北斗三号系统进展及性能预测——试验验证数据分析

2017年11月5日第一和第二颗北斗三号系统卫星发射升空,开启了中国北斗全球系统组网建设工程.为了验证北斗全球卫星导航系统的信号载荷和设计性能,2015至2016年间先后发射了五颗北斗三号试验卫星,较全面验证了北斗三号系统的性能.文章侧重描述北斗三号试验系统卫星钟、星间测距、时间同步和卫星定轨性能;详细分析了北斗三号民用信号的信噪比、伪距误差随高度角变化、多路径误差、空间信号综合质量、授时精度等;并与北斗二号系统相关性能进行了比较;最后基于现有试验卫星信号性能,预测了未来北斗全球系统的定位、导航和授时(PNT)性能.     

基于北斗卫星通信的地震监测系统设计

本文介绍了北斗卫星导航系统的基本原理和特点,探讨了北斗卫星通讯应用于地震监测系统的关键技术,设计了基于北斗卫星通信的地震监测系统。该系统将应用于吉林市某地震遥测台,并为今后地震遥测台建设提供借鉴。     

北斗授时在地震观测技术中的应用

中国正在实施的北斗卫星导航系统,已经覆盖亚太地区,可以为用户提供高质量的定位、导航和授时服务。本文介绍如何在地震数据采集器中引入北斗授时,并对比分析使用北斗授时和GPS授时的地震数据采集器的数据时间精度,结果发现,绝对精度均优于1 ms,可以利用该授时系统来提高地震观测台站时间服务的可靠性。     

以北斗系统为核心的国家安全PNT体系发展趋势

卫星导航系统具有脆弱性,为了确保核心基础设施定位、导航和定时(PNT)的安全,必须构建多物理原理混合的安全PNT体系.本文首先分析了现有北斗卫星导航系统自身能力增强途径,包括北斗星间链路的能力增强,北斗静止轨道(GEO)、倾斜同步轨道(IGSO)卫星的能力增强和低轨卫星配合的北斗系统PNT服务能力增强;其次,以北斗卫星导航系统为核心,描述了无缝覆盖深空、深海的综合PNT基础设施建设的主要内容,包括深空PNT星座、深海PNT声呐信标网络和地基低频/甚低频长波台网PNT体系.在此基础上,论述了与综合PNT和各类自主感知PNT信息配套的弹性PNT应用关键技术,包括弹性PNT传感器集成、弹性PNT函数模型和弹性随机模型.作为未来PNT应用的发展方向,文章最后论述了PNT应用的环境智能感知、PNT函数模型和随机模型智能优化以及多源PNT信息智能融合等智能PNT核心要素.     

基于北斗卫星通信的地震应急指挥系统研究

北斗卫星导航系统是我国自主建设、独立运行、具有完全知识产权的卫星导航系统。其兼具定位及通信功能的独有技术优势特别适用于大震后通讯中断的地震应急环境。本研究将北斗卫星通信技术及地理信息技术结合应用于地震应急指挥系统的建设中：基于北斗卫星定位技术解决灾害现场人员的位置追踪;利用北斗短报文技术解决盲区紧急通信问题;采用串口通讯、多线程、SHH2框架、Web GIS等技术构建数据采集、解析及综合呈现平台。最终完成集位置监控、灾情上报、统计展示、指挥调度于一体的北斗应急指挥系统建设,进一步提升了重大地震灾害的应急救助信息保障能力。     

北斗掩星事件数量与分布的模拟研究

北斗卫星导航系统作为我国自主开发的卫星导航系统,在掩星探测领域有着广泛的应用前景.文章针对利用LEO星载掩星接收机进行北斗掩星探测的任务,在建立LEO卫星轨道模拟系统和北斗全星座模拟系统的基础上,通过仿真计算研究了不同LEO轨道参数条件下北斗掩星事件的特点.分析了对于单颗LEO卫星,北斗掩星事件的数量和分布随LEO轨道参数包括轨道近地点角距、升交点赤经、轨道高度和倾角而变化的规律.针对北斗导航系统由GEO、IGSO和MEO三种轨道卫星组成的特点,对不同类型北斗卫星的掩星事件进行了研究,并分别总结了三种轨道北斗卫星掩星事件的特点.研究结果对利用北斗导航系统进行掩星探测有参考作用.     

基于北斗卫星的地震应急现场通信系统应用研究设想

破坏性地震发生后,传统的地面通信网络会受到严重的破坏,甚至会处于瘫痪状态,无法保证前后方应急指挥部之间的数据传输、应急通信、指挥调度等应急需求。为了确保地震应急指挥的顺利开展,需要有一套安全、可靠的通信系统,而我国自主研制的北斗卫星导航系统（BDS）是全球性的卫星导航系统,具有精准定位导航、精密授时、短报文通信等功能,可以在灾害应急指挥中发挥重要作用。因此,从地震现场应急工作的需求出发,在分析各种通信技术的基础上,研究探索一种基于北斗卫星导航系统的地震应急现场通信系统,以满足快速获取灾情信息、精准定位灾区位置、实时传送灾情报告的地震现场应急需求,保障地震现场通信能够畅通无阻,确保应急指挥顺利开展。      

卫星导航“江湖志”

<正>2014年11月17日,国际海事组织海上安全委员会第94次会议在英国伦敦召开。会上,国际海事组织审议通过了对北斗卫星导航系统认可的航行安全通函,这标志着北斗卫星导航系统正式成为全球无线电导航系统的组成部分,取得面向海事应用的国际合法地位。"北斗"这个我国正在建设中的覆盖全球的卫星导航系统,正以全新的姿态获得世界的关注与认可。     

北斗区域卫星导航系统基本导航定位性能初步评估

北斗区域卫星导航系统(也称北斗2代1期)于2012年12月27日正式开始运行,系统由14颗卫星组成,包括5颗地球静止轨道卫星、5颗倾斜地球同步轨道卫星和4颗中圆地球轨道卫星.本文初步评估了北斗区域卫星导航系统建成运行后的基本导航定位性能,包括卫星可见性、位置精度衰减因子、伪距和载波相位观测量精度、单点定位和差分定位精度以及模糊度解算性能等.通过实验分析可知:北斗伪距和载波相位测量精度已与GPS处在同一水平,伪距测量精度约为33 cm,载波测量精度约为2 mm;北斗伪距单点定位水平精度优于6 m,高程精度优于10 m,已满足设计要求;北斗区域卫星导航系统已具备独立的双频RTK定位能力,其单历元双频模糊度解算成功率几乎与GPS相当;北斗载波相位差分定位精度与GPS相位差分定位处在同一水平,超短基线情况下,定位精度优于1 cm,而在短基线情况下优于3 cm;北斗与GPS组合定位时,模糊度解算的固定率和可靠性均显著提高;在短基线情况下,北斗/GPS组合载波相位差分动态定位精度相对于单一的GPS定位的改善可达20%以上;北斗单频伪距差分定位精度优于2.5 m,与GPS相比仍存在较大差距,其主要原因可能为北斗GEO卫星伪距多路径误差较大.     

北斗卫星通信在强震动台网数据传输中的应用

北斗卫星系统是中国正在实施的自主研发、独立运行的卫星定位与通信系统.因其具有短报文通信功能,进行相应的软硬件开发,可以用于传输包括烈度在内的强震动台网观测数据.通过北斗卫星传输烈度速报的性能测试和在芦山7.0级大地震中的实际应用效果,对北斗卫星系统目前在强震动台网数据传输中的应用方式和效能进行介绍.     

北斗卫星导航系统/美国全球定位系统载波相位相对定位全球精度分析

文章推导了载波相位相对定位精度的计算公式;分析了影响载波相位相对定位精度的各项因素;提出了频率精度衰减因子的概念,用以表达不同频率组合对定位精度的定量影响;在此基础上,计算并绘制了美国全球定位系统(GPS)、北斗二号(BDS2)、北斗三号(BDS3)及其融合系统的单天解、半小时解和单历元解的相对定位精度因子全球分布图;利用自主知识产权的处理软件(GCN和VENUS/ARSNet)解算了实测数据,检验了GPS和BDS2的单天解和单历元解的定位精度.分析表明:BDS的B1/B2频率定位精度优于GPS L1/L2频率; BDS2在其服务区内精度总体上与GPS相当; BDS3在亚太地区定位精度高于GPS.根据上述结论,文章在导航系统信号频率和全球定位系统(GPS)测量规范方面提出了优化建议,可为系统性能优化和制定标准提供参考.     

星基增强系统L1频段信息服务性能分析

在北斗全球导航服务进程中,北斗星基增强服务的建设是我国卫星导航事业自身建设和不断完善发展的内在需求,更是我国卫星导航系统标准化建设的必然要求。本文基于星基增强信息定位原理,研究并实现星基增强系统的标准定位算法,采用IGS站点数据及增强信息电文,对WAAS与EGNOS系统服务性能进行分析评估,在“陆态网络”数据处理中,加入SBAS信息也可对相关误差进行改正。结果表明,加入播发的差分改正信息定位精度相对于伪距单点定位显著提高,平面方向统计均方根残差优于1m,高程方向优于1.2m;研究发现受地面参考站分布区域以及电离层、观测星座的影响,WAAS和EGNOS在定位服务性能覆盖范围内均表现出一定的区域性。从总体分析来看,不同系统空间段GEO卫星播发SBAS消息特性不一,均满足单频定位需求,EGNOS稳定性低于WAAS系统,播发消息时有中断现象,在实时单频定位性能方面,WAAS的服务性能较EGNOS得到更优的解算结果。     

基于北斗卫星的地震灾情上报系统应用研究

四川省的地震活动主要发生在西部地区,四川由于地形原因,一旦发生破坏性地震,极易造成震区通信、交通等联系方式的全部中断,形成"信息孤岛"。为了解决"信息孤岛"问题,系统采用智能手机终端与分体式北斗终端链接,通过北斗卫星信道与移动通信网络连通的方式,将人员伤亡和房屋建筑破坏情况等关键灾情信息编码后以短报文形式回传后方指挥部,为地震灾情快速初步判断提供及时、可靠的第一手资料。     

COMPASS与其他GNSS组合导航完好性分析

GNSS用于民用航空导航必须满足完好性要求,而完好性监测主要通过接收机自主完好性监测和基于增强系统的GNSS完好性通道两种手段实现．北斗卫星导航系统（COMPASS）的快速发展将显著改善卫星几何观测结构,此外,GNSS多频信号可以消除一阶电离层延迟的影响,从而改善RAIM的可用性,使得利用RAIM提供全球范围内无缝的航空进近的完好性服务成为可能．利用仿真数据分析了COMPASS对RAIM可用性的贡献;分析了COMPASS单系统及与其他卫星导航系统组合用于民用航空导航时,利用RAIM能够满足航空进近哪些阶段的完好性需求;探讨了COMPASS用户测距精度对其完好性性能的影响．     

地基GNSS遥感探测气象应用

全球导航卫星系统（GNSS）给定位、导航和授时服务带来了革命性变化,同时其L波段（1160～1610MHz）微波信号可用于全球覆盖、高时间分辨率的大气、海洋和陆表参数遥感探测。基于信号类型,GNSS遥感可分为折射信号遥感和反射信号遥感两大类;基于探测平台,GNSS遥感可分为地基GNSS遥感、空基GNSS遥感和天基GNSS遥感三大类。随着我国自主建设的北斗卫星导航系统全面建成,GNSS遥感将迎来新的发展机遇和挑战。本文回顾近20年地基GNSS遥感探测在气象领域的应用进展,展望其在气象领域下一步可能的应用。     

卫星定位导航系统在地震应急救援中的应用

在对地震灾害特点综合分析的基础上,分析了地震应急响应与救援决策中的关键性问题。认为震害的规模、程度、空间分布和灾情发展趋势,以及快速获取灾情信息已成为整个地震应急响应和救援决策的关键;而对灾情空间分布及其不同灾情程度位置的确定是救援决策的先导与重要环节。卫星定位导航技术在地震应急搜救的信息快速获取、应急响应、救援决策、指挥、搜索与营救等救援行动的整个过程中,都将发挥其强大的功能。建议研发中国北斗灾害应急救援导航与指挥决策系统,包括地震灾情快速获取、快速判定和决策定位导航技术系统、地震救援指挥调度技术系统和应急救援物流定位导航技术系统建设;研发北斗灾害应急救援导航装备,包括自主定位导航幸存者搜索和营救设备研发和国内外巨灾救援专用定位与导航系统研发。     

人造卫星 地球的“扫描仪”

目前是国家航天事业蓬勃发展的重要时期,"北斗"卫星导航系统全球组网即将完成。笔者通过对人造卫星的概念、分类、工作原理和应用举例的介绍,让公众尤其是青少年对人造卫星——"地球的‘扫描仪’"能有更加清晰的认识,了解其在国防、工业与生活中广泛的用途,更加热爱并投身于卫星遥感事业发展的浪潮中!     

RINEX观测数据文件格式及其应用

全球导航卫星系统（GlobalNavigationSatelliteSystem,GNSS）的应用日趋广泛,然而各接收机生产商提供的数据记录格式各不相同。国际上普遍采用RINEX（一种与接收机无关的转换格式）格式数据作为数据后处理的标准输入。RINEX格式从其出现至今经过了一系列演化,诞生了不同的版本。在实际应用中涉及不同版本的数据时。尤其是编程读写RINEX文件时,对读写数据格式定义的不恰当可能造成严重的错误。本文集中对RINEX迄今为止广泛应用的几个版本的观测数据文件的标准格式进行说明,并就不同版本RINEX格式观测数据文件的应用进行比较,结合我国正在建设的北斗卫星导航系统（BDS）引出关于数据文件格式方面的一些认识。     

地震电磁卫星地面传输系统简介

开展天地一体化地震观测是目前推动地震短临科学研究取得突破的重要途径之一。以卫星观测为主要手段的空间对地观测技术是实现对我国及临区进行地震电磁效应高精度、大范围和大动态连续观测的有效途径,并且为地震短临预报开创空基监测的新思路。地面传输系统是连接地震电磁卫星各应用系统之间的重要桥梁和纽带。它的科学设计是地震电磁卫星项目建设的基础。本文拟从国内外发展现状、系统建设指导思想、系统组成、链路功能描述、系统运行性能指标等方面对我国即将建设的地震电磁卫星地面传输系统进行简要分析介绍,从而为地震电磁卫星地面传输系统初步设计的完成提供一个基本框架。     

基于“张衡一号”卫星的GRO掩星载荷数据分析

"张衡一号"电磁卫星于2018年2月2日成功发射,该卫星搭载的全球导航卫星系统无线电掩星(GRO)接收机具备了全球定位系统(GPS)卫星和北斗导航系统(BD)卫星的掩星观测功能。对在轨测试期间数据进行分析,GRO掩星电离层反演结果合理、趋势正确,每天能够探测600个左右的电离层掩星事件。对连续2个多月共3万多个GRO掩星事件进行全球覆盖性分析,并与美国COSMIC掩星反演结果对比,GRO掩星与COSMIC掩星均能实现全球覆盖并且N_mF_2和H_mF_2的全球分布情况相近,随着纬度而变化明显。利用不同纬度的3个数字测高仪对时空一致的GRO掩星数据进行对比验证和分析,GRO掩星的N_mF_2相对数字测高仪的相对RM_SE优于9.41%,相关系数优于0.868 2。H_mF_2的相对RM_SE优于7.80%,相关系数优于0.706 6。