导航卫星精密定轨与时间同步技术进展

全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System, GNSS)通过播发卫星钟差和精密轨道信息实现时间和空间基准信息向导航用户的传递.随着高精度原子钟等导航卫星载荷、星间链路等天基/地基监测手段以及数据处理方法等技术的不断更新,卫星轨道和钟差产品的精度和实时性也逐步提升. 2018年12月,北斗三号卫星导航系统正式开通,为"一带一路"国家提供实时高精度、高可靠的基本导航定位服务.综述了北斗导航系统从北斗二号区域系统到北斗三号全球系统精密定轨与时间同步处理面临的困难和挑战,针对上述问题,阐述了北斗运行控制系统的解决途径和实现指标.与GPS等其他GNSS系统进行比较,分析了不同导航系统技术特点.最后展望了精密定轨与时间同步技术未来的发展路线图,为更高精度的GNSS导航定位授时服务提供参考.     

Galileo系统和区域增强导航系统的定位误差比较

采用最小二乘协方差方法分别对Galileo系统的定位误差和中国区域导航增强系统的定位误差的计算进行定义,并通过matlab编程仿真比较得出:区域增强导航系统的定位误差只有Galileo系统定位误差的三分之一。表明,如果能建立区域增强导航系统将在较大程度上提高中国区域的导航能力。     

利用多模卫星导航系统加快PPP的收敛速度

精密单点定位(Precise Point Positioning,PPP)不需要基准站的支持,具有广阔的应用前景.但是PPP获得高精度定位需要一个收敛过程.为了加快PPP的收敛,讨论利用多模卫星导航系统加快PPP的收敛.实验表明多模卫星导航系统使用了更多的观测量,收敛速度明显加快,三维误差收敛到10 cm、15 cm和20 cm需要时间减少的平均百分比分别为42%、78%和74%.同时也表明在山区等卫星高度截止角较高的困难地区,在单一系统无法实现定位的情况下,多模卫星导航系统也可以明显加快PPP的收敛,获得较好的定位结果.     

利用卫星电视系统进行导航的基准站配置

在导航系统中,基准站配置的优劣直接关系到定位的精度及系统的可用性,对利用卫星电视系统进行导航可能采用的几种基准站配置进行了讨论,并对具体问题进行了分析计算,分析认为解决好基准站配置,合理地组合导航系统,可有效地提高定位的精度及系统的可用性。     

多模卫星导航系统的RAIM算法研究

研究了多模卫星导航系统的RAIM（接收机完好性自主检测）算法,根据多模卫星导航系统的定位模型,基于最小二乘法的原理计算伪距残差,构造奇偶矢量进行故障检测和故障排除。在只有一个观测量出现粗差的前提下,仿真了GPS与多模GPS／GLONAss／Galileo系统下的卫星可见数和DOP（精度因子）,对比了衡量RAIM算法可用性的水平保护门限值（HPL）及这2种系统下的故障检测率与故障排除率。仿真结果表明：与GPS相比,多模导航系统具有更多的可见星,RAIM算法的可用性更高,并且其故障检测和故障排除的性能更好。因此,多模卫星导航系统不仅能为用户提供更高的定位精度,还能为用户提供更好的完好性保障。     

GNSS信号稳定性评估方法研究

全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)的信号质量评估是卫星导航系统设计和运行过程中的重要环节.在简要介绍导航信号特点的基础上,介绍了基于监测数据的信号稳定性评估方法,最后从伪距原始观测数据、伪距拟合残差、伪距拟合残差标准差3个层面进行了评估,给出了在Matlab环境下评估的具体结果.分析结果进一步证实了该方法的正确性和可行性.该方法有助于保证全球导航卫星系统空间信号的连续性和可靠性.     

北斗导航星座现状仿真分析与定量评估

北斗卫星导航系统是我国的重要基础设施建设项目之一。随着北斗三号系统建设进入收尾阶段,对当前北斗卫星导航系统的阶段性导航性能状况,许多导航用户依然十分关注。针对截至2019年5月已经在轨运行的北斗导航星座,利用卫星工具包软件(Satellite Tool Kits, STK)开展了北斗导航星座现状仿真分析与定量计算。选取国内有地理位置代表性的测站作为考察对象,给出了这些区域的北斗导航性能的仿真结果,同时以700 km高度的低地球轨道太阳同步卫星所在区域为考察对象,给出了高动态移动用户情况下北斗导航性能的仿真结果。仿真结果表明:在中国境内,当前北斗系统已经可以提供优于10 m的定位服务,具备为国家安全活动保障提供高精度的位置信息服务能力,当前北斗导航系统可以满足空间科学先导专项飞行器对导航位置的精度需求,仿真结果可供北斗导航系统开展全面测试提供数据参考。     

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.     

罗兰C链的改变和罗兰定时

由于导航技术尤其是空基导航系统的快速发展,世界导航系统的格局在不断改变。如美国的导航星全球定位系统(GPS)已全系统运行,其应用的广泛性是引人注目的。但是,涉及面很广的导航问题,难以由一种手段满足所有用户的需要。罗兰C导航系统早已被人们广泛采用。GPS系统投入使用,减弱了某些地区导航对罗兰的依赖性,因此美国对罗兰C导航链的控制逐渐收缩。一些远离美国本土的台     

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。     

GNSS的BOC调制及其仿真

在阐述了各种BOC（binary offset carrier）调制技术（BOC调制是随着导航技术发展的需要提出的一种新的调制方式,可以实现频段共用、频谱分离并有很好的相关和抗干扰特性）的基本原理的基础上,介绍了一种在Matlab环境下建立BOC调制仿真模型的方法,给出了各种BOC调制的仿真频谱图并进行分析。仿真结果对于GNSS信号体制设计和工程实现有重要的指导意义。     

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.     

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。     

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。     

脉冲星在空间飞行器定位中的应用

利用脉冲星钟模型能高精度地预报脉冲星脉冲到达太阳系质心的时间。基于脉冲星时、空参考架可实现各类空间飞行器的自主导航。讨论了脉冲星钟的模型和脉冲星导航系统的框架结构,描述了脉冲星导航的基本原理和算法。指出脉冲星导航系统对脉冲星脉冲到达探测器时刻的测量精度,是决定空间飞行器位置解算精度的关键因素。脉冲星导航观测采用的原子钟如果足够稳定,则空间飞行器位置的解算方法可以简化。在脉冲星导航系统计时观测精度达到或优于几十微秒量级时,脉冲星视差、相对论效应的影响是不可忽略的。对脉冲星导航系统开发设计中的关键技术和进一步研究的主要问题进行了初步分析和讨论。     

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.     

基于GPS导航的嵌入式软件设计与实现

采用GPS定位技术 ,在WindowsCE的嵌入式环境中设计并实现了一套可广泛应用于智能交通系统 (ITS)和基于位置服务 (LBS)等系统中的具有定位导航服务功能的导航软件