北斗卫星导航定位系统简介

本文简要介绍了我国研制的北斗卫星导航定位系统的卫星发射及系统组成情况，阐述了双星导航定位的原理，并概略回顾了国内外卫星导航定位系统的发展历程。     

北斗卫星为神州导航

今年5月25日，我国第三颗“北斗一号”卫星发射成功，6月1日，我国自主研发的“北斗运营服务平台”正式开通，这标志着我国已经拥有了完全自主的卫星导航系统，北斗导航定位系统的大规模应用进入了实质性阶段。     

北斗卫星导航系统与测绘学科发展

<正>北斗导航开启了中国自主卫星导航事业,拓展了卫星导航的深度应用。北斗卫星导航系统以其导航、定位、授时及短文通信于一体,成为国际上别具特色的卫星导航系统,也成为中国测绘与导航发展的助推器。     

应用北斗光彩中国

2000年10月,我国第一颗北斗导航试验卫星升空,中国开启了建设自主全球导航卫星系统一北斗导航卫星系统的宏伟工程。经过10多年的努力拼搏,2012年底,北斗导航卫星系统正式向亚太大部分地区提供连续无源定位、导航、授时等服务,并对外公布北斗系统空间信号接口控制文件,掀起了北斗应用的热潮。2013年成为北斗规模化和产业化应用的元年,以北斗系统为核心应用引领的中国卫星导航与位置服务产业逐步形成,“北斗特色”为卫星导航与位置服务产业注入了强大的创新和发展动力。     

北斗卫星发射场系统GNSS控制网的优化设计

北斗导航卫星发射场系统GNSS控制网是为北斗卫星发射提供高精度的位置基准、射向基准及轨道测控基准,本文针对发射场系统GNSS控制网建立技术特点,以控制网观测的效率性、可靠性、经济性、精度性为优化设计指标,分别从控制基准优化选取、网形结构设计以及优化精度估算等方面对实施方案进行了优化设计,并通过实际作业验证该优化设计方法的科学性和可操作性。      

不同姿态控制模式下的北斗卫星定轨策略研究

北斗卫星的姿态控制分为动态偏置、零偏置和连续动偏3种,不同类型卫星、不同姿态控制模式、不同时段下定轨精度不一致,影响了北斗系统的连续性。详细研究了北斗不同类型卫星在不同姿态控制模式下的最优定轨策略,并基于实测数据进行试验,结果表明,BeiDou-2 IGSO（inclined geosynchronous orbit）/MEO（medium earth orbit）卫星采用基于星地钟差约束下多星定轨方法和ECOM（extended CODE model）5参数模型相结合的方法定轨精度最优,零偏期间,用户等效距离误差值为2.08 m,全球激光评估轨道视向精度约为1 m;BeiDou-3 IGSO/MEO卫星采用常规多星定轨和ECOM 5参数模型相结合的方法定轨精度最优;连续动偏期间,用户等效距离误差值为1.22 m,全球激光评估轨道视向精度为0.23 m,与动偏期间精度一致;GEO（geostationary earth orbit）卫星在春秋分附近时段采用基于星地钟差约束下多星定轨方法和ECOM 9参数模型相结合的方法定轨精度最优,用户等效距离误差值为0.72 m。     

基于北斗卫星导航系统的伪卫星增强技术初探

介绍了伪卫星技术,在借鉴GPS伪卫星技术的基础上,提出了使用伪卫星技术来增强北斗卫星导航系统服务功能的思路和想法。初步分析了基于北斗系统的伪卫星系统建设的一些关键技术和解决方案,为北斗系统的伪卫星增强系统建设提供了参考。     

北斗卫星轨道预报精度分析及改进

针对北斗GEO、IGSO、MEO的3种卫星类型和动态偏航、零偏航两种姿态控制模式,进行了以ECOM光压模型为基础的轨道预报精度分析。确定了北斗3类卫星的短期、中期、长期预报光压参数选择策略。采用光压参数修正法,通过对北斗卫星光压参数长期变化规律建模,有效提升了地影段轨道长期预报精度。研究结果可同时服务于北斗卫星轨道确定及历书参数生成。     

北斗三号卫星系统总体设计

对于全球导航卫星系统(global navigation satellite system, GNSS), 观测值测距性能会影响系统基本服务能力。大口径抛物面天线能够较好地削弱地面设备和环境对信号采集的影响。基于抛物面天线数据分析北斗三号全球卫星导航系统(BeiDou-3 global navigation satellite system, BDS-3)的观测值特性和测距性能。结果显示, B1I、B3I、B1C、B2a和B2b 5个频点上均未发现与北斗二号卫星类似的相同量级卫星星上伪距偏差, 部分频点伪距多路径存在波动, 但与高度角的相关性不强, 所有卫星测距偏差变化的平均量级为0.1 m。使用载波三频组合分析北斗三号卫星各个频率载波观测值的多路径变化和噪声水平, 载波三频组合存在毫米量级的变化波动, 但这种变化并未显示出与时间或者高度角的密切相关性, 基于抛物面天线数据的载波三频组合均方根误差绝大部分小于0.6 mm。以上结果表明北斗三号卫星的伪距和载波观测值未出现系统性偏差, 具有良好的测距性能。     

基于FPGA的P-H法星上解算卫星相对姿态

针对目前星上遥感图像实时处理只能实现低级别算法的情况,提出了基于现场可编程门阵列（field-programmable gate array,FPGA）的P-H法星上相对姿态实时解算模型。该模型不仅避免了传统基于欧拉角的复杂三角函数计算与初值估算,还降低了迭代次数。试验选用FPGA（V7 xc7vx1140t）作为实时解算的硬件平台。在FPGA实现中,采用64位的浮点数据结构和串行/并行相结合策略;并采用LU（Lower-Upper）分解-分块算法实现矩阵求逆。试验结果表明,该模型的迭代次数比基于欧拉角的少了13次。该模型在FPGA和计算机的实现结果相差仅为5.0×10-14,加速度比为10。另外,该模型可广泛适用于实时性要求高的图像处理领域。     

IGSO姿态控制模式切换期间定轨策略研究

我国卫星导航系统lGSO卫星采用动态偏航与零偏航两种姿态控制模式,在太阳矢量与轨道面夹角较小时,采用零偏航。卫星姿态控制模式的切换造成了卫星所受光压力的变化。当处理包含动偏/零偏切换点的数据弧段时,由于卫星精密轨道确定策略及光压模型的不适应,无法用一组光压参数拟合两种状态,造成定轨精度下降。本文提出了利用分段线性模型描述太阳光压的定轨策略,可将定轨重叠弧段URE精度提高75%。解算的光压参数能够反映出两种状态的差异,是解决姿态转换期间轨道确定的有效方法。     

一种"北斗"双星定位新算法

依据“北斗”双星定位原理，分析了影响“北斗”双星定位精度的主要因素，在现有双星定位方法的基础上，推导了一种“北斗”双星定位新算法，仿真计算结果表明：该算法对初值要求低，计算结果准确、可靠。     

北斗卫星导航系统试运行服务性能评估

针对北斗区域卫星导航系统试运行服务,给出了系统覆盖区、服务精度、服务连续性、服务可用性的测试方法及计算公式。测试结果表明,北斗区域卫星导航系统运行稳定、可靠,能够为覆盖区内用户提供20m(95%)左右的定位精度,且其服务连续性指标优于0.92/h,可用性指标优于90%。随着系统研制建设的全面完成,有望全面达到系统设计的指标要求。     

ZY-3卫星姿态插值与拟合方法研究

卫星姿态作为构建ZY-3卫星高分辨率遥感影像严密几何成像模型的必要参数,其精度对卫星影像几何定位精度有直接影响,因此研究如何获取卫星成像时刻的三线阵影像扫描行精确姿态具有重要意义。本文分别基于多项式插值方法、多项式拟合方法及球面线性插值方法对ZY-3卫星星上直传精密姿态进行了拟合与平滑,进一步与基于高精度几何定标场反演的对地相机精密姿态进行了比较。研究结果表明,基于欧拉角姿态参数的插值拟合方法同样适用于四元数姿态参数,两者精度相当,且姿态拟合精度可以达到1~2角秒级,为遥感影像高精度几何处理提供精确可靠的外方位角元素。     

基于北斗卫星定位技术构建车辆监控系统

考虑GPS／GSM组合模式车辆监控系统的不足,提出了基于北斗卫星定位技术的车辆监控系统解决方案,阐述该车辆监控系统的技术原理和系统框架结构。     

新疆北斗卫星地基增强系统性能测试及分析

为探究和验证在新疆整体地形局限、基准站建设密度不均情况下的新疆北斗卫星地基增强系统(XJ-CORS)的定位精度、解算能力及系统性能,本文首次以新疆全域为测试范围,对实时定位和静态定位精度所涉及的初始化时间和固定率、事后高精度定位性能、时间可用性、空间可用性、兼容性等指标,以及基准站管理、流动站管理、差分数据格式支持、自...     

基于GPS的低轨卫星简化解析法轨道预报

由于星载设备的运算量、存储量的限制,在保证所需精度的前提下,根据卫星轨道的具体特点,尽可能地简化轨道改进、预报和摄动计算公式,对此提出基于GPS的星载简化解析法,采用一阶分析摄动理论和部分田谐项摄动。通过实例,证明该方法可在满足一定精度的情况下降低定轨方案的复杂度,具有一定的工程应用参考价值。