北斗系统创新发展与前景预测

随着旺盛的卫星应用社会需求及航天新技术的迅猛发展,天基无线电系统相互交叉融合已成趋势。北斗系统从两颗卫星起步,以快速定位报告(RDSS)与短报文通信(MSS)业务为特色建成中国第一代卫星导航定位系统。随后,用8年时间构建了RNSS连续导航与RDSS定位报告相结合的北斗技术体制,完成了亚太地区覆盖。通过有效的卫星无线电频率兼容设计与国际协调,北斗系统是世界上第一个被国际电信联盟(ITU)规则认可的RNSS、RDSS、MSS三大业务相结合的卫星无线电系统。本文阐述了北斗系统在创新超越理念下的三大业务、四大功能的发展历程、技术体制、主要特点及前景预测。     

基于核估计的北斗RDSS传输延时随机数生成法

北斗卫星导航系统（BDS）采用卫星无线电导航业务(RNSS)和卫星无线电测定业务(RDSS)双模结构体制,不但具有全球定位系统(GPS)等系统的导航、定位和授时功能,同时还提供双向短报文信息服务,在多个民用领域有着非常广阔的潜在应用前景. 传输成功率和传输延时是北斗短报文的两个重要性能参数,北斗短报文技术在各行业的推广应用以及相关系统的建设都急需这两个性能参数作为参考. 本文测试了北斗短报文的通信性能,提出基于核密度估计建立北斗短报文传输时延概率模型并生成时延伪随机数的方法. 通过MATLAB对北斗RDSS实测时延数据进行核密度估计并绘制概率密度估计值曲线;利用权重系数组合多个高斯函数对概率密度估计值曲线进行拟合,获得时延的概率密度分布函数,并采用舍选法实现北斗RDSS传输延时伪随机数的生成.      

BDS在浮式自供电消波堤通信中的应用

为实现对浮式自供电消波堤的工作状态以及采集的水质信息进行收集控制,设计了基于北斗卫星导航系统(BDS)的浮式自供电消波堤通信系统．此系统旨在帮助网箱养殖用户利用消波堤结合通信系统,更好地实现对养殖网箱的保护以及对网箱周围水域水质的监测．通信系统利用BDS的无线电测定业务（RDSS）工作模式,采用定制的数据通信协议,实时定位消波堤位置、传输各类传感器采集到的信息以及用户指令．结合岸基服务器或工作站,实现对消波堤实时、全天候的监控,提高对浮式自供电消波堤的可控性．      

北斗RDSS机制下的导航地图更新设想及实践

导航电子地图更新是北斗应用要解决的一个关键性问题。利用我国北斗卫星导航系统具备RDSS与RNSS兼容的特性,提出一个RDSS机制下的导航地图更新设想。设想充分利用北斗具备导航及信息服务一体化的功能,实现了导航地图更新数据的安全传输、实时更新。最后通过应用实践充分验证该设想的可行性。     

北斗卫星导航系统精密定位报告算法与性能评估EI北大核心CSCD

RDSS短报文是北斗卫星导航系统(以下简称北斗系统)的特色服务,实现了用户报文通信和位置报告。北斗系统早期的位置报告基于双星RDSS观测值,其精度受限于数字高程数据的精度。从BDS-2开始,北斗系统发展了融合RNSS和RDSS体制的位置报告方法,其基于北斗RDSS体制,将用户接收机的观测数据向中心站进行回传,并在中心站实现精密位置的解算和报告,提升了服务覆盖范围和定位精度。本文介绍了北斗精密定位报告系统采用的中心站处理算法,并采用分布于中国不同区域的50个北斗观测站数据对系统性能进行评估。分析了RDSS入站频度、用户站与监测站的基线长度等因素对用户定位的影响。结果表明,基于北斗分区综合改正数的精密单点定位的精度最优,其在2 min响应时间内的平面和高程精度(RMS)分别为0.51 m和0.94 m。北斗精密定位报告精度与基线长度相关性较小,在仅采用BDS-2数据的情况下,定位精度下降可达1倍以上,而在相同时长情况下,提高RDSS入站申请频度对定位性能不产生影响。     

北斗系统启用CGCS2000对用户的影响分析

新一代的中国北斗导航系统由RDSS和RNSS两部分组成,其中RDSS业务用于替换之前的北斗一号系统(北斗导航试验卫星系统)为用户提供服务。由于新系统采用CGCS2000而北斗一号系统采用1954北京坐标系,北斗RDSS的开通将对采用1954北京坐标系的北斗一号用户应用产生一定影响。本文阐明北斗RDSS启用CGCS2000对采用1954北京坐标系的北斗用户产生影响的主要原因,提出分析该影响的方法,并通过仿真计算得出影响的规律和概略大小。     

BDS不同服务体制下授时模型差异研究

随着北斗卫星导航系统(BDS)的全球组网发射完成,BDS逐步实现了向全球用户提供基本导航（卫星无线电导航业务(RNSS)、向中国及周边区域用户提供区域短报文通信（卫星无线电测定业务(RDSS)、星基增强(SBAS)等服务的“三步走”规划．为研究BDS不同服务体制下的授时差异,本文从时空基准、授时精度检核、设备时延、卫星健康状态等方面,分析了基于已知位置的BDS RDSS单／双向授时、RNSS单／双频授时及SBAS单频授时模型差异,并给出了基于本文授时模型下的BDS不同体制授时精度,以为利用BDS进行授时服务的用户机研制、生产、测试和检验提供参考.      

北斗卫星导航系统在波浪能自供电海洋浮标中的应用

北斗卫星导航系统具有精确定位、精密授时和短报文通信的功能,能够很好地切合目前海洋监测设备的所需。设计了一款波浪能自供电的海洋浮标,通过北斗卫星导航系统能够对其进行准确的定位和授时,同时对浮标的监测数据进行可靠的传输。文中简要介绍了波浪能自供电浮标结构及运行原理,重点分析了北斗卫星导航系统在本浮标定位、授时和监测数据传输中的应用,为我国海洋监测装备发展提供了新的思路。      

北斗RDSS用户机测试系统指标监测校准方案设计

北斗卫星无线电测定业务(RDSS)用户机是我国北斗卫星导航试验系统的应用终端,测试系统可为用户机研制和使用提供可靠保障。鉴于RDSS体制的特殊性,测试系统的重要性能指标包括:用户机入站信号测量指标、用户机时延测量指标、以及用户机测试系统出站信号。为确保测试系统测试标准的统一,需要对测试系统的这些指标进行监测和校准。通过对普通用户机提出技术改进设计,为测试系统校准提供可行性方案,实现测试系统指标向标准测试仪器的溯源。     

北斗RNSS-RDSS组合模糊度解算方法

电离层延迟较大是基线较长情况下的模糊度解算需要解决的关键问题。当基线较长时,由于基准站和流动站的电离层相关性弱使得双差电离层残差较大,易导致模糊度解算所需时间长且成功率不高。本文提出了一种模糊度解算方法,该方法将北斗无线电测定业务(radio determination satellite system,RDSS)的下行S频段信号测量值与无线电导航业务(radio navigation satellite system,RNSS)信号测量值组合来削弱电离层的影响。首先,通过RDSS信号测量值与RNSS信号测量值一起进行频率组合研究,确定了几组电离层延迟系数小且总噪声波长比(total noise level,TNL)较小的组合。然后,利用这些组合形成几何无关和电离层无关模型解算GEO卫星的窄巷模糊度。最后利用已知窄巷模糊度的GEO卫星测量值辅助求解非GEO卫星的窄巷模糊度。利用实测北斗星历对提出的方法进行了仿真验证,结果表明,本文方法可以从整体上提高模糊度解算的速度和成功率。     

导航综合基带的设计与实现CSCD

中国区域导航定位系统(CAPS)是我国一种具有自主知识产权的新型卫星导航系统.基于卫星转发地面产生的导航信号的工作模式,实现卫星导航功能.导航综合基带是CAPS主控站的重要终端设备.利用无线电软件设计思想,设计了导航综合基带总体架构.采用标准面向仪器系统的PCI扩展(PXI)机箱结构,基于总线设计,可扩展性强.基带的关键技术包括发射信号的频率补偿技术,高精度接收技术,设备高稳定时延保持技术.实际测试结果表明:该导航综合基带性能良好,伪码测量精度优于0.20 ns,通道时延稳定度优于0.25 ns,频率补偿精度优于0.8 Hz,满足CAPS的需求.     

利用联邦滤波器设计SINS／RDSS／GPS组合导航系统

介绍了Garlson提出的分布式联邦滤波理论，讨论了两类系统设计类型和四种配置模式的特征。首次提出SINS／RDSS／GPS组合导航的设想，并对各子系统特点进行了探讨和对SINS／RDSS子系统进行了建模，建议在实际开发中采用NR配置模式，该模式属于A类联邦滤波系统。通过算例验证了NR模式融合结果的近似最优性、优良的容错性和故障探测能力。     

空间大地测量新技术及应用

随着空间及卫星定位技术的飞速发展,各种空间定位技术及应用也愈来愈多。简要介绍了甚长基线干涉测量(VLBI)技术、激光测月(LLR)技术、卫星激光测距(SLR)技术、卫星雷达测高技术、多普勒定轨和无线电定位系统(DORIS)、精密测距及其变率测量系统(PRARE)以及合成孔径雷达干涉测量(InSAR)等空间定位测量技术,重点阐述了GPS新技术及应用。