导航电文星历参数对卫星轨道精度的影响

卫星导航定位的关键是获知导航卫星的精确位置,其轨道精度与导航电文中广播星历参数密切相关。分析了由广播星历参数计算的卫星广播轨道与精密星历确定的真实轨道之间的误差,并将其投影到卫星切向、径向和法向进行仿真研究。比较了民用导航电文（CNAV）和旧民用导航电文（NAV）的星历参数的差异,利用精密星历拟和出对应的广播星历参数,研究其星历参数的变化对卫星轨道精度的影响。分析了GPS不同频点播发的导航电文中星历参数在数据帧内的结构。研究结果表明：GPS卫星广播轨道误差一周内在2到4m内变化,而其在切向、径向和法向的投影值呈现周期性余弦变化,其演变周期与GPS轨道周期近似相等,而选取改进后的17个广播轨道参数表示的星历数据于15个星历参数对比,其轨道拟和误差值改善2～3cm.     

GPS导航电文中星历参数量化对接收机性能的影响分析

导航电文包含卫星导航系统中定位解算的基础数据,卫星轨道的计算精度与导航电文中广播星历参数的精度密切相关。电文帧结构中排布的各星历参数量化位数受限于电文传输的信息速率,需要进行详细的设计论证。本文首次专门分析和大量仿真了GPS导航电文中由星历参数的有限量化字长引入的误差对卫星位置计算精度的影响,并通过GPSL1C/A数字中频信号模拟器和软件接收机进行了闭环测试,结果表明NAV格式星历参数量化前后卫星位置的计算偏差在2h的星历有效时间内不超过0.2m;进一步的仿真分析表明其所引入的UERE(用户等效距离误差)偏差不超过0.06m,而对用户定位结果的影响在厘米量级。     

Galileo OS SIS ICD导航电文设计解析

欧盟在2010-04-13首次正式发布了Galileo公开服务空间信号接口控制文档(Galileo OS SIS ICD),标志着Galileo系统建设从概念设计、在轨验证到系统实施又迈进了重要一步,对全球导航卫星系统(GNSS)的发展具有重要意义。通过与GPS接口说明文档比较,解析了Galileo OS SIS ICD中导航电文结构设计和内容设计方面的思路和特点。解析表明,与GPS L1 C/A码导航电文设计相比,Galileo OS在导航电文设计上既有继承、亦有创新。整体设计体现了开放和灵活的特点,特别是在电文页流结构、电文星间交叉播发、兼容和互操作以及完好性方面的设计既体现了GNSS技术的发展,又体现了GNSS设计理念的进步。Galileo导航电文的设计理念不仅可为我国北斗卫星导航系统电文的设计提供参考,而且有利于加强与Galileo系统之间的互操作研究。     

库区GNSS-R精细化反演水面高度及其验证研究

全球卫星导航系统(GNSS)反射测量技术的出现,为高时空分辨率水位监测提供了一种新的解决方案.?尤其在我国,大中型大坝、库岸高边坡大多建立了GNSS变形监测系统,为全球卫星导航反射信号(GNSS-R)技术监测水位提供了不需重复建设的硬件设备与丰富的数据资源.?以GPS信噪比(SNR)数据为观测量,详细推导了卫星反射信号...     

GNSS技术在GEO、IGSO航天器中的导航精度与适用性分析

现阶段高轨道航天器导航主要依靠地基测控系统,为了研究全球卫星导航系统(GNSS)技术用于高轨道航天器导航的可行性,对GNSS技术在地球静止轨道(GEO)卫星、倾斜地球同步轨道(IGSO)卫星航天器中的导航精度及适用性展开了分析研究. 采用2021年11月9日的两行轨道数据(TLE)仿真GNSS星座,以不同星下点的GEO卫星和不同倾角的IGSO卫星作为目标星展开导航仿真试验. 实验结果表明:为了满足GNSS解算所需的卫星数量,须通过接收旁瓣信号来增加可见卫星数目. 对GEO目标星而言,当接收机灵敏度高于?169 dB时,导航精度可达30 m;利用GPS对7个不同的GEO或IGSO轨道目标星进行导航实验表明,GPS对目标星导航的位置误差约为35 m;北斗三号(BDS-3)、GPS、GLONASS、Galileo的导航位置误差均值分别为28.03 m、21.16 m、37.15 m、25.09 m,具有良好的内符合精度,其中GPS精度最高,GLONASS精度最低,但大部分时段也在45 m内.      

Galileo开放服务导航电文特点分析

介绍了Galileo系统开放服务接口控制文件中导航信号及电文的概况,并在如何满足导航电文中各种不同参数数据的时效性、如何缩短用户接收机导航数据接收时间、如何支持多系统互操作等方面对其特点进行了分析介绍.     

Galileo开放服务导航电文特点分析

介绍了Galileo系统开放服务接口控制文件中导航信号及电文的概况,并在如何满足导航电文中各种不同参数数据的时效性、如何缩短用户接收机导航数据接收时间、如何支持多系统互操作等方面对其特点进行了分析介绍。     

基于组合GNSS导航定位的差分电文分析

目前,卫星定位系统以其全球性、全天候、连续性和实时性等特征在诸多领域得到广泛应用,相关导航定位技术也得到了快速发展。针对2种常用差分电文格式进行分析比较,重点研究不同版本对各GNSS系统的支持,并对组合GNSS作业条件下差分电文格式的选取提出建议。     

GNSS数据处理时空参数的相关性

卫星轨道、钟差以及测站坐标等是全球导航卫星系统定位（global navigation satellite system,GNSS）的核心参数,构成了卫星导航系统数据处理的时空基准。通过比较国际GNSS服务（International GNSS Service,IGS）不同数据分析中心提供的GNSS精密时空产品发现,各分析中心的轨道、钟差存在明显差异,并且轨道、钟差的相对偏差存在很强的相关性。针对该问题,讨论了GNSS卫星轨道、钟差的相关性问题,分析了轨道、钟差相对偏差的周期特性,并提取了周期项模型参数;建立改正模型,提高了不同分析中心产品的一致性;对时空基准周期性误差的原因进行了分析,并以参数降相关为出发点,对GNSS时空基准精度提升的方法提出了建议。     

GNSS遥感研究与应用进展和展望

全球导航卫星系统遥感(GNSS remote sensing)属卫星导航应用与遥感的一个交叉学科范畴。GNSS系统除传统的导航、定位、授时等功能外,可免费提供全球覆盖、高时间分辨率的L波段(1—2 GHz)微波信号用于遥感探测。继GNSS折射信号被率先用于地震、大气水汽等的探测以来,利用GNSS反射信号进行海洋、陆表参数估算,近年来成为国际GNSS应用研究前沿热点。随着中国自主北斗导航系统的蓬勃发展,将会为GNSS遥感带来新的发展契机和空间。本文从GNSS遥感的两个重要学科分支,即GNSS折射信号遥感(GNSS refractometry)和GNSS反射信号遥感GNSS-R(GNSS Reflectometry),回顾在这一交叉学科领域近几十年的发展,并简要分析GNSS遥感发展面临的机遇与挑战。     

Investigation on the effect of strong out-of-band signals on global navigation satellite systems receivers

The mitigation of radio frequency interference (RFI) has a fundamental role in global navigation satellite system (GNSS) applications, especially when a high level of availability is required. Several electromagnetic sources, in fact, might degrade the performance of the global positioning system (GPS) and Galileo receivers, and their effects can be either in-band (i.e., secondary harmonics generated by transmitters of other communication systems due to non-linearity distortions) or out-of-band (i.e., strong signals that occupy frequency bandwidths very close to GNSS bands). We investigated the effects of real out-of-band signals on GNSS receivers and analyzed the impact on the overall receiver chain in order to evaluate the impact of the interference source. In particular, the analysis focuses on the spectrum at the front-end output, on the automatic gain control (AGC) behavior, as well as on the digital processing stages (signal acquisition and tracking) at the analog digital converter (ADC) output. This study refers to several experiments and data collections performed in interfered areas of downtown Torino (Italy). The obtained results underline how digital/analog TV transmissions represent a potential interference source for GNSS applications and might be critical for the safety of life services.     

Modified compressive sensing approach for GNSS signal reception in the presence of interference

Pre-processing traditional navigation signals in global navigation satellite system (GNSS) receivers includes the conversion of an analog-to-digital sample and acquisition following the basic principle of Nyquist sampling theory. This condition inevitably increases the system computation time and cost of a modern wideband receiver. In recent years, the compressive sensing (CS) approach has been proven to effectively reduce the number of measurement samples required for digital signal acquisition systems. This method gives new potential to this modern design. In this study, a modified compressive sensing algorithm for the acquisition of a GNSS signal that is contaminated by an interfering signal is presented. The proposed method attempts to combine CS demodulation and the subspace projecting method to enhance GNSS signal acquisition performance with interference present. First, the received signal is sub-sampled and aliased from a compressive sampling process. This operation maintains the restricted isometry property (RIP) condition of the second sampling process using a Toeplitz-structured sensing matrix, which replaces a conventional random sensing matrix. The matrix ensures that distances between desired signals on the set of sparse space are not influenced by the sampling process. Next, the interference is eliminated through the orthogonal feature between the interference signal and the desired signal using the subspace projecting method. This also preserves the RIP of the projecting matrix to ensure that the original structure of the linear projection of the signal is preserved. After this, an iterative least-square method is utilized to recover the correlator output from the reception samples taken by the CS demodulator. In addition, the signal detection performance in the presence of co-channel interference using a CS demodulator is analyzed and evaluated. Finally, the relationships between signal detection probability, compressive factor and signal bandwidth are also illustrated. Several numerical results are presented to verify the theory.     

卫星信号模拟器研究现状及发展趋势

卫星信号模拟器是一种高精度的标准信号源,可以产生卫星导航信号,为导航接收机的研制开发、测试提供仿真环境,是导航接收机设计的必备辅助工具。详细介绍了卫星信号模拟器的国内外研究动态,总结了国内外在该领域的技术现状,最后,对卫星信号模拟器的未来发展趋势做了探讨。     

基于GNSS多径信号的反射面参数估计算法

全球卫星导航系统（GNSS）多径信号广泛存在于城市峡谷等复杂导航定位场景中. 多径信号在干扰GNSS接收机并造成系统定位精度下降的同时,也为接收机提供了周边反射面环境信息. 在码相位延迟幅度联合跟踪算法（CADLL）实现GNSS多径信号感知和特征参数提取的基础上,设计实现了基于粒子滤波的反射面参数估计算法. 该算法可以在GNSS多径环境中增强接收机的环境感知能力,相关环境信息可应用于场景感知、避障、路径规划和定位增强等领域. 静态环境下进行GNSS多径信号采集和算法测试,实验结果表明该算法能够有效估计反射面位置参数,反射面方位角均方根误差（RMSE）小于10°,反射面俯仰角RMSE小于5°,反射面距离RMSE小于10 m.      

导航卫星星地/星间链路联合定轨中设备时延的方法

导航卫星系统播发的卫星钟差改正数包含了卫星的导航信号设备群时延。从保持与用户算法一致性的角度考虑,指出利用星间测距数据求解的卫星钟差也应该包含导航信号设备群时延。由此发现星间链路设备时延以组合时延的形式出现在观测方程中：接收设备时延与导航信号群时延之和构成组合接收时延,发射设备时延与导航信号群时延之差构成组合发射时延。探讨了处理星间链路设备时延的方法,提出两种在定轨和钟差解算数据处理的同时估计设备时延参数的方法：一是估计每颗卫星的组合接收时延和组合发射时延;二是估计每条(有向)链路的时延偏差参数(组合接收时延与组合发射时延之和)。通过仿真实验,证明了所提方法正确性和有效性。结果表明,利用提出的方法可以显著地降低设备时延对轨道和钟差解算精度的影响,效果几乎接近设备时延被准确标定的理想情况。     

基于矢量跟踪的GNSS／SINS相干深组合系统研究

为满足组合导航系统在高动态环境下的性能要求,设计基于矢量跟踪的GNSS／SINS相干深组合导航方法。利用矢量跟踪环路将所有可视卫星的跟踪和导航解算融为一体,增强通道间的辅助;高动态对载波跟踪影响更大,在通道预滤波中将码环载波环分别用独立的滤波器处理,组合滤波中采用通道间差分降低滤波状态维数,提高计算效率。引入惯导的加速度辅助本地信号参数预测,较精确地测量卫星视线方向的加速度,减小接收机在高动态时段的剩余动态,提高本地信号参数的预测精度。基于矢量跟踪软件接收机搭建相干深组合仿真系统,实验表明该方法在高动态等环境下能提高信号跟踪性能,改善系统的精度、可靠性。      

A new evil waveforms evaluating method for new BDS navigation signals

With the advent of new global navigation satellite systems (GNSSs) and new signals, GNSS users will rely more on them to obtain higher-accuracy positioning. Evil waveform monitoring and assessment are of great importance for GNSS to achieve its positioning, velocity, and timing service with high accuracy. However, the advent of new navigation signals introduces the necessity to extend the traditional analyzing techniques already accepted for binary phase-shift keying modulation to new techniques. First, the well-known second-order step thread model adopted by the International Civil Aviation Organization is introduced. Then the extended new general thread models are developed for the new binary offset carrier modulated signals. However, no research has been done on navigation signal waveform symmetry yet. Simulation results showed that, waveform asymmetry may also cause tracking errors, range biases, and position errors in GNSS receivers. It is thus imperative that the asymmetry be quantified to enable the design of appropriate error budgets and mitigation strategies for various application fields. A novel evil waveform analysis method, called waveform rising and falling edge symmetry (WRaFES) method, is proposed. Based on this WRaFES method, the correlation metrics are provided to detect asymmetric correlation peaks distorted by received signal asymmetry. Then the statistical properties of the proposed methods are analyzed, and a proper deformation detection threshold is calculated. Finally, both simulation results and experimentally measured results of Beidou navigation satellite system (BDS) M1-S B1Cd signal are given, which show the effectiveness and robustness of the proposed thread models.     

卫星导航系统导航信号与导航电文设计中的时间要素

从时间要素考虑，卫星导航系统如何支持用户对卫星钟误差的改正，如何支持用户进行实时、无整周模糊地伪距测量以及如何支持多系统兼容定位等，是导航信号与导航电文设计中必须解决的问题。本文在对国外卫星导航系统导航信号与电文设计进行分析研究的基础上，对这些问题进行了一些探讨。     

一种GNSS/视觉观测紧组合导航定位算法研究

全球卫星导航系统(GNSS)在弱信号环境下,GNSS信号易受到遮挡或者电磁干扰,严重影响导航定位的可靠性、连续性和精度. 针对此问题,本文作者研究了一种GNSS和视觉观测紧组合导航定位方法. 首先基于相机采集图像数据,利用ORB-SLAM2开源平台求解得到视觉位置结果增量,再联合GNSS伪距观测数据采用卡尔曼滤波(KF)进行组合定位解算. 采用实测的GNSS伪距观测数据和图像数据进行测试,试验结果表明:该算法不仅能有效地提升GNSS弱信号环境下导航定位的连续性和精度,还能在卫星数少于4颗时保持持续导航定位.      

附加约束条件对GNSS/INS组合导航结果的影响分析

针对车载全球导航卫星系统/惯性导航系统（global navigation satellite system/inertial navigation system,GNSS/INS）组合导航中卫星信号中断,惯性导航系统单独导航误差积累较大的问题,提出了附加载体运动条件约束的卡尔曼（Kalman）滤波解算方法。通过利用载体固有的运动约束,包括近似高程约束、近似速度约束和近似姿态约束,减少载体自由度和模型参数;通过引入新的观测类型,增加观测冗余,可以加强Kalman滤波解,提高在GNSS信号中断时组合导航系统的定位精度,实现无缝导航。