月球导航的卫星可见性及信号强度分析

针对利用GNSS卫星在月球上实现导航定位问题,提出了月球导航的卫星可见数目计算方法,该方法充分考虑了地球遮挡和波束宽度,分析卫星可见性、计算卫星可见数目。本文统计了不同系统卫星的可见时长以及地球遮挡时长,分析了不同系统的部分信号得到可见卫星信号到达月球表面的信号强度范围及其分布。试验结果表明：当卫星波束宽度大于等于37.416°时,各个时刻的卫星可见数目至少大于4颗,此时满足在月球上进行导航定位的最低要求。在设置波束宽度为37.416°时,选取卫星的部分信号分析,得到当卫星信号到达月球表面的强度,平均有13.41%的可见卫星的信号强度位于-180～-170 dBW,平均有86.59%的可见卫星的信号强度位于-190～-180 dBW。     

导航卫星精密轨道与钟差确定方法研究及精度分析

介绍导航卫星精密轨道与钟差确定的相关方法,重点研究了联合双差与非差GNSS数据处理技术实现精密定轨与钟差估计的原理与实现方法,基于GPS实测数据进行了定轨与钟差确定精度分析,结果表明：利用全球均匀分布的30余个测站一天的观测数据,R、T、N方向定轨精度可以达到0.031 m、0.074 m、0.077 m,卫星钟差确定精度可以达到0.22 ns。     

利用SLR及伪距数据进行卫星预报钟差精度验证

论述了综合利用SLR和伪距观测数据进行导航卫星预报钟差精度评估的原理及计算步骤。分析了该方法所能达到的精度,并进行了可行性验证。采用2005年的观测数据对广播星历预报钟差精度进行了评估,给出了有益的结论。     

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.     

导航卫星星载原子钟异常监测分析

通过对星载原子钟钟差数据进行双差处理构建平稳时间序列,利用基于平稳时间序列的2χ检验法监测星钟异常扰动。通过分析得出,历元间双差检测法对于快变的相位异常比较敏感,而对慢变的频率异常效果不佳;而基于平稳时间序列的2χ检验法对快变的相位异常和慢变的频率异常均比较有效。     

区域卫星导航系统的卫星星座

讨论了区域卫星导航系统卫星星座中所用卫星轨道类型。重点讨论了卫星定轨精度、卫星利用率等问题，比较了它们在区域卫星导航系统中的适用性。     

轨道摄动影响GNSS卫星可见性的分析研究

针对GNSS卫星轨道数据受到摄动力的影响产生偏差的现象,研究轨道扰动对卫星可见性的影响．借助STK(Satellite Toolkit)仿真软件,结合TowBoday、J2、J4和HPOP四种轨道预报模型对卫星轨道进行仿真研究;选取TowBoday、J2和HPOP三种模型对星座系统仿真,生成地面测控站对星座卫星的可见性分析报告．仿真结果表明:摄动力会对卫星轨道产生扰动;引入摄动力的轨道方程能解算出更为准确的轨道根数;HPOP模型能更为精确地进行卫星轨道的预报,在该模型下,纬度和经度方向上的最大误差分别为0.076°和0.115°,径向方向上高度最大误差为3.226 km;卫星轨道的扰动对卫星可见性产生一定的影响,最大误差为9.913 s.      

GNSS广播星历轨道和钟差精度分析

为了对多个全球导航卫星系统（global navigation satellite system,GNSS）当前的广播星历精度进行一个全面的分析,对比了2014—2018年共5 a的GNSS广播星历与精密星历,并对全球定位系统（global positioning system,GPS）、格洛纳斯卫星导航系统（global navigation satellite system,GLONASS）、伽利略卫星导航系统（Galileo satellite navigation system,Galileo）、北斗卫星导航系统（BeiDou navigation satellite system,BDS）、准天顶卫星系统（quasi-zenith satellite system,QZSS）等5个系统的广播星历长期精度变化进行了分析。结果表明：5 a中GPS的广播星历轨道及钟差精度最稳定;GLONASS的广播星历轨道精度稳定性较好,但其钟差精度存在较大的离散度;Galileo得益于具备全面运行能力（full operational capability, FOC）卫星的大量发射及运行,其广播...     

利用SLR和伪距资料确定导航卫星钟差

提出了综合利用SLR和GPS伪距资料测定导航卫星钟差的方法,采用2002年10月的SLR和伪距实测数据计算了GPS 35卫星的钟差,并对GPS 35卫星的钟差进行了预报,为了验证计算结果的精度,将本文计算的卫星钟差与IGS精密钟差进行了比较.通过比较分析发现:综合利用SLR和伪距资料测定的导航卫星钟差精度优于3 ns,测定的导航卫星钟差与实际卫星钟差不存在系统差;导航卫星钟差的预报精度与计算卫星钟速的时间跨度有关;可以分离卫星坐标和卫星钟差之间的相互影响,便于对卫星钟差的研究.     

X射线脉冲星导航可见性分析

概述了X射线脉冲星可见性分析需要考虑的影响因素,给出了脉冲星高度角以及第三天体遮挡的计算公式。根据导航需要,按照脉冲星优选准则,选取50颗X射线脉冲星进行了仿真计算。分析了可见脉冲星个数随位置、时间、高度的变化规律,单颗脉冲星在1 d时间内可见性的变化情况,以及日月对脉冲星的遮挡情况。     

基于星载接收机的导航卫星自主信号监测理论研究

随着用户对卫星导航系统导航电文质量要求的提高,传统的故障监测和报警方法的响应速度已不能满足用户的需求。在分析星载接收机监测主要故障的基础上,介绍了星栽接收机的监测原理并设计了一套监测方案,该方案能够极大地提高监测卫星广播电文质量的响应速度,基本上能满足卫星导航系统导航电文质量实时监测的要求,仿真计算取得了较好结果。     

GNSS卫星可见性及可用性的概率特征

针对现有平均值指标难以客观地评价具有显著非对称非均匀的全球导航卫星系统可见性及可用性的问题,该文利用概率统计方法和广播星历研究了北斗导航系统、全球导航卫星系统和格洛纳斯系统的可见性及可用性的概率分布特征。结果表明:可见星数、站星高度角及可跟踪因子、几何精度因子值的概率直方图均呈显著的非对称非均匀分布特征。中地球轨道卫星可见概率与高度角为近似线性负相关,随方位角呈现"四叶玫瑰"对称非均匀分布特征且南北向可见概率略高于东西向。北斗导航系统静止地球轨道、倾斜地球同步轨道卫星远高于中地球轨道卫星的可跟踪因子,显著提高了导航星座时间可用性。星空分布图与几何精度因子值均表明导航性能随纬度增大而降低。此外,全球定位系统和全球导航卫星系统在可见性及可用性概率特征基本一致,而北斗导航系统概率分布特征与之具有较高的互补性且在亚太地区较之更适用于受限应用条件。     

旋转载体多天线对GPS卫星可见性分析

利用GPS测量高动态旋转载体飞行轨迹时,一般采用多个天线实现对GPS卫星的连续覆盖。如何选取合理的天线数,在增强天线覆盖特性和降低接收机设计的复杂性等方面达到最优,需要进行分析计算。在综合分析卫星仰角、GPS天线增益以及空间载体旋转对GPS卫星可见性影响的基础上,采用一种新的卫星可见性判断方法,仿真验证了不同天线数在载体旋转条件下对GPS卫星的连续覆盖特性,给出了适用于旋转载体弹道测量的合理的天线数目,具有一定的工程实用意义。     

北斗卫星导航系统广播星历精度分析

针对系统地评估我国北斗卫星导航系统广播星历精度与保障实时导航定位服务的需求,对BDS广播星历提供的卫星轨道、钟差以及用户测距误差(URE)的精度性能进行分析,统计了2015年连续4周全部BDS在轨健康卫星的广播星历各项精度指标值。分析结果表明:BDS的MEO和IGSO卫星轨道精度优于GEO卫星结果,且径向精度优于法向和切向精度;BDS搭载的国产星载铷钟卫星钟差序列相对比较稳定,其均方根误差优于4ns;GEO/IGSO卫星的用户距离误差(URE)在6m以内,MEO的URE优于20m。研究结果对北斗系统的建设、后期的发展和用户市场的拓展,都具有重要的参考价值。     

全球导航卫星系统时间精度分析

全球导航卫星系统具有独立的时间参考系统,即GNSS时间,并溯源至UTC时间.GNSS时间精度参数不仅影响定位和授时的精度,也影响不同GNSS系统之间时间偏差的计算和预报,进而对GNSS系统的互操作性产生影响.本文对GNSS时间标度的产生和维持进行了分析,并通过分析给出了其精度估计结果.     

北斗系统卫星可见性和精度因子分析

北斗卫星导航系统是我国自主建设、独立运行的卫星导航定位系统,建成后将为全球用户提供高精度、高可靠的卫星定位、测速和授时服务。采用卫星工具包软件对北斗卫星导航系统在单点和全球范围内的可见卫星数和精度衰减因子值进行仿真分析。结果表明:北斗卫星导航系统在全球范围内的可见性和精度衰减因子值基本上达到预定的要求,特别是在亚太地区性能更优越。     

顾及星座稳定性及综合成本的低轨导航星座优化设计方法

利用低轨道地球卫星(LEO)进行导航增强首先需要设计低轨星座,在进行星座构型设计时,星座的稳定性及综合成本是需要考虑的两个重要因素,本文提出了顾及星座稳定性及综合成本进行低轨导航星座优化设计的方法.首先,利用遗传算法对铱星星座进行了优化,优化后的铱星星座与未优化前星座相比较,全球可见卫星数均值由2.3颗增至2.9颗,可见卫星数标准差由2.3降至0.7,综合成本因子由5.3降至4.5,证明了本方法的有效性.然后以Walker星座作为基本构型,在保证低轨混合星座稳定性的基础上,顾及导航性能和综合成本,利用遗传算法进行了混合星座的优化.将优化后的低轨混合星座与北斗星座进行了组合,组合后的星座与北斗星座相比较,全球可见卫星数均值由6.9颗增至9.3颗,可见卫星数标准差由1.1降至0.4.     

持续性全球多重覆盖的圆轨道导航星座的设计

首先描述卫星覆盖的理论以及卫星星下点在地面上的轨迹规律,然后根据导航星座的特点,通过对星座基本参数特点的讨论,并在参考GPS和GLONASS星座的基础上,确定了导航星座的构成。最后,在理论上证明了最小覆盖性的条件,随着模拟实际数据进行了验证。     

低轨卫星增强北斗三号导航星座性能分析

针对低轨卫星星座有待合理化设计的问题,深入研究了低轨卫星星座增强北斗三号系统定位性能。分析轨道高度、轨道倾角、星座构型对星座覆盖性能的影响,仿真北斗三号、GPS和3种不同类型的低轨星座,研究各低轨星座与北斗三号、GPS的组合系统在所选7个测站以及全球范围内的可见卫星数和PDOP值分布。结果表明低轨卫星对北斗三号的增强效果主要与低轨卫星数目有关,且不同轨道倾角的组合低轨星座有利于均衡系统在全球范围内的可见卫星数与PDOP值分布。低轨卫星有望通过改善卫星观测几何构型提高北斗三号系统的定位性能,且增强效果与低轨星座构型密切相关。     

太阳风暴对全球导航卫星系统的影响分析

太阳风暴将对北斗卫星导航系统的正常运行产生影响。对即将到来的第24个太阳活动高年期间,北斗系统可能受到的影响进行了分析。电离层延迟误差将使北斗系统用户定位精度进一步降低。电离层闪烁发生更为频繁,对北斗系统性能产生影响,闪烁严重时用户甚至失去定位功能。太阳风暴引起的电离层扰动,如电离层暴,也将对北斗系统性能产生影响。针对北斗系统建设,提出了应采用的应对措施。