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第二届中国卫星导航学术年会（CSNC2011)

第二届中国卫星导航学术年会（CSNC2011)

  • 召开年：2011
  • 召开地：上海
  • 出版时间： 2011-05

主办单位：科技部;教育部;交通部;中国卫星导航系统专项管理办公室

会议文集：第二届中国卫星导航学术年会（CSNC2011)论文集

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  • 摘要：目前，精密单点定位技术(precise point positioning，PPP)已经成为人们广泛开展的研究方向，这是一种需要利用IGS数据中心提供精钟差产品的非差定位技术。IGS提供的15min，5 min或30s的精密卫星钟差，通常需要经过拟合或插值的方法来加密到用户需要的时刻或间隔。本文首先讨论了多项式拟合和分段线性插值这两种不同类型的钟差加密算法，然后又尝试了利SVM(Support VectorMachine，SVM)来对进行拟合的钟差数据加密算法。基于SVM拟合法采用结构最有化准则，而不是通常拟合法中采取的经验最优化准则，是一种全新的拟合方法。算例则采用由IGS提供的精密钟差数据(5min间隔30s间隔)，对上述三种方法的加密效果进行了分析与比较，同时分析了不同种类卫星钟的加密效果。结果表明，新的加密算法在某些卫星的加密精度方面取得一定程度的提高，同时发现，不同种类钟用同一种加密算法得到的精度不同，这可以通过稳定性分析给出合理解释。
  • 摘要：2003年10月，加拿大自然资源中心开发了一套在线定位服务系统NRCan—PPP。用户可以通过网络向系统提交GPS观测文件，之后就可以得到高精度的定位及时间比对结果。简要介绍了NRCan-PPP在线服务系统;采用两个IGS／TAI并置站的GPS观测数据，利用NRCan—PPP系统进行时间传递实验，并对结果进行分析与讨论，结果表明：该服务系统的时间传递精度可以达到亚ns级，半天的频率稳定度可达1.00x10-15。
  • 摘要：自主确定星座卫星的轨道一直是航天应用中迫切需要解决的一个问题，而这个问题的解涉及非线性系统的估计技术。当前应用于卫星轨道确定的估计算法大多为线性化的滤波方法，而非线性滤波技术的应用尚需进一步的研究。文中针对星座自主定轨对精确性、实时性和计算量的要求，研究基于超球面分布采样点变换(Spherical sigma-point UnscentedTrans-formation)UKF(简称SSUKF)的导航星座自主定轨算法，并在此基础上分析了滤波参数对定轨性能的影响。仿真结果表明，所采取的算法减少了星载计算机约50％的计算负担，同时保证了与标准UKF相当的估计精度和收敛速度，具有实现简单、计算效率高的特点，为非线性滤波算法在导航星座卫星自主定轨中的应用提供了一种可行方案。
  • 摘要：卫星导航系统以时间作为基本观测量，系统时间基准的保持模式、时间同步体制与技术实现水平决定着系统的定位、授时服务性能。在对GPS系统的时间基准保持、监测站和星上时频分系统进行分析的基础上，勾画出了GPS系统时频系统的整体性架构，对系统的守时钟组构成、时间基准保持算法、各类时频分系统进行了系统阐述。设计了一种对GPS系统时间基准性能评估的新思路，通过对BIPM原子时公报发布的UTC—GPS时差数据的综合处理分析，给出GPS系统时间基准保持性能的定量分析。给出了频率稳定度计算中时差比对不确定度的分析方法，通过分离时差序列中的测量误差，给出GPS系统时间的频率稳定度评估结果。
  • 摘要：导航卫星的轨道确定问题中存在状态误差和测量误差的分布不是高斯分布，以及在观测精度降低时定轨结果迅速发散的问题，而EKF主要适用于线性高斯情况下的滤波问题，常规般子滤波虽适用于非线性情况，却对模型准确性要求较高，基于EKF的粒子滤波在降低状态量对模型的依赖的同时以损失实时性为代价。为了提高定轨精度并满足实时性要求，本文提出了改进EKPF算法，并分别采用EKF和改进EKPF作为滤波方法，以星间距离为观测量，对GPS导航卫星进行了180天的自主定轨模拟。结果表明，改进EKPF的滤波精度远优于EKF和传统EKPF，且满足实时性的要求。
  • 摘要：地球瞬时自转轴相对于地球表面或历元平极的运动，即为极移(polar motion，简记为PMX、PMY)，极移反映了地轴方向相对于地球本体的变化，在地球自转研究，卫星定轨等方面都有重要的应用。然而，由于复杂的资料处理过程，目前VLBI和SLR技术获取的高精度极移观测值往往需要延迟2～5天，因此，极移的短期甚至中长期高精度预报具有重要的科学意义和实际应用价值。传统的极移预报方法没有考虑预报模型与极移序列之间的适应性，往往难以取得比较理想的预报结果。本文主要对极移序列作相关性分析并选择适合的ARMA模型，然后计算对比差分处理前后极移序列与ARMA模型的适应性以及预报精度，探讨一种极移差分预报新模式。研究结果表明，差分处理后的极移序列更平稳，与ARMA模型更符合，差分模式预报极移精度也更高。
  • 摘要：高精度的GNSS卫星轨道是GNSS应用的重要保证，利用全球分布均匀的IGS站数据可以精确确定GNSS卫星轨道，然而对于区域卫星导航系统来说，由于设站限制，观测数据分布不均匀，如何实现高精度的区域卫星定轨是需要研究和解决的关键问题。本文利用中国区域GPS站和相邻国家的IGS站观测数据，以GPS系统为例，基于卫星动力学定轨原理和GPS双差观测值，利用GAMIT／GLOBK定轨软件估计了GPS卫星轨道，分析了定轨弧段对于区域导航卫星定轨精度的影响。结果表明，与IGS精密轨道相比，三天解区域定轨精度优于20cm，研究结果为我国北斗二代导航系统卫星定轨台站的布设和定轨方案的确定提供了重要参考。
  • 摘要：我国COMPASS-GEO导航卫星同时装备有C波段转发式测轨及L波段直发式伪距测轨设备，基于这两种测轨模式，本文利用实测的GEO导航单星C波段转发式数据和L波段直发式数据进行了数据预处理和定轨试验，并对采用两种测轨技术组合定轨精度进行了初步分析。结果表明，在无时间同步信息情况下，单独使用L波段的直发式数据进行定轨和星钟解算，定轨结果误差太大。如果测站系统偏差标校准确，卫星转发时延稳定，采用C波段转发式测轨模式对GEO卫星定轨能够得到较好结果。组合采用两种观测数据定轨能够同时确定星地钟差、轨道及卫星转发时延，使用一天的数据定轨与长弧段转发式数据定轨弧段内比较，平均位置误差为6.67米。
  • 摘要：自主定轨算法是星座自主导航技术研究中的关键技术之一，卫星轨道状态方程中的噪声是有色噪声，其建模的精度会影响到自主定轨的结果。本文分析了基于星间测距信息的星座自主导航方法，推导了基于星间双向测量伪距建立的观测方程和利用卫星受摄轨道模型建立的系统状态方程，分别采用Sage自适应滤波方法和一阶马尔可夫建模方法对系统噪声建模进行处理。仿真结果表明：采用自适应滤波方法和一阶马尔科夫建模方法对系统噪声进行建模处理，均能起到抑制系统噪声的作用。采用Sage自适应滤波方法对系统噪声进行建模处理的效果略好与一阶马尔科夫建模方法，但Sage自适应滤波方法在定轨过程中存在不稳定性。
  • 摘要：本文在UHF频段广播式和Ka点波束指向的两种链路结构方案研究的基础上，对星间双向测量方程和时钟系统状态参数进行建模，给出了工程实用的标准卡尔曼基本滤波方程。使用原子时钟实的测频率数据进行模型校验和参数拟合，利用编制的仿真软件平台进行计算，最终对两种链路方案的自主时间同步精度进行比较。
  • 摘要：以单向授时接收机原理为基础，建立了电波时延、上行时延、卫星位置、下行时延和NCO产生本地钟的时延模型，并进行分析，为短时干扰下时延的容错计算提供了理论依据和方法，从而提高了接收机的抗干扰性。
  • 摘要：结合已有星历资源的不同特点，给出两种多天轨道预报方法，在考虑实时性要求的基础上，分析了不同星历应用于多天轨道实时预报的精度情况，结果表明，基于超快预报星历的多天预报效果最优，其7天轨道实时预报精度基本优于20 m。
  • 摘要：扩展卡尔曼滤波(EKF)是有效的轨道预报中数据处理的重要技术方法，但在卫星机动期间，轨道的动态方程中的状态参数发生变化，原有的轨道方程模型无法预测出实际的轨道变化。本文基于对卫星轨道机动检测，联合利用扩展卡尔曼滤波器对卫星动态轨道数据处理，通过对扩展卡尔曼滤波器的参数和结构进行调整，达到自适应滤波的目的，用以改善和提高卫星在机动条件下利用动力学模型进行轨道预报精度。
  • 摘要：卫星导航系统为用户提供的高精度时间基准是靠导航卫星的准确时间来具体实现的，导航卫星的时间又是由卫星上搭载的星载原子钟来保持的，星载原子钟性能直接决定了导航卫星时间的准确性，评估星载原子钟性能是一项非常重要和现实的工作。本文针时星载原子钟性能评估问题进行了系统地研究和探讨，介绍了星载原子钟性能评估方法，给出了频率准确度、频率稳定度和频率漂移率计算模型，并用模拟仿真数据进行了试验分析。
  • 摘要：导航卫星为了实现星地双向时间比对需要进行伪距测量，伪距值中包含链路时延，链路时延的绝对值和稳定度都与天线相位中心息息相关。因此，天线相位中心作为伪距测量中的一个关键参数，其确定的准确度直接关系到导航定位系统的测距精度，并最终会影响到导航卫星系统的定位精度。所以，需要对卫星天线相位中心进行仔细研究及准确确定。本文从天线相位中心定义出发，对如何确定导航卫星天线相位中心的技术方法进行了仔细研究，提出了一种适用于导航卫星测距测速用的天线视在相位中心确定技术，采用该天线视在相位中心确定技术可以对导航卫星各类型天线的相位中心进行确定，精度满足任务需要，并具有很好的重复性。在此基础上，结合实际需要，给出了一个实例，为下一步的深入研究提供了理论和试验基础。
  • 摘要：通过模拟星问链路实现COMPASS系统空间段各层星座以及星座内的组网仿真，可以为实现其全球导航服务搭建基础研究环境。COMPASS系统星座组网仿真分析可提供较高可靠性、较低成本的定量化分析手段，是研究COMPASS系统信息传输机制的有效途径。COMPASS系统星座网络仿真分析分为网络拓扑层面的分析和网络协议层面的分析，其中前者是后者的基础。本文着眼于COMPASS系统星座网络拓扑，对面向网络拓扑的COMPASS系统星座网络仿真分析方法进行了研究：首先从硬件与软件两方面介绍了COMPASS系统星座网络的仿真支撑环境，然后设计了COMPASS系统星座网络的仿真框架和仿真的基本流程，最后重点对COMPASS系统星座网络模型的构建与分析进行了讨论，提出了基于STK仿真平台的星座实体模型的构建方法和基于STK与MATLAB集成的星间链路模型的构建与分析方法。
  • 摘要：由一系列成熟先进的标准所形成的标准体系对一个行业，特别是像卫星导航这样的新兴技术产业来说，具有十分重要的意义。而面对当前卫星导航多系统竞争与技术融合的发展态势，以及卫星导航应用与服务多层次多方向的产业化发展，如何从总体上认识和总结该领域内的标准规范，并科学合理地形成对卫星导航标准体系的结构研究和规划显得尤为重要。本文从体系的关联性、全面性和整体性的基本特征出发，尝试从资源、服务，多系统的并行与融合，以及多学科的技术融合与辅助等多重视角对卫星导航标准体系的基本组成进行了研究和归纳，探索符合卫星导航领域技术及应用特点的标准体系结构，并在此基础上提出了一种基础框架。
  • 摘要：导航系统中设备台套多、精密度高、设备运行状态各异，对设备维护操作的准确性和实时性要求极高，设备信息归档与状态的全时监控是导航系统持续稳定运行的重要辅助手段。本文以导航系统时间频率系统为例，针对目前时间频率系统设备信息、维护监管、维修记录、测试数据、操作使用说明等内容没有集中归档，查询、回溯困难及无源跟踪等问题，研究如何将内容管理、分级数据字典建立等技术应用于时间频率系统设备信息管理、归档、查询和状态监控。同时利用分布式数据库技术，构建了一个面向导航系统的设备信息登记归档和监控的共享系统。系统能够提高设备的集中管理水平和管理效率，提高设备的运行维护环节的全时监控能力，为导航系统管理的正规化建设奠定了基础。
  • 摘要：本文主要探析导航卫星在发射场批发射管理方面的经验和成果。针对导航卫星在发射场批测试、批发射的特点，对导航卫星在发射场计划管理方面、质量管理方面、技术状态控制方面、数据判读比对方面以及团队建设方面的经验进行总结，对导航卫星发射场工作项目的特点和难点进行分析，并从管理角度提出导航卫星在发射场工作的具体思路和方法。
  • 摘要：现代航天科技发展迅速，专利调研和规避工作在技术研发中起到关键作用，越来越得到重视。本文介绍了导航卫星信号体制相关技术的国内外专利调研状况，通过调研信号调制、多路复用、信号生成等技术的专利，针对不同国家、覆盖区域、专利授权时间等分类统计。通过进行专利检索结果统计和分析，得出国内外的导航卫星信号体制相关技术的覆盖状况，作为设计人员进行信号体制设计的参考。最终站在专利技术的角度，根据导航卫星所处环境的特点、面临的专利侵权风险分析、以及常用专利规避技术，举例对现有专利覆盖的技术进行规避分析，以达到在我国导航卫星信号体制的设计中，避免产生知识产权侵权纠纷，也为我国导航卫星信号体制设计提供有效的专利保护技术的合理建议。
  • 摘要：北斗卫星导航系统主要可提供北斗终端定位及短信通讯之功能，优势在于便捷易用的短信通讯功能。系统将在2020年最终建成，服务范围覆盖全球。目前，船舶上的北斗用户，全船共用同一终端，任意船员使用短信通讯功能时，均需在终端安放位置进行操作，不但极为不便，船员隐私也无法得到有效保障。另外，北斗便捷的短信通讯功能仍仅限于人工短消息通讯操作，没有与其他信息或数据资源结合，在信息高效传递和共享方面亟待发展。上海海事大学研发并成功建立了多元信息共享的网络版北斗终端平台。该平台借助局域网，使每个局域网用户都能在各自的客户端实现实体终端的所具有的功能，包括船舶运行数据的查询，与地面监控中心、其他地面用户、移动用户及其他船上终端用户的短信收发。同时该平台实时收集本船船体及环境数据(应力、倾角、气象、交通状况数据等)，经过智能化处理后定时向外发送，地面监控中心及其他用户可通过互联网实时共享。船上及地面所有用户，都能通过简洁的平台界面，方便的共享北斗的实时通讯数据。该系统功能的实现，可有力的发挥北斗通讯功能的优势、拓展北斗系统的潜力，将北斗通讯系统的服务范围覆盖整个互联网。
  • 摘要：随着世界各国在卫星导航领域的深入拓展及广泛应用，卫星导航频率轨道资源需求日益增长，而空间频谱轨道资源是非常有限的。为了提高空间频谱轨道资源利用率，满足我国北斗系列卫星导航系统频率轨道资源需求;基于当前ITU划分给卫星导航业务所使用的频段和轨道资源，分析了各国卫星导航系统频率轨道资源需求现状，并对资源规划使用情况进行了比对，从行政，经济和技术等角度提出了提高频谱轨道资源利用率的可行方案;通过对频率轨道资源利用方案的分析，给出了未来我国卫星导航频率轨道资源规划的合理性建议，对解决当前卫星导航频率轨道资源需求增加与资源拥挤的矛盾，避免卫星导航系统间的自扰和互扰现象，提高卫星导航频率轨道资源申请、协调效率将具有重要参考价值。
  • 摘要：伴随我国导航卫星系统的发展及产业化，世界范围内的几大全球导航卫星系统GPS、Galileo、GLONASS以及中国导航卫星系统之间的竞争与合作必然会触及专利等知识产权问题。本文对全球导航卫星的信号体制进行了专利检索分析，综合考虑信号调制、多路复用等技术，分别以导航卫星的信号调制方式、信号生成方式、信号编码方式为检索领域，以当前各领域的关键技术和目前导航领域世界知名公司和专家为检索词，对全球导航卫星系统申请专利进行全面而系统的检索。检索数据库包括国内外专利检索数据库和欧洲专利局、世界知识产权组织数据库。初检基础上，以空间段、星上技术为依据进行复检并深入分析，得出全球导航卫星系统信号体制专利保护的关键技术、专利保护范围及法律状态、未来信号体制的发展方向。在此基础上为我国未来全球导航卫星系统信号体制的设计提出知识产权规避措施和发展建议。
  • 摘要：美国GPS系统自1978年发射第一颗正式组网卫星以来，已发射Block II／IIA／IIR／lIRM/IIF五种状态共50颗导航卫星，尽管空间段导航星座由不同状态卫星构成，但系统服务却未出现中断和下降。自1994年宣布组网正式运行以来，系统持续地提供着满足系统设计指标的各类服务，从未中断。本文将分析美国GPS系统在近40年的发展历程中对卫星有效载荷技术进步所采取的措施，以及当系统服务能力与用户日益提高的各类需求出现矛盾时，GPS系统升级中采取的处理方法，试图在国际形势和美国国家政策变化、系统服务性能提升、卫星星座演化、卫星平台状态更新、卫星有效载荷发展、工程可实现性和市场需求之间进行深层次分析，寻找内在关联性，以达到揭示美国卫星导航系统平稳发展内在规律的目的。同时，本文将结合中国航天工业能力的发展历史，回顾北斗系统的发展道路，分析北斗系统建设的经验和教训，并基于中国航天工业技术现状及发展潜力，在参考借鉴美国GPS系统发展规律的基础上，提出北斗系统的发展建议。
  • 摘要：SRAM型FPGA作为全球导航系统的关键元器件，单粒子效应在应用中已呈现出高敏感度态势，如不解决将严重影响导航卫星稳定、不间断服务。论文在分层监控的高可靠体系结构的基础上，从关键元器件应用层面，通过对功能模块布局布线的约束和规划、动态回读与分帧校验和局部动态重配置，给出了解决SRAM型FPGA单粒子翻转的一种高效无中断检测与修复方法，故障检测时间33ms左右，单帧修复时间22us左右，大大提高了系统平均无故障时间和修复效率，为导航卫星的连续不间断工作提供了技术支撑。
  • 摘要：短基线载波相位高精度定位的一个重要问题是解算整周模糊度，实时求解整周模糊度可以避开周跳探测与修复，简化算法，并有助于提高GPS动态高精度定位的连续性和可靠性。设计了一种适用于短基线的双差模糊度的实时解算方法，利用双频载波相位的两个长波组合φ-3,4和φ4,-5，通过先验坐标约束和双频信号之间的相关关系，可实时单历元实时求解模糊度。该方法对先验点位精度要求为50cm，适合于变形幅度较大的动态监测系统，当有高质量伪距观测值时，该方法也可用于短基线向量的实时解算。
  • 摘要：海面风场测量是对地观测的重要任务，GNSS-R遥感器采用多普勒延迟映射结构，对GNSS直射信号闭环接收，对反射信号开环接收，利用GNSS信号的反射信号相关波形，得到海面风场信息，可望实现全天时、宽覆盖、高时空分辨率对海面风场测量。
  • 摘要：随着世界上GPS、GLONASS、Galileo和中国北斗二代等全球导航系统的建设，GNSS双/多模接收机成为导航接收机领域研究的热点。双／多模接收机即兼容两个或两个以上导航系统的导航接收机。本文对全球导航卫星系统(GNSS-Global NavigationSatellite System)双/多模接收机的技术途径和研究历史进行了介绍，对双/多模接收机的关键技术进行了分析。并根据市场应用对现代导航系统的需求论述了未来GNSS接收机技术的发展趋势，对新型接收机的研制具有指导意义。
  • 摘要：在卫星导航技术中，码跟踪环(Code Tracking Loop)用于同步每个卫星的直接扩频序列信号(DSSS)，之后延时锁定环(DLL)锁定信号时延，估计出每个卫星的伪距离。卫星末级的功率放大器具有非线性效应，非线性使得信号产生新的频谱分量，从而信号频谱展宽，影响码跟踪环的精度，造成定时误差，致使最后产生定位误差。本文从功率放大器入手，首先研究功率放大器的非线性效应与数学描述方法。之后推导在某特定非线性功率放大器模型下，经功放输出之后的信号的频谱数学表达式。然后，将失真信号频谱表达式与原信号频谱做比较，计算功放模块非线性所造成的码跟踪环误差，最后得出，功率放大器的非线性效应与卫星导航定位误差之间的关系。
  • 摘要：预见期短已成为水文预报发挥更大效益的主要障碍，而预见期的延长必须依赖有足够精度的定量降雨预报。GPS技术为探测大气水汽提供了一种新的手段。在简介GPS遥感水汽原理基础上，利用实例验证了地基GPS探测PWV(Precipitable Water Vapor)的精度。指出GPS方法可在降雨发生数小时前提供时空分辨率远高于传统探空探测方法的可降水量序列，且精度达到1~2mm，完全满足区域降雨与洪水预报的精度要求;利用区域GPS网监测大气水汽时加入3个网外辅助站为最佳选择，提高信息处理速度，有助于增长洪水预报的有效预见期。
  • 摘要：目前，导航卫星在我国发挥着越来越重要的作用，而太阳活动也已经进入第24个太阳活动周。随着太阳活动峰年的到来，发生太阳风暴的几率大大增加，而太阳风暴将会引起太阳电磁辐射突然增强、喷射高能带电粒子流以及日冕物质抛射，这将对导航卫星的在轨性能带来严重影响。本文首先分析了太阳活动峰年的特征，进而研究了太阳活动峰年对导航卫星的影响，最后给出了在导航卫星研制及在轨运行过程中如何应对太阳活动峰年的建议。
  • 摘要：在总结分析利用星地、星间链路的几种轨道测定模式特点的基础上，研究推导了星地和星间链路观测模型，给出了利用星地和星间数据的轨道测定方法。以我国卫星导航系统建设的星座和地面站布局的可能情况为背景，设计了多种典型样例，进行详细的仿真试验和精度比较，并讨论星地和星间数据联合使用对北斗全球系统建设的参考意义，最后给出了需要进一步深入研究完善的几个问题。
  • 摘要：GEO卫星的静地特性使得卫星轨道与钟差参数是强相关的，对于基于伪距的GEO卫星定轨模式，需要星地与站间时间同步技术的支持。本文首次对双向星地及双向站间时间同步支持条件下的GEO卫星定轨进行了详细深入分析与论证，对钟差的使用策略问题进行了详细讨论，通过协方差分析论证了GEO导航卫星的定轨策略。首次利用GEO卫星实测伪距相位数据，同时辅以实测的星地与站间时间同步数据，实现了时间同步体制下的GEO卫星精密轨道测定。试验结果表明：伪距数据定轨残差约为0.850m，SLR评估的轨道视向精度为0.308m，预报2小时轨道精度为0.548m，实现了单星在轨模式下GEO卫星轨道与钟差的自洽，用户等效测距误差(URE：Userranging error)优于3ns。
  • 摘要：时间频率传递链路是进行时间频率量值传递的链路，包括时间频率传递双方、时间频率量值传递的路径及在路径上的所有仪器设备。进行时间传递时，时间频率传递链路中所有设备的时间延迟必须经过测量并补偿，即时间传递链路校准，以便将传递双方的时间进行比对。基于整体链路校准的思路，提出了一种基于中国计量科学研究院(NIM)自制的旅行GPS接收机的链路校准方法，对其与德国联邦物理技术研究院(PTB)的主要时间传递链路进行了校准，并对其中一链路进行了验证，结果表明该方法不确定度评估约为2ns。
  • 摘要：卫星定轨系统可以分为两类：地基跟踪系统和天基跟踪系统。地基跟踪系统有S波段系统、激光跟踪系统等。目前我国的航天测控网仍然以地基系统为基础，而随着航天测控任务要求的不断提高和我国导航卫星系统的不断发展，其暴露出一些不足，星载导航卫星定轨将日益发展成为对航天器进行测控跟踪的重要手段。随着我国COMPASS卫星导航系统的建立，我国在星载卫星导航系统定轨方面的要求将非常迫切，所以本文以星载COMPASS接收机的高轨卫星定轨作为研究对象，以基本的星载导航卫星系统定轨理论为基础，探讨新理论、新方法在该领域的应用。本文首先给出了导航卫星与高轨卫星间的可见性算法原理和星间观测模型，然后仿真分析了高轨卫星对导航星的可见性，空间位置精度衰减因子值的分布情况，基于信号接收能力方面的考虑，本文接着分析了高轨卫星的动态特性，最后给出了利用扩展卡尔曼滤波的定轨结果。仿真分析表明：当高轨卫星轨道高度大于导航星时，一般可观测到0～3颗，很少能观测到4颗以上的导航星。其PDOP值均保持在1～6之间，高轨卫星的位置滤波精度在米级，速度滤波精度在mm／s量级，可见该方法可以用于高轨卫星高精度的自主轨道确定。
  • 摘要：因为频段资源的共享，所以导航信号会受到无意或有意的干扰，单频干扰即为其中一种常见的干扰。分析单频干扰对信号接收性能的影响是干扰检测的基础，且能为信号体制和接收机的优化设计提供参考。本文将以Galileo E1频段的OS信号为例，分析了单频干扰对不同伪码的信号的码跟踪和载波跟踪性能的影响，对比了单频干扰对码跟踪性能和载波跟踪性能影响的差异，指出了易受单频干扰影响的伪码序列和对应的伪码谱线的位置，得出的结论可以为导航信号结构的优化提供参考。
  • 摘要：测距精度是考核导航卫星的重要性能指标，影响导航卫星测距精度的因素很多。本文从卫星频率源的角度分析卫星测距误差受到的影响。卫星频率源由于受到电子元器件性能等多种因素的制约，直接导致下行信号相位噪声的恶化，同时引发卫星载波相位抖动的恶化，最终影响到导航卫星测距误差的增大。本文通过理论分析，计算出下行信号的相位噪声恶化对卫星测距误差的影响。
  • 摘要：本文比较分析了GPS NAV、CNAN／CNAV-2电文中用户测距精度索引值(URAI)的参数个数及比特数变化。基于IGS广播星历数据与精密星历数据的仿真分析，证明了GPS用户测距精度发生变化的必要性。仿真得到的星历及星钟误差表明了采用相互独立的星历和星钟用户测距精度值能更好地描述卫星段误差。基于广播星历数据模拟GPS星座，在考虑传输段误差影响的情况下，仿真分析了最坏用户位置处的测距误差，并采用最小二乘法和最大方差法分别计算用户瞬时测距精度(IURA)。比较分析了电文改进前后的两种区间划分标准下的用户测距精度索引值和不同URA更新周期下的URAI，结果表明CNAV电文采用5比特进行32个分区的用户测距精度细化分类能更好地区分不同卫星的测距误差，从而改善用户定位精度和完好性性能。
  • 摘要：“北斗一代”卫星导航系统是具有我国自主知识产权的卫星导航系统，该系统具有快速定位、双向通信和精密授时三大功能。本文介绍了基于北斗的灾害预警发布平台解决方案及设计思路，重点讨论了针对国际规范适应性，长报文传输可靠性，播发设备调度等技术问题的解决办法。
  • 摘要：现代化的GPS和新建的Galileo卫星导航系统都采用恒包络载波复用技术实现了同一频点上多个导航信号的恒包络调制。根据Compass系统最新公布的导航信号及频率计划，B1、B2、B3每个频段都将发播4个下行导航信号，目前这些信号的功率分配及复用方式尚未确定。为了在不额外增加星上高功率发射载荷实现难度的前提下，提高频谱利用率和功率利用率，研究高效实用的恒包络载波复用技术具有重要意义。本文分别针对Compass系统三个频段的信号设计，提出了功率分配及最优复用方式建议。本文首先比较了适用于4个信号的恒包络载波复用技术——互复用(Interplex／CASM)、多数表决(Majority-Vote)及AltBOC调制技术;然后根据接收机PLL(锁相环)热噪声误差和数据解调误码率的边界条件，确定了信号数据及导频通道的功率分配范围，提出了两种可行的分配方案;本文接着对Compass三个频段可以采用的复用方式分别进行了分析：对于B1频段，首先由优选的B1-C信号MBOC实现方式确定了B1-C信号的数据及导频通道功率分配比，在此基础上对B1信号两种不同的功率分配方案下互复用和多数表决方法的复用效率进行了比较;对于B3频段，则首先确定了B3信号的数据／导频通道功率比，并对B3-A信号不同功率分配方案下的复用效率进行了比较;对于B2频段，则比较了三种复用技术的复用效率，表明在各信号功率分配相同的条件下，采用AltBOC方式的复用效率最高。最后，本文提出了Compass三个频段宜采用的最优复用方法及其实现方式建议，并给出了所建议方式下合成信号的功率谱。
  • 摘要：导航信号扩频码是卫星导航系统中基本的组成之一，直接关系到导航系统的性能。GPS、Galileo等卫星导航系统在新的民用信号体制设计中均采用了码速率更高码长更长的新扩频码，并采用了分层编码的设计来提高系统的性能。本文将首先提出一种基于混沌序列的测距码，并给出该混沌序列的近似实现方法。然后利用该方法产生一组扩频序列。最后介绍一种基于Welch界的较全面的导航系统测距码评估方法，通过该方法对新产生扩频码的各方面性能进行综合评价，并与Galileo民用信号的测距码的性能进行对比，得到不同测距码的性能分析结果。旨在通过对导航系统测距码性能评估为今后的测距码设计提供一定参考。
  • 摘要：随着GPS导航系统的现代化、伽利略和北斗导航系统的发展，为了提高频谱利用率，往往需要在一个频点上发射多路导航信号。非恒包络信号通过非线性放大器后，放大器的AM／PM效应会使导航信号的功率谱扩展和伪码相关函数畸变，造成跟踪精度的恶化。因此，多路导航信号的复合要进行恒包络处理，然而有限的带宽会使导航信号的恒包络特性恶化。本文首先建立了导航信号非线性失真的一般模型，分析了放大器非线性效应造成的星座图发散、伪码跟踪误差和功率损失;然后以伽利略系统信号为例，通过仿真给出了伪码跟踪误差，功率损失与滤波器带宽，放大器功率输出回退之间的定量关系。研究结果对实际工程中导航信号带宽，放大器工作点的选取有重要的参考价值，对我国导航系统下行信号体制的设计，有一定的借鉴意义。
  • 摘要：现代化的导航系统需要在一个频段发射多路导航信号以提高频谱利用率。直接按照QPSK信号组合的多路复合信号不是恒包络信号，在通过饱和状态的高功率放大器时会产生失真，从而影响系统性能。为了解决这一问题，需要对多个导航信号进行恒包络调制处理。目前现有的常用的恒包络处理方法主要都会引入无用功率损失。本文提出了一种适用于三信号的恒包络处理方法，该方法基于两路信号相位正交，一路信号相位可变，从而实现三信号的无损传输。
  • 摘要：针对B1频段上导航信号拥挤，功率谱重叠带来的干扰问题，本文先给出计算北斗系统信号的系统内干扰和系统间干扰的方法，对在B1频段上的开放服务信号(OS)和授权服务信号(AS)的导航、数据信道受到的系统内和系统间干扰进行详细分析，并与GPS系统、GALILEO系统的系统内干扰进行比较。
  • 摘要：在现代导航信号设计中，普遍采用了“导引信号+信息调制信号”的形式。导引信号的存在将降低跟踪门限、改善信号跟踪性能。然而，由于一部分功率分配给了导引信号使得信息解调余量有所下降，现代化导航信号设计中通过对信息进行纠错编码解决这一矛盾。根据信号设计需要，纠错编码所提供的编码增益可以用于降低跟踪门限、提高信息解调余量，或者是提高信息速率以减小首次定位时间(TTFF)。实际上，纠错编码的编码增益与编码码率、编／译码算法有密切的关系。采用高增益编码通常会引入较高的编辟码复杂度，这需要更多的软、硬件资源。而且，编码增益并不是总与复杂度的增加成正比。所以我们有必要研究这些代价与改善程度之间的关系。该文分析了卷积码、Turbo码、LDPC码的编码增益，并对它们的编辟码复杂度进行了评估。在此基础上，我们的得出了在导航信号设计中纠错编码应用的一些结论。
  • 摘要：本文将GPS、GLONASS、Galileo、Compass系统在L1频段的公开信号作为研究对象，着眼于目前国际上关注的多系统互操作接收机技术进行了研究。文章首先从理论上分析了四大系统在L1频段公开信号的情况，其中包括CBOC、TMBOC等新型导航信号以及传统的BPSK、OPSK信号。而后，对多系统信号接收的各个流程进行逐级分析，立足于互操作接收机与单系统接收机在实现过程中的不同点，其中包括多系统共存对中频信号处理的影响情况分析，多系统间的时空基准协调方法分析，多系统多可见星情况下的基于服务类型的卫星及其所属系统选择方法分析，多系统导航解算过程中的卫星覆盖问题分析，并将所需解决的一系列关键问题作为目标进行仿真验证。最后，文章根据各个环节的仿真结果提出了关键问题的一种可行解决方案。
  • 摘要：随着国际卫星导航系统的增加，卫星导航频率资源已经十分短缺，而且由于商业、救灾等各种原因，对导航信号的设计和使用越来越精细、复杂，在同一个基本带宽内，可能存在着多个导航信号，通过分析系统内干扰，可评估导航信号体制结构设计的合理性，优化系统整体性能。本文根据GPS系统C／A码信号捕获、载波跟踪和数据解调的特性，优化了基于频谱隔离系数的等效载噪比模型，针对有多普勒频率时的情况，推导了C／A码自干扰时的频谱隔离系数，通过对仿真结果的分析，验证了模型的有效性，也为后续新一代导航信号的优化设计提供了支持。
  • 摘要：依据国际电信联盟(ITU)无线电频率划分，通过收集整理卫星导航系统业务频段及临近频段的业务划分和实际使用情况，分析并展望了卫星导航系统信号体制的发展趋势以及其与航空、海事、卫星移动通信、陆地移动通信相结合的应用模式，给出了扩展应用模式对北斗系统信号体制设计的需求。
  • 摘要：现代化的导航系统需要在一个频段发射多路导航信号以提高频谱利用率。直接组合的复合信号不是恒包络信号，在通过饱和状态的高功率放大器时会产生失真，从而影响系统性能。为了解决这一问题，需要对多个导航信号进行恒包络调制处理。目前现有的常用的恒包络处理方法主要有两种：相干自适应副载波调制方式(CASM)，多数表决方法(Majority-Vote)。本文针对一种建议的信号体制，以信号调制效率和相关功率损失为衡量准则，对各种调制方法进行仿真计算，并根据计算结果对我国各频点的信号的恒包络调制方式给出建议。
  • 摘要：系统时间的互操作性要求能使用多个卫星导航系统的时间。在分析系统时间偏差在用户端的表现形式的基础上，研究了目前的两种系统时差处理方法，在开阔环境中，用户级处理方法要好于系统级处理方法，但在遮挡环境中，由于观测卫星的几何精度因子不好导致用户级处理方法的性能下降。针对用户级处理方法的局限性，提出系统时间偏差辅助导航算法，在观测卫星几何结构不好时，将系统时间偏差的外推值作为已知量，通过减少未知数个数来提高定位精度，并用仿真实验对这种方法进行验证，证明系统时差辅助导航方法在提高可用性和该善定位精度方面有明显优势。
  • 摘要：卫星导航电文是导航卫星信号的重要组成部分之一，其设计方案的优劣将直接影响系统的通信资源的利用率和使用的灵活性。传统GPS电文采用的是由子帧、帧和超帧构成的固定格式，现代化GPS民用导航电文采用基于信息类型分类的数据块格式，GLONASS导航电文采用的是基于串、帧和超帧的结构。本文分析了GPS和GLONASS导航电文的结构，现代化GPS民用导航电文的结构与传统导航电文结构相比有了很大的改变，克服了传统导航电文结构不够灵活以及浪费通信资源的缺点，这将对我国北斗二代导航系统的导航电文设计提供重要的参考价值。
  • 摘要：随着卫星导航技术的发展，卫星导航信号体制也在向着多频段、多服务、多调制方式的方向发展。我国Compass系统目前正处于系统建设的关键时期，系统的信号体制对系统性能有着决定性的影响，而信号生成及其质量评估也是建设过程中的一项关键技术。本文以B1频点为例从理论和实现两个方面论述了Compass系统新型导航信号的生成方法和信号质量的评估方法，通过仿真的方法从时域和频域等层面给出了B1频点信号生成的结果，并进行了评估，为系统的建设提供参考。
  • 摘要：本文通过对现行GPS系统中使用的导航电文NAV、CNAV以及还处于研制阶段的GPS block Ⅲ所采用的导航电文CNAV-2进行了详细的分析和比较，主要从电文的内容结构、电文播发的方式和编码的设计三个方面对导航电文的设计展开论述。在分析的过程中，总结了电文的结构、内容和编码方式的变化，并对这些变化作出了详细的分析，这些变化将大大提高未来GPS系统的性能，同时也对GPS系统电文的演进提出了一些观点和其中仍需解决的问题。最后，参照上述分析的结果，主要对CP_Ⅲ阶段COMPASS系统的导航下行电文设计提出了相应的建议，同时也对上行注入电文和星间链路传输电文提出合理的建议。为实现地面整个网络接触卫星网络的目标(GPSⅢ建设目标)，也充分考虑到地面建站约束，可以通过精简非必要电文内容，优化电文结构、合理安排电文内容编排、同一时刻不同卫星交叉错开的电文播发方式和适当的编码方式等方法，在保证传输质量的前提下降低星间链路传输压力，大大提高CP Ⅲ阶段COMPASS系统的时效性，完整性，灵活性，可靠性，可扩展性等等性能。
  • 摘要：作为全球最为成功的卫星导航系统，GPS系统采办计划一直是美国空军的重点计划。目前我国正大力建设北斗导航系统，借鉴GPS系统采办计划的经验教训对于北斗导航系统建设少走弯路，具有十分重要的意义。本文在参考了大量GAO报告的基础上归纳介绍了美军目前GPS系统采办过程中遭遇的困境，包括卫星研制过程中出现进度拖延和费用超支，后续卫星发射存在推迟风险，地面段、空间段及用户段未能同步发展和需求生成程序存在问题等，并从采办方法、管理体制、程序指导文件、发射资源和承包商等多个方面分析造成GPS系统陷入以上困境的原因，给出美军在意识到问题之后所采取的初步应对措施，最后从我国实际出发，结合GPS系统遭遇的困境和美军所采取的应对措施，提出对我国北斗导航系统建设的启示建议。
  • 摘要：针对小型无人机对导航系统的高精度和低成本的要求，设计了基于ARM7处理器的MIMU／GPS组合导航算法。该算法选用7维状态向量和4维观测量作为松组合kalman滤波模型。为克服低阶运动模型、载体的非平稳扰动以及未知工作环境中各类噪声统计参数的未确定性易使常规kalman滤波器发散的缺点，利用预测残差统计量构造滤波自适应因子，实时调节预测状态协方差阵，使历史状态信息的使用效率降低，从而重用现时测量信息，提高滤波精度。通过无人机的实际试飞实验，表明该算法的滤波效果相比常规kalman滤波的精度有较大的提高，满足了无人机导航系统的要求。
  • 摘要：在卫星导航系统中，用户实现导航定位主要有码波测量、载波相位测量和实时动态(RTK)测量技术三种途径。利用码波测量可以高动态测距，但码片宽度较长，码元相关误差决定了码波测距的精度。由于载波的波长比测距码波长短得多，因此，利用载波相位测量技术可以实现高精度的导航定位。然而，载波相位观测存在整周不确定性问题，求解整周模糊度的时间比较长，不能满足高动态定位的需要。RTK测量技术可以实现高精度和高动态的定位，但该技术是一种小范围内使用的区域差分系统。利用三个导航频率如何实现广域、快速、高精度的导航定位是卫星导航定位发展的新前沿。本项介绍了三频导航技术的研究进展，并重点介绍了一种新的三频相-码组合方法，利用该方法可以实现广域、高动态、高精度的测距和导航定位。
  • 摘要：提出一种适合于实时单历元求解高精度变形监测信息的新方法：首先根据监测站位置先验信息快速固定载波相位模糊度，再利用组合观测值抗差估计求解单历元变形信息，并对结果进行卡尔曼滤波处理。算法集成于中海达变形监控系统ZMonitor中，并且在多种变形监测项目中得到成功应用，证明了算法的可行性与稳定性。
  • 摘要：精密单点定位是低轨卫星和无控航空摄影测量动态高精度定位的研究热点之一，本文结合精密单点定位理论和相关处理技术，采用IGS提供的快速星历，最终星历及相应钟差产品，比较了快速星历和最终星历外推拟合方式，及定位处理方法对精密单点定位精度的影响，然后通过静态数据分析测试过程和数据处理结果。精密单点定位达到厘米级的定位精度和满足无控航空测量制图和低轨卫星的高精度要求。
  • 摘要：GNSS实时动态(Real Time Kinematic，RTK)定位技术又称载波相位动态实时差分技术，它能够实时地提供所测量的点在指定坐标系中的三维坐标，具有精度高、实时性和高效性等特点。本文针对无人机载影像数据处理中厘米级精度像控点的需求，通过在任务区中布设基准站和像控点，结合RTK定位测量技术的原理及相应的精度控制方法进行像控点的测量及对测量数据进行处理，测量数据的处理结果达到了无入机影像处理所需的精度要求。同时，本文分析和总结了影响RTK测量精度的因素，为无人机载相机的动态检校和所采集影像的几何纠正提供了有力的支持。
  • 摘要：针对边疆公共安全与应急反应应用需求与具体特点，基于北斗终端、GPS终端、智能PDA、北斗卫星通信网络和移动通信网络，构建移动应急位置服务网，实现基于北斗的移动应急监控与指挥技术。以车载型北斗终端作为服务中心接入模块(代替指挥型北斗用户机)，接入其它北斗应用终端上报的位置与信息，以降低北斗的应用组网成本。基于通信服务器研发北斗终端与GPS终端的位置与信息融合与交互技术，实现应急反应友邻互视、信息交互、移动指挥等功能，实现移动通信覆盖盲区(沙漠、戈壁、边境等)的人员、车辆、物资监控与指挥。在应急位置服务网中，PDA可与北斗终端进行通信;基于移动GIS可对北斗终端及其它GPS终端进行位置监控和指挥，从而为应急管理中存在的现场位置共享、团队协作和移动指挥等问题提供可行解决方案。结合新疆兵团某师开展了技术验证与示范，试运行表明，系统与技术可满足边境应急反应的基本需求，并具有较好的灵活性、性价比和可推广性。
  • 摘要：随着我国北斗卫星导航系统的逐步建立和完善，采用北斗二代、GLONASS和GPS联合定位、测速和授时的方法，实现多模导航探空是一个很好的契机。文中介绍了一种由北京东方联星科技有限公司研制的采用BD2／GPS双模导航机制的北斗探空仪。该探空仪采用了CC100-BG北斗多模卫星导航模块，是基于东方联星自主研发的OTrack-32多模卫星导航芯片进行设计的。目前市面上的GPS模块并不适用于气象探空，而CC100-BG北斗多模卫星导航模块专门为气象探空设计，同时其数据输出也采用了专用的探空数据格式。北斗探空仪在结构上主要由BD2／GPS卫星导航接收单元、TPU单元、无线通信单元和CPU等四部分组成。文中介绍了分别采用模块化和集成化设计方案的北斗探空仪。文中还介绍了对北斗探空仪的试验情况，其中包括在广东江阳举行的第八届国际探空仪系统对比试验。试验结果表明，OTrack-32多模卫星导航芯片满足现代气象设备小体积、低功耗、不限高度、精准定位测速授时等指标要求，其性能不低于国外GPS芯片。
  • 摘要：本文分析了北斗通信数据的特点，提出了以智能分词和自适应哈夫曼编码联合压缩算法为基础的北斗通信数据智能增扩容技术，分析了该技术的主要内容和技术特点，说明了技术实施后的效果及的应用前景。
  • 摘要：LBSN是一种基于人的位置的追踪和共享，以北斗／GNSS手机为主要载体的新型社会网络。本文分析了LBSN发展现状、关键技术、研究方法，着重探讨了位置信息聚合、智能推送式服务以及开放平台的实现模式，并对LBSN产业化路线进行了研究。
  • 摘要：潮位站大多离陆地较远，普通的通信手段，比如移动通信、无线电通信或者无法到达、或者无法实现实时的保障，因此，潮位数据的传输成为了制约潮位信息应用的瓶颈。北斗潮位信息服务系统采用我国自行研制的北斗导航定位系统，系统由潮位站(配备北斗用户机)和中心服务系统(配备北斗指挥机)组成。系统不仅可以实现潮位站位置、潮位数据采集和精确授时，同时，通过北斗卫星定位系统的短报文功能实时将潮位数据传输给中心，有效的解决了潮位数据无法及时传输的问题。
  • 摘要：本文从技术实现角度出发，深入研究用户需求，将北斗与其他系统结合，深入研究了基于北斗的船舶监控管理服务系统，该系统可实现船舶定位、通讯、查询、监控、报警、管理等功能，为海事管理提供了高效、全面并行之有效的信息化管理思路。最后，针对北斗卫星导航定位系统在通航监管、应急搜救、船舶避碰等方面的应用前景进行了分析与展望。
  • 摘要：为了规范北斗用户设备的测试流程，建立标准的用户设备测试检定体系，亟需开展北斗用户设备测试的相关标准化工作。本文就国外用户设备测试技术与标准发展、用户设备测试标准工作的研究原则、用户设备测试质量规范体系建设、用户设备测试系统计量校准方法等相关问题进行探讨。
  • 摘要：多模卫星导航接收机的应用需求不断增加，体积和功耗是制约其发展的两大因素。射频接收单元是导航接收机中的重要环节，使用专用集成电路代替以往的分立元器件可以有效的减小射频接收单元的体积和功耗，同时可提高接收机的稳定性。本文研究了多模卫星导航接收机射频专用集成电路的关键技术。从多模卫星导航接收机的需求出发，提出了射频专用集成电路总体设计方案，着重分析了设计中的关键技术难点，针对各难点提出了解决方案。
  • 摘要：本文分析了中高轨道卫星的力学环境，根据轨道的摄动分析解，阐明了各种摄动力对导航星座的影响，具体给出这三类卫星的轨道演化的主要特征，即GEO卫星的轨道“漂移”，高轨卫星轨道倾角的大幅度的长周期变化等，这些特征对于导航卫星星座几何构形的长期保持有重要参考价值。
  • 摘要：目前中国大陆地区具有永久性IGS跟踪站9座，其中具有外接原予频标的IGS跟踪站为4座(WUHN、SHAO、GUAO、BJFS)，其中BJFS站是从2010年开始外接了原子钟。Allan在1980年提出了Common-View(CV法)方法即是利用单通道测时型GPS接收机观测值来计算本地时钟与卫星GPST之间的时差值，进而得到两地之间时钟差值的方法。近年来，随着精确确定卫星轨道与卫星时钟参数方法的发展，以及测地型接收机的普及使得GPS共视法能够更方便的得到发展应用，并得到更好的时间比对结果。尤其多通道测地型接收机，相对于单通道测时型接收机在时间同步方面具有显著的优点如：稳定性、高精度和至少有两颗共视卫星等。共视法的主要误差来源于接收机本身及周围环境。这些误差虽然对两种方法都有影响，但是在多通道接收机中，可以通过对大量数据和不同卫星数据的平滑来抑制大部分的误差尤其是周围环境带来的影响。采用精密星历和无电离层组合的双频P码组合观测值，以及精确地测得硬件延迟，我们可以得到纳秒(nS)量级的时间同步精度。本文下载到两个中国大陆地区外接原子频标的IGS站(WUHN,SHAO)和一个2010年以前(BJFS)未外接原子频标IGS站的2009/05／01至2009／05／07七天观测数据，得到标准GGTTS格式的共视比对数据，并将两站间的共视比对数据进行了处理得到比对结果，在不顾及接收机内部硬件延迟的前提下，从一天计算结果来看，对于每一个单站的REFGPS而言，其变化呈现很明显的上下起伏波动。对于两站而言，两站间的相对钟差变化比较明显，且具有趋势性。尤其是BJFS-SHAO以及WUHN-SHAO之间的相对钟差变化基本呈线性变化，可以推测出两站的钟速差异是明显的，但是BJFS-WUHN之间的相对钟差值变化波动在10ns以内，且不具有趋势性。从一周的计算结果来看，BJFS-SHAO以及WUHN-SHAO之间的相对钟差变化趋势性更加明显，REFGPS平均值在每天的某些时刻还呈现规律性的波动。
  • 摘要：本文在自主定轨中研究了星间测距观测资料对导航卫星(GEO，IGSO，MEO)轨道误差传播的约束作用。研究结果表明，星间测距对轨道误差传播有很好的改善作用，但由于这类资料缺少参考基准，星座存在整体旋转，轨道定向参数误差改善并不明显。本文还同时研究了光压参数误差对自主定轨的影响。
  • 摘要：本文以Compass B3和GPS L1M信号为例，对比研究卫星导航信号分别采用最小频移键控(minimum shift keying，MSK)和四相相移键控(quadraturephase shift keying，QPSK)调制时的兼容性。首先介绍了MSK和QPSK调制卫星导航信号的数学模型。然后在考虑系统星座和卫星多普勒频偏的前提下，仿真了全球范围内QPSK和MSK调制卫星导航信号相互干扰时的系统间等效载噪比衰减。仿真结果表明：MSK调制卫星导航作号的兼容性好于QPSK调制卫星导航信号。
  • 摘要：为了提高对频带的利用率，现代卫星导航系统往往在一个频段内发送多路信号。直接的线性组合信号不是恒包络的信号，在通过功率放大器时会产生失真，影响信号的性能。为了解决这一问题，我们引入了恒包络生成技术。目前，卫星导航系统中常用的恒包络生成技术包括多数表决和相干自适应副载波调制，本文针对一种三信号的导航信号设计，提出了生成恒包络信号的几种方案，并且对比分析了不同方案的优劣，给出建议使用的恒包络算法和生成原理框图。本文的研究内容对未来我国导航系统恒包络信号设计有很重要的参考价值。
  • 摘要：以连续相位载波形式构建导航卫星信号，将测距码的随机性承载在相位变化率上，在具备很高的频谱利用率的同时更利于锁相环结构捕获与跟踪信号。使下一代GNSS具备多频段和多频点灵活部署能力，并可实现导航数据与其他信息的高速率数据传输。
  • 摘要：在卫星导航过程中，信号的发射与接收具有一定的随机性质。对这种随机性质的研究可以为出入站信号链路和容量的设计以及迅速识别干扰提供依据。本文根据随机数学理论中有关泊松过程的定义和性质，在一定的假设前提下，对导航出入站信号进行了理论推演和特性分析。从平稳独立增量过程到马尔科夫过程，直到最后的泊松过程，层层相扣，逐步给出了卫星导航出入站随机信号模型，并给出了对其应用实例。
  • 摘要：在某使用GEO卫星组网的卫星应用系统中，由于GEO卫星寿命末期燃料不足，不能进行南北保持控制，轨道倾角不断变大出现螺流波动，需实时手动调整出站功率，但很难保证其操作实时性。针对上述问题，本文在不影响系统正常工作情况下进行了出站功率自适应调整技术研究，涉及功率自适应调整方案设计、功率调整策略及软件实现等。在实际应用中证明了该方法的有效性和优越性，解决了在卫星寿命末期，自适应调整系统出站功率保证系统螺流值稳定的难题，确保了用户接收信号质量。
  • 摘要：本文从基本原理上阐述了北斗导航系统电波传播修正使用的模型和算法，分析了在北斗导航系统发展不同阶段过程中采用的电波传播修正方法的异同、模型的改进，以及在用户进行单向授时过程中的应用。通过对北斗导航系统发展的不同阶段单向授时实验数据进行分析比对，结论表明，现阶段北斗导航系统所使用的电波传播修正模型及方法在原有基础上进行了优化。
  • 摘要：测量与空间信息技术日新月异，近年来国土保安、环境变迁监控、防救灾应变、资源探测保护等各式应用，益形重视数据更新的实时性。因此发展快速且低成本资料撷取平台，乃成为各国遥感探测技术与测绘制图发展的重要课题。本研究针对低空、实时的感测平台，定翼型UAV进行研析。UAV乃不须人员于机上控制的载台.搭载整合导航定位与姿态感测器、成本相对低廉的数位相机、实时影像、无线通讯系统及多种传感器等，进行空拍任务，机动性极高，且相对安全而价廉，加上对地感测之航高远低于其它星载舆空载平台，故能获取极高地面分辨率(GSD)的影像，对于空闸资料的搜集舆调查更加便利而快速，大幅提升了空间信息取得之时效性。初步结果显示，当飞行高度为300公尺时，地面分辨率可达6公分，三维定位精度可达10公分，该成果可应用于1/1000地形测绘。然而当飞行高度增加至600和900公尺，地面分辨率分别为13和19公分，三维定位精度违到23舆50公分，该成果可用于1／2500地形图的应用，此外可以应用于制作1／5000航空照片图，未来对于国土资源调查和一般导航应用有许多的帮助，可进行小范围区域或大比例尺救援任务的地图制作，做为防灾或快速救难上的应用。
  • 摘要：电文格式设计是导航系统设计中的重要一环，需要考虑很多因素，设计过程是根据卫星导航服务的特点对一系列矛盾的折中。随着卫星导航应用的日益广泛，用户需求越来越多样化，如何使导航电文适应各种使用环境和使用需求是一个重要的问题。其中电文速率无疑是最重要的设计参数，其决定了灵敏度、信息容量等多个指标。采用恒定的播发速率不能兼顾灵敏度、信息容量及完好性告警时间。而采用多速率电文播放方式可以根据各类电文信息的特点设计相应的播发速率。本文首先提出了多速率电文播发方式的定义，进而给出了具体的实现方法，最后对其设计思路和设计方法进行了分析。说明了多速率电文播发方式是有效的、易于实现的解决目前电文设计中多种矛盾的方法。
  • 摘要：导航电文是卫星导航系统顶层设计的重要组成部分，其结构设计直接决定了首次定位时间，通信效率、可扩展性等关键性能指标;而广播星历是导航电文的核心，其表示方式直接决定了卫星轨道表示精度、通信效率等。GPS和GLONASS作为当今世界上在轨运行的两大卫星导航系统，其导航电文设计各具特点。GPS L1CA的电文采用帧结构，其中星历信息采用轨道根数及相应的摄动参数等16个参数来表示;GPS L2C／L5的电文采用固定长度的信息类型结构，其中星历信息采用18参数表示;GLONASS L1／L2民用信号主采用超帧结构形式，其中星历信息使用卫星的位置、速度以及日月摄动加速度等10参数来表示。本文通过对GPS／GLONASS导航电文结构和广播星历进行分析和计算，对未来全球导航系统导航电文的结构和广播星历设计给出了建议。
  • 摘要：随着卫星导航L频段的拥挤和频率协调工作的全面展开，基于国家安全的考虑，迫切需要导航信号性能与射频兼容性(RFC)分析结果的支撑。本文针对新公布的COMPASS卫星下行导航公开服务信号Blcx／Blcy，就接收机的捕获、载波跟踪、码跟踪等性能以及在复杂电磁环境下，系统内、系统间干扰对COMPASS接收性能的影响进行了详尽的理论分析与仿真实验。分析表明，Blcx／Blcy信号由于采用了MBOC调制方式，具有良好的谱分离特性和尖锐的自相关函数波形，相比BOC调制信号具有更高的载波跟踪精度和捕获灵敏度。对伪码跟踪误差下界的研究则表明，该信号具有更高的伪码跟踪精度。通过对GPS、Galileo、COMPASS各系统在L1频段发送的信号引起的系统内、系统间干扰的分析，计算得到各导航信号间的频谱分离系数和COMPASS接收机相应的等效载噪比的衰减值。在此基础上，本文进一步给出了在不同干扰条件下，COMPASS B1(L1)频点民用接收机捕获灵敏度、载波跟踪精度、码跟踪精度性能下降幅度的仿真结果。本文的研究结果对COMPASS兼容信号的设计与评估及未来COMPASS兼容接收机的设计具有借鉴意义。
  • 摘要：雨衰是卫星定位系统空间链路损耗中非常重要的一部分，为保证系统高稳定度的运行，需要实时地掌握雨衰的情况，采取相应措施抵消雨衰对系统的影响。本文对雨衰的产生机理和实际影响作了定性和定量的分析，解决了计算不同频点、不同形式的导航信号在各种降雨程度下的雨衰值的问题，可作为导航系统总体设计，系统稳定性维护的理论依据。
  • 摘要：北斗二代系统兼具RDSS与RNSS两种业务模式。RDSS属于主动式定位系统，兼具短报文通信业务，需要用户发射信号;RNSS属于被动式定位系统，无需用户发射信号。RDSS与RNSS两种业务具有较好的互补性。本文提出了RDSS与RNSS业务从信号处理层到数据处理层的多种组合应用模式，并简要分析涉及到的关键技术，包括：基于时间不确定度压缩的RDSS辅助RNSS的快速信号捕获技术、RDSS与RNSS多系统高精度时间同步技术、RDSS与RNSS组合的精密单点定位技术、RDSS与RNSS组合的RTK技术、RNSS与RDSS下行信号结合的双频电离层延迟改正技术等。
  • 摘要：现代卫星导航系统存在脆弱性的致命弱点，即导航信号很容易受到干扰而失效，传统通信领域的信道编码方式由于能够提供额外增益,逐步被引入到导航信号体制设计中。本文对各种常用信道编码的编码增益及资源消耗情况进行仿真，以此为基础针对我国COMPASS导航系统提出了一种信道编码设计方案，系统复杂度和资源消耗低，并具有较好的可实现性。
  • 摘要：伪码跟踪热噪声、多径误差和抗干扰性能是卫星导航系统授权信号设计中需要考量的重要因素。本文提出了热噪声和多径综合UERE的伪码跟踪精度性能评估方法，以及归一化解调抗干扰品质因数的伪码信号抗干扰能力评估方法;针对BPSK(10)、BOCs(10，5)、BOCc(10，5)、BOCs(15,2.5)、BOCc(15，2.5)这五种GPs／Galileo／Compass系统中的授权伪码信号，比较了其热噪声误差理论下限、多径误差最大值和期望，热噪声和多径综合UERE，以及归一化解调抗干扰品质因数，给出了这五种伪码信号的热噪声和多径综合UERE排序、抗干扰性能排序。研究成果揭示了GPS、Galileo、Compass几个军用／PRS信号之间的性能对比，以及SinBOC调制和CosBOC调制的性能对比，可为卫星导航系统伪码调制信号设计提供重要参考。
  • 摘要：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。本文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。之后比较了CNAV和NAV电文星历参数的差异，并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。最后分析了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相比15个星历参数，其轨道拟和误差值改善2到3cm。
  • 摘要：针对汉语短报文的词组与频度特征，本文提出了一种两层的编码压缩技术框架，其核心为基于末位识别的变长编码方法，该方法在有效地实现短报文长度缩减的同时，不会破坏编码后的二进制流中的字符频度，从而使其易于采用短报文压缩领域的相关研究成果进行二次压缩。最后，给出模型的基本实现方法和进一步工作的内容。
  • 摘要：当前北斗卫星导航系统一期工程研制建设取得了重大进展，因此要求系统应用及产业化步伐也应随之加快。本文针对这一问题，从分析研究国外卫星导航系统应用政策法规及技术手段等入手，同时结合我国北斗卫星导航试验系统应用中取得的一些经验，阐述了对加快推动北斗卫星导航应用及产业化的一些建议和思考。
  • 摘要：本文对美国导航协会组织召开的大型导航学术会议、欧洲导航大会、GPS／GNSS国际研讨会等卫星导航领域重要学术会议的基本情况、管理体制及运作机制进行了简要分析总结。
  • 摘要：卫星导航系统间的兼容性分析是近年来逐渐兴起的研究热点，目前采用的主要方法是国际电信联盟2007年制定的RNSS系统间干扰评估协调方法，但该方法存在几点不足之处，包括：没有考虑系统间干扰对码跟踪过程的影响;没有考虑信号参数对谱分离系数的影响;没有考虑有效载荷与接收机处理带来的信号畸变与损耗和缺少兼容性门限确定方法等。针对这四点不足，分别进行了深入的理论分析，给出了相应的初步解决方案，并基于此仿真分析了在B1频段内我国Compass系统与GPS系统、Galileo系统间的兼容性，得到了一些有用的结论，可以用于指导未来我国COMPASS系统与其它GNSS系统的频率协调谈判。
  • 摘要：为了最大限度节省卫星寿命期间对推进剂的消耗，常常通过选择工作轨道的升交点赤经和倾角来实现。由于转移轨道的升交点赤经与目标轨道的升交点赤经常常是不同的，因此，在改变轨道高度和倾角的同时需要改变升交点赤经。这样变轨控制只能在非拱点进行，与拱点变轨相比会消耗更多推进剂，为此需寻求最优的目标轨道升交点赤经。本文根据转移轨道和目标轨道的特点，结合工程实际，经过数学分析给出了变轨控制点的位置、变轨控制的速度增量方向以及大小的分析解。以变轨所需推进剂量、轨道圆化所需推进剂量和寿命期间南北位置保持所需推进剂量之和为目标函数，针对不同的目标轨道升交点赤经进行优化，最终得到最优的升交点赤经。进行了仿真计算，仿真结果与采用经典优化算法所得结果一致。因此本文提出的非拱点变轨方案是正确可行的，并且本文成果已成功应用于导航工程实际。
  • 摘要：导航星座星间链路通过双向测距改善了定轨处理所需观测量的几何分布，实现了星间时间同步，对导航系统自主运行和精度提升具有重要作用。本文分析了存在伪距测量误差、测量卫星本身位置误差及钟差下的星间链路多星TOA定位误差的CRLB界，提出了一种导航星座星间链路GDOP特性分析方法。该方法定量描述了星间链路观测量的充分性和有效性对定轨的影响，能够量化星间链路的观测拓扑效果及其下界。针对北斗二代星座构型仿真计算了在不同天线安装约束下观测观测多颗卫星时星间链路GDOP随最大可作用距离约束时的变化情况，给出了仿真数据及分析结论。
  • 摘要：目前卫星导航系统应用极其广泛，涉及测绘、交通、应急救援及军事等各个领域，但是当地面站出现问题时，为确保其能够正常运行和使用，需要卫星导航系统具有自主运行功能，即通过星间测距、通信设备和星上处理器，结合卫星轨道先验信息，实现星上自主精密定轨和自主守时。目前GPS星座可每小时自主计算卫星轨道和卫星钟差，为用户提供自主运行180 d测距误差(URE)好于6 m的服务。鉴于我国在此类应用上的空白以及与国外的差距，本文着重研究GPS星间链路通信模式及卫星数量的较优选择。通过对星间链路数据的模拟，分析了不同链路数的情况下卫星在同轨、异轨以及同轨和异轨的组合三种情况下定位的精度。星间链路数据的模拟采用IGS公布的精密星历，并假定星间测距及卫星的位置误差为高斯白噪声。然后，在卫星三维坐标上分别叠加10m,15m的位置误差，在星间模拟测距数据上叠加10cm，30cm的误差，主要作了如下工作：1)假设所有卫星可视，随机选取3-30颗卫星，分析了在这种情况下随卫星数量的增加定位精度的变化，发现在卫星数量大于10颗时定位精度趋于稳定。2)同一轨道面上随机建立3-5条链路，分析其自主定位后的精度变化;3)同轨及异轨建立3—5条链路，分析其自主定位后的精度变化。最终，通过对同轨以及同轨和异轨的组合两类星间链路数据的模拟，得到了一系列有意义的结论。这一工作对星间通信模式及天线方向等研究具有重要的参考价值。
  • 摘要：Hermite插值是样条插值的基础，具有很强的适应性和可控性。在插值计算GPS卫星位置时，如果能用适当的方法给出节点处的导数，则可以构造出Hermite插值，它具有C1连续性并且一致收敛。本文介绍了分段低次Hermite插值算法，实现于广播星历的插值，实验结果表明该算法能够满足精度要求，并且克服了Lagrange多项式插值算法的一些缺点，在一定程度上值得推广。
  • 摘要：本文对长距离光纤频率传输中并行光学补偿的控制方法进行了研究和分析。研究分析了温控光纤延迟线和快速光延迟线传递函数及各自的响应特性等。在此基础上，对并行光学补偿中的控制器的结构和关键参数进行了研究和设计，并通过系统仿真进行了验证。仿真结果表明：设计的控制器能在保持系统稳定的情况下，实现大动态、高精度的补偿，有效抑制系统噪声。
  • 摘要：利用GPS提供的初始北京站坐标，时Lageos卫星的人卫激光测距(SLR)残差平均值在10-40cm左右，RMS在4-10cm左右，大大高于测量的噪声水平，其原因可能是初始站坐标不准确。因此本文利用北京人卫激光站2010年9月份对Lageos1卫星、Lageos2卫星的观测数据估计该站的坐标。考虑到观测数据较少(Lageos1卫星10圈数据，Lageos2卫星12圈数据)，我们采用与常规的SLR站址估计算法不同的方法重新解算站坐标。根据新方法得到的残差均值为0cm，RMS在5cm以内。而利用Lageos1卫星数据得到的站坐标与初值相比高程方向相差51.07cm，水平方向相差2.96cm。利用Lageos2卫星数据得到的站坐标与初值相比高程方向相差36.3cm，水平方向相差5.49cm。综合两颗卫星数据得到的站坐标与初值相比高程方向相差38.3cm，水平方向相差1.58cm。从结果来看，北京站坐标主要在高程方向有较大的变化。
  • 摘要：本文提出了基于星间测距数据的分布式导航卫星自主定轨的滤波算法，每颗导航卫星分别使用卡尔曼滤波来估计各自的卫星轨道参数。为了验证自主定轨算法的正确性和可靠性，本文以GPS星座为模拟对象，使用IGS精密星历作为数据源，模拟生成高仿真度的星间测距数据，用自主研制的自主定轨软件对模拟的星间测距数据进行长达180天的自主定轨数据处理。将自主定轨产生的卫星星历与精密星历进行比较，180天内星座URE误差统计优于4.0米。分别用自主定轨产生的卫星星历和GPS广播星历对武汉IGS跟踪站的实测GPS数据进行单点定位，结果表明：两种星历的单点定位精度较为接近;长达180天的自主定轨期间，导航定位的平面精度优于3.0米，高程方向优于5.0米，受星座整体旋转误差的影响并不显著。
  • 摘要：针对接收机对GEO卫星的各频点伪距观测值存在的伪距波动问题，首先采用单频点及双频无电离层组合两种方法分析区域导航系统监测接收机的伪距波动现象，其次分析论述伪距波动与卫星硬件延迟变化的关系，再次分析伪距波动对精密定轨的影响，最后分析评估各监测站受伪距波动的影响，为伪距波动原因定位以及降低波动对系统影响提供技术支持。
  • 摘要：本文探讨了采用实测地面伪距观测值及模拟星间距离观测值的GPS精密定轨的相关问题，主要包括：联合定轨函数模型、两类观测值的融合方法、地面测站的布设对联合定轨的影响等。同时，基于作者自编的联合定轨软件进行了大量模拟计算，结果表明：在布设少量局域站(比如国内3～5站)的情况下，采用星地联合定规不仅能获得与GPS广播星历相当的定轨精度，而且可以大大减少对地面站的布设数目及其地理分布的要求;地面跟踪站数量的增加及其地理分布的改善对提高联合定轨精度作用有限，但可以提高精密定轨的可靠性。
  • 摘要：指向性星间链路能够带来全球导航卫星系统(GNSS，GlobalNavigation Satellite System)的性能提升，但是需要预先全面考虑各种因素对星间链路的工作状态进行最优规划，以实现各种优化目标和确保系统稳定连续运行。本文研究了典型Walker星座中指向性星间链路的最优规划问题，利用矩阵对整网可测性进行建模，提出了一种迭代矩阵分解算法，并利用该算法实现了针对“可测全测时间最短”优化目标的规划，计算结果表明，该算法能够得到全局最优解。
  • 摘要：高精度的星间钟差滤波估计是导航星座自主时间同步的关键技术之一，本文以星间双向伪距为观测量，构建了kalman滤波的测量方程，首先讨论分析了随机误差和系统误差对星间钟差滤波估计精度的影响，进而分析了两种误差对导航星座自主时间同步的影响。通过仿真分析表明，不同量级的随机误差和系统误差对星间钟差滤波估计的影响是不同的。并采用国际权度局的加权算法进行了星座自主时间同步的初步仿真，表明随机误差和系统误差对星座系统时间产生了影响，但是对星座卫星间的时间同步精度影响较小。

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