioned GEO and inclined geosynchronous communication satellites.Characterized by its low cost,high flexibility,wide-area coverage and ample frequency resources,a distinctive feature of CAPS is that its navigation messages are generated on the ground,then uploaded to and forwarded by the communication satellites.Fundamental principles and key technologies applied in the construction of CAPS are presented in detail from the CAPS validation phase to its experimental system setup.A prospective view of CAPS has concluded it to be a seamless,high accuracy,large capacity navigation and communication system which can be achieved by expanding it world wide and enhancing it with LEO satellites and mobile base stations.Hence,this system is a potential candidate for the next generation of radio navigation after GPS.     

中国区域定位系统的水平定位误差分布研究

中国区域定位系统（Chinese Area Positioning System,CAPS）是基于通信卫星的转发式卫星导航系统,基本原理是导航信号由地面导航站上行,经通信卫星转发向地面广播,用户接收机接收导航信号和电文实现导航定位。在试验验证阶段,CAPS仅采用同步轨道通信卫星进行信号的转发和广播,用户接收机利用气压测高技术实现高程辅助下的定位解算。为了描述CAPS水平定位误差的分布,作者定义了高程辅助算法下的东精度衰减因子（Dilution of PrecisionEast,EDOP）和北精度衰减因子（Dilution of Precision North,NDOP）。根据CAPS星座分布,分析系统覆盖范围内高程辅助下EDOP和NDOP数值,结果表明CAPS的EDOP和NDOP是关于赤道南北对称,关于同步轨道通信卫星的平均经度子午圈对称。在平均经度子午圈附近,EDOP出现最小值;在同一纬度圈上,离平均子午圈越远,EDOP数值越大。在CAPS覆盖区域内,任一格点上的NDOP总是大于EDOP,当用户由低纬度地区向高纬度地区移动时,在站心坐标系内卫星在南北方向拉开的距离增大,NDOP变小。利用北京、上海、长春、西安、乌鲁木齐和昆明6个CAPS测站进行仿真分析,结果表明本文提出的EDOP和NDOP可用于估算星座空间布局对用户伪距测量误差的放大程度,并可以解释CAPS接收机在高程辅助下水平定位精度东西方向总是优于南北方向的现象。进一步的实测数据分析表明,EDOP和NDOP可以用来估算南北方向和东西方向的定位精度。     

基于实时多系统PPP模糊度固定的时间传递算法

随着RTS (Real-Time Service)工程的发展,时频用户可以运用实时精密单点定位(Precise Point Positioning, PPP)技术进行时间传递研究.作为RTS工程的主要参与者,CNES (Centre National d’Etudes Spatiales)分析中心开展PPPWIZARD (Precise Point Positioning with Integer and Zero-difference Ambiguity Resolution Demonstrator)工程验证实时PPP模糊度固定技术.为了探究多系统观测值和实时PPP模糊度固定对时间传递的性能提升,在综合GPS (Global Positioning System)、GLONASS (GLObal NAvigation Satellite System)、 BDS (Bei Dou navigation System)和Galileo的多系统观测值的基础上,使用CNES分析中心播发的实时产品开展PPP时间传递验证实验,检验了4种不同PPP模式的工作性能.实验结果证明,在多种不同工作模式当中,综合运用多系统观测值和GPS模糊度固定技术进行PPP时间传递的标准差结果最小,标准差相比于传统GPS PPP时间传递平均下降38.1%.     

Time Transfer Algorithm Using Multi-GNSS PPP with Ambiguity Resolution

With the development of real-time service (RTS) project, timing users can apply the real-time precise point positioning (PPP) technique for time transfer. As a participant in the RTS project, the Centre National d’Etudes Spatiales (CNES) implements the PPPWIZARD (Precise point positioning with Integer and Zero-difference Ambiguity Resolution Demonstrator) project to validate the PPP with ambiguity resolution. In order to analyze the contribution of multiple global navigation satellite system (multi-GNSS) and real-time ambiguity resolution to time transfer, our experiment used the observation from multi-GNSS, including GPS (Global Positioning System), GLONASS (GLObal NAvigation Satellite System), BDS (BeiDou navigation System), and Galileo for data processing. Meanwhile, the real-time products from CNES were utilized to examine the performance of four different PPP processing modes. The experimental results indicated that, of all the processing modes, the time transfer using multi-GNSS PPP with GPS ambiguity resolution had the smallest standard deviations (STDs). The STD value was decreased by 38.1$\%$, compared with the traditional time transfer results using GPS PPP.     

基于不同轨道高度iHCO通信卫星的CAPS星座优化研究

基于通信卫星的导航系统可以利用比地球静止轨道（Geostationary Earth Orbit,GEO）高约200 km的倾斜高圆轨道（inclined Highly Circular Orbit,iHCO）通信卫星组成导航星座.结合两种轨道高度的倾斜高圆轨道通信卫星,仿真分析了利用倾斜高圆轨道卫星组成的中国区域定位系统（Chinese Area Positioning System,CAPS）的导航性能,并讨论了利用倾斜高圆轨道卫星组成的中国区域定位系统实现中国区域覆盖的最佳星座布局.     

Satellite information system malfunctions caused by broadband solar radio emission during solar flares

The paper briefly discusses the impairment of normal functioning of the global positioning system (GPS) and the global navigation satellite system (GLONASS) caused by broadband solar radio emission during large solar flares on October 28, 2003, and December 6 and 13, 2006.     

GPS系统时间及其与其他时间的关系

指出不同授时规范对“GPS系统时间”定义、解释的差异,给出比较清楚和综合的“GPS系统时间”理解,这会有益于北斗系统和GPS系统组合PNT（定位、导航、授时）应用标准化。     

第三代卫星导航定位系统星载原子钟的新发展

传统铷原子钟和铯原子钟已在卫星导航定位系统中作为星载原子钟获得重要应用.卫星导航定位系统的更新和新发展要求更高精度更小型的新型星载原子钟.该文介绍采用新物理原理和先进技术在下-代卫星导航定位系统有应用前景的新原子钟的产生和发展以及它们目前的进展.