卫星导航系统星间链路分析

对全球卫星导航系统星间链路的几何特性进行分析、仿真,并且对星间链路应该采用的频段进行选择,进而根据星间链路应该达到的技术指标进行星间链路预算,为星间链路系统的设计奠定基础。     

BD卫星星间链路定轨结果及分析

我国新一代北斗导航系统试验卫星搭载了高精度星间链路载荷并已经得到了实测数据。本文给出了星间链路数据预处理方法,并介绍了星间链路数据独立定轨和星间Ka测量与L波段数据联合定轨的方法和初步结果。利用3颗试验卫星和1个地面Ka站在轨试验,结果表明:独立采用星间链路定轨,其结果 R方向误差小于0.5m;星间链路数据与L波段数据联合定轨,其对L波段定轨结果有显著改善,轨道R方向误差小于0.3m;星间测量设备时延标校精度优于0.1m。     

一种适用于卫星导航系统星间链路的可抢占时隙TDMA体制

针对传统TDMA体制数据传输时延较大的缺点,提出了一种适用于卫星导航系统星间链路的可抢占时隙的TDMA体制,并抽象出了该TDMA体制下的时隙编排优化目标,结合卫星导航系统星座的星间可视性,以顶点着色为理论基础提出了一种优化的时隙编排算法。仿真结果表明,与GPS星间链路的TDMA体制相比,所提出的TDMA体制可达到相同的卫星自主定轨精度以及系统用户等效观测误差(URE)性能,同时大幅提高了系统通信性能。     

基于北斗星间链路的卫星自主导航可行性分析

北斗三号卫星导航系统(BeiDou-3 navigation satellite system, BDS-3)在BDS-2基础上,设计实现了高速宽带星间链路网络,以期实现导航和通信的一体化建设,并为卫星自主定轨(autonomous orbit determination,AOD)技术的实现积累宝贵的实测数据。首先,利用星间链路数据建立分布式AOD模型;然后,利用实测的BDS-3星间链路数据,分析了18颗中圆轨道(medium Earth orbit, MEO)卫星间的建链有效率、星座构型及星间测量噪声,并讨论了轨道初值、滤波处理间隔等因素对AOD精度的影响;最后,给出了基于北斗三号系统18颗MEO卫星星间测距数据的AOD结果,用事后精密轨道产品对其进行了评估分析。结果表明:(1)BDS-3星间链路运行稳定,每颗卫星基本可维持9条左右的星间双向测距链路,星间有效链路数和星座布局已能够支撑实现分布式导航星座的AOD;(2)轨道初始精度、滤波处理间隔等都会影响状态估计精度和收敛速度;(3)轨道初值位置精度为0.1 m、滤波处理间隔为60 s的条件下,AOD连续运行30天的用户测距误差(us...     

国外卫星导航系统星间链路发展研究

利用星间链路提升卫星导航系统性能已成为全球卫星导航系统的重要发展趋势之一。以GPS为代表的国外卫星导航系统都在积极发展星间链路。我国北斗卫星导航系统也将在新一代全球导航卫星上搭载星间链路,目前已开展在轨试验。通过国内外文献查阅和跟踪研究,系统梳理比较了GPS,GLONASS和Galileo三大全球系统已投入使用和正在论证的星间链路技术方案。在此基础上归纳了星间链路的发展特点与趋势:1)星间链路的设计不再局限于实现自主导航,更倾向于通过星地联合实现增强提升导航性能;2)星间链路的发展当前以高频段射频星间链路为主,激光星间链路是未来的发展方向;3)星间链路测距通信将主要采用时分多址体制。相关研究成果对我国北斗卫星导航系统星间链路的发展具有借鉴意义。     

高轨航天器GNSS技术发展

随着高轨航天器任务和数量逐步增多,使用高轨GNSS技术在一定程度上避免了传统地面测控的局限性,降低了测控站网运行负担和维护成本,且提高了卫星平台自主导航能力和测定轨精度,具有显著的研究意义和应用价值。本文对GNSS用于高轨航天器的技术发展进行分析研究,对比低轨航天器,分析了GNSS在高轨空间环境中应用特点;从高轨GNSS可用性、在轨技术验证和高灵敏接收机技术3个方面,总结高轨GNSS自主导航技术特点和发展历程;分析了高轨事后精密定轨和编队卫星相对导航新任务中GNSS技术特点;从高轨航天器未来发展出发,给出后续高轨GNSS技术研究展望。     

基于星间星地链路的整网批处理定轨算法仿真研究

导航卫星的轨道确定是支撑GNSS运行的关键技术,星间链路的应用给传统GNSS的运行模式带来新的变革。通过将轨道确定转化为线性最小二乘问题,结合整网平差原理和联合定轨理论,提出了基于星间星地链路的整网批处理定轨算法。给出了批处理定轨流程;建立批处理定轨仿真试验,将星地联合定轨与传统定轨进行比较,结果表明:星地联合定轨方案能显著提高定轨精度,验证了算法的可行性和有效性。     

GNSS观测噪声对低轨卫星轨道确定的影响分析

低轨卫星不仅是实现全球通信的重要手段,也是对地观测研究的重要平台.利用全球卫星导航系统(GNSS)确定高精度的轨道是实现低轨卫星各项功能的重要基础.为了研究GNSS观测噪声对低轨卫星定轨精度的影响,该文通过模拟包含不同量级观测噪声的GNSS观测值,分析了 GNSS观测噪声对运动学定轨和动力学定轨结果的影响.实验结果表明,在伪距噪声量级优于0.6 m、载波相位噪声量级优于2 mm时,运动学定轨与动力学定轨结果相当,且都在毫米级;在伪距噪声量级为6m、载波相位噪声量级为厘米级时,运动学定轨结果达到厘米级,而动力学定轨结果仍然为毫米级,体现出了相对于运动学定轨的优越性;载波噪声相对伪距噪声对定轨结果的影响更大.     

低轨卫星与星间链路增强的北斗卫星联合定轨精度分析

为提升区域地面监测站条件下北斗卫星定轨精度,面向日益丰富的北斗星载数据和即将实现的星间链路技术,提出了联合运用地面监测站数据、低轨卫星星载数据与星间链路数据的北斗卫星精密定轨方法。讨论了低轨卫星星载数据与星间链路数据增强对于导航卫星精密定轨的影响,重点从低轨卫星数量、轨位分布及星间链路等方面进行了仿真分析。结果表明:加入少量低轨卫星与区域监测站联合定轨即可显著提高导航卫星定轨精度约73%,钟差解算精度略有改进但不明显;同等数量且均匀分布的低轨星座,其轨位分布对联合定轨精度影响不大;加入星间链路数据可大幅提升导航卫星定轨精度,且改进效率高于低轨卫星。     

航天器测定轨技术发展综述

归纳总结了现有航天器测定轨技术的发展历程及研究现状,分析讨论了地基、天基、天文自主等现有测定轨技术的特点及优缺点,揭示了目前仍未解决的一些测定轨难题。最后,提出一种可行的基于导航星间链路的测定轨新技术,并对航天器测定轨技术发展方向给出一些建议和展望。     

一种基于GEO星间链路的导航系统时间同步新体制

设计提出了一种时间同步新体制即在GEO卫星上放置高精度氢钟并在GEO卫星间建立高精度星间链路以进行高精度时间维持利用两种方案进行了仿真比较研究 仿真结果表明本文提出的方案切实可行可以显著提升时间同步精度尤其是自主时间同步精度并得出了时间同步精度与星间链路精度和星载钟的精度关系 仿真结果表明星载钟精度对新体制时间同步精度的影响相对于星间链路精度的影响较小.     

星地SLR和星间链路的BDS-3卫星精密定轨EI北大核心CSCD

目前,BDS-3卫星上已全部搭载星间链路设备,可利用星间双向测量数据分离卫星相对钟差和相对几何距离解耦卫星轨道和钟差,再把星间距离作为观测量结合地面测量数据进行星地星间联合定轨。人卫激光测距(SLR)技术不受载波相位模糊度、钟差等因素的影响,数据处理过程相对于GNSS技术的数据处理更简单,可以作为一种独立于GNSS观测技术的测量手段。所有BDS卫星上已搭载激光角反射器,因此本文利用2020年1月北斗星间链路数据及少量SLR数据对11颗BDS-3卫星(MEO/IGSO/GEO)进行联合精密定轨试验。分析结果表明,基于SLR和星间链路的3类轨道类型的BDS-3卫星定轨精度相当,轨道精度径向为4.2 cm,三维精度为30.2 cm;卫星轨道预报12 h和24 h MEO卫星三维精度约40.0 cm,IGSO三维精度优于60.0 cm;GEO卫星三维精度约1.0 m。在精密定轨的同时解算地球自转参数(ERP),由于激光数据量少,极移精度约3.0 mas,日长变化精度为0.35 ms。利用少量SLR观测数据和星间链路测量数据联合可以实现导航卫星的高精度定轨,如果能够对BDS卫星加强激光观测,有助于提升轨道精度,为BDS自主可控空间基准参数解算提供参考。     

一种星间链路天线时延零值测试方法

星间链路收发天线的时延零值是星间测距时延的组成部分,其标定精度影响星间的测距精度,从而影响编队飞行的星座系统性能。提出的星间链路天线时延标定方法,利用星座系统配置多个星间链路天线特点,取待测天线两两组合,通过星间链路发射机和星间链路接收机组成测试系统,测量组合时延。根据各组合时延值、测试通道的零值校准结果以及收发天线的空间传播时延,通过数据处理得到各测试天线收发星间链路信号时的绝对时延。提出的测试方法不需要专门的校准天线,采用与星间链路传输信号体制一致的测试信号,测试结果能真实反映星间链路信号传输时延。试验系统的测试结果表明,采用提出方法的天线时延标定精度可以优于0.5 ns。     

GNSS卫星精密定轨综述:现状、挑战与机遇

GNSS卫星精密轨道是高精度GNSS应用的基础与前提,GNSS卫星精密定轨技术也一直都是卫星导航领域的研究重点与热点。本文首先介绍了GNSS星座与跟踪数据概况,梳理了精密定轨函数模型、动力学模型及随机模型构建过程中的关键问题,归纳了低轨星载观测和星间链路观测等多源数据增强GNSS精密定轨的研究进展;然后,从应用的角度总结了当前GNSS精密轨道产品的基本状态,并进行了精度评估;最后,讨论了GNSS精密定轨在大网快速解算、多层次观测数据融合、太阳光压模型精化及高精度实时定轨等方面所面临的挑战,并展望了低轨星座、光钟、激光链路等新技术给GNSS精密定轨带来的机遇。     

导航卫星自主定轨中系统误差ΔΩ和Δt的消除方法

为了消除利用星间距离或速度观测值进行自主定轨时可能存在的卫星星座整体旋转和卫星钟差整体漂移的误差,提出利用单点定位的方法来研究并消除上述两项误差.当导航卫星整体旋转ΔΩ角时,单点定位所求得的测站经度也会偏移ΔΩ角,据此就能用具有精确地面坐标的控制点来测定ΔΩ角.当各卫星钟中均含有系统误差Δt时,利用单点定位所求得的接收机钟差中也会出现同样的误差,通过与标准时间比对就能测定Δt值.算例结果表明,该方法是有效的、可行的.     

混合星座星间链路的建立以及连通性和稳健性分析

首先,分析了混合星座的特点,并分别讨论了GEO卫星、IGSO卫星和Walker-δ星座的服务性能和星间链路的建立特点;然后,运用邻接矩阵给出混合星座连通性的判断标准,运用任意两颗卫星间相连途径的数目、割点、割边、k-连通度和k-边连通度给出星间链路稳健性的判断标准,并给出了星座达到k-连通所需要的最少星间链路的数目及其构建方式;最后,对模拟的3GEO+3IGSO+24MEO星座构型中各卫星之间的星间链路建立准则、连通性和稳健性进行了分析。     

导航卫星自主定轨中系统误差△Ω和△t的消除方法

为了消除利用星间距离或速度观测值进行自主定轨时可能存在的卫星星座整体旋转和卫星钟差整体漂移的误差，提出利用单点定位的方法来研究并消除上述两项误差。当导航卫星整体旋转△Ω角时，单点定位所求得的测站经度也会偏移△Ω角，据此就能用具有精确地面坐标的控制点来测定△Ω角。当各卫星钟中均舍有系统误差△t时，利用单点定位所求得的接收机钟差中也会出现同样的误差，通过与标准时间比对就能测定△t值。算倒结果表明，该方法是有效的，可行的。     

低轨卫星星载GNSS精密定轨的精度检核方法

基于星载GNSS的低轨卫星精密定轨是目前大地测量领域的研究热点,也是解决我国对地观测卫星精密轨道确定最有效的手段。讨论了目前低轨卫星星载GNSS精密定轨的精度评价方法,并通过对GRACE卫星的实测和仿真数据的处理和分析,讨论了这些方法在不同观测条件下的有效性与局限性。     

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.      

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。