一种兼容GPS和BD系统的跟踪环路相干积分方法

在城市、峡谷等复杂环境下,卫星导航信号衰减严重,接收机导航定位性能变差,甚至不能工作,给国民生产生活带来诸多不便.提高接收机弱信号的跟踪能力,研究高性能的卫星导航接收机具有重要的意义和价值.在研究分析GPS、北斗D1导航电文的调制方式和相干积分方法的基础上,构建了一种改进直方图的位同步方法,该方法借鉴直方图的思想,通过设定比特跳变的统计门限上限和多组门限下限找到比特跳变边沿.在此基础上设计实现了一种长时间相干积分方法,该方法兼容GPS电文和北斗D1导航电文,可以有效地消除导航电文跳变或者NH码跳变带来的比特翻转.最后,在FPGA平台验证了该方法可以有效提高信号信噪比,以及接收机在弱信号环境下的跟踪能力.     

加州差分修正公司准备在全球开展差分修正业务

美国加里福尼亚州的“差分修正”公司打算很快建立一个全球性地基接收机网,以便为用户提供极精确的导航和定位信息。已在8个美国城市投入运行的系统,通过调频无线电台向用户发送信号。利用这些信号来修正用GPS卫星直接确定的位置数据。以往,只有美国军方才能接收GPS卫星发送的高精度信号。军方将高精度信号加密,防止敌方利用该信号精确引导导弹打击目标。卖给民间用户的GPS接收机只能接收低精度信     

GPS仿真器设计

GPS是当今世界运行最为广泛的卫星定位、导航系统,研究GPS仿真器的设计,从而为飞机模拟器提供虚拟定位数据具有重要的现实意义.通过GPS卫星星座运动分析、最佳定位四颗星选择和GPS接收机设计,将由飞机仿真计算机得到的飞机位置信息转换成CPS信号输入飞控计算机,以实现GPS导航仿真实验.     

基于融合处理多系统接收机钟差的伪距单点定位算法研究

多模导航定位较高的定位条件(需可见卫星总数大于5颗)限制了其在城市等卫星遮挡较严重的地区充分发挥多系统的优势。基于Kalman滤波,提出一种将多系统接收机钟差融合为一个系统接收机钟差的多模伪距单点定位数据处理算法,解决了多模导航定位在可见卫星数少于6颗大于3颗时无法定位的情况。分析了GPS、北斗和GLONASS三系统一天的观测数据,结果表明,多系统接收机钟差融合后只需可见卫星总数大于3颗即可进行多模伪距单点定位。     

GPS单差观测量的运动学相对定轨研究

以双星编队飞行为工程背景,在两颗编队卫星均搭载GPS双频接收机和一颗搭载GPS双频接收机而另一颗搭载GPS单频接收机两种模式下,对相对定轨方法和数据处理流程进行了研究。运动学相对定轨采用最小二乘批处理方法进行轨道估计,定轨流程包括单点定位、动力学平滑、数据编辑、运动学绝对定轨和运动学相对定轨五个步骤。利用GRACE双星数据进行测试,结果通过KBR验证:利用消电离单差组合观测量,相对定轨精度达到1 cm左右;以双频GPS为参考星,双频消电离观测量和单频GRAPHIC观测量做单差,相对定轨精度优于18cm。     

北斗接收机伪距与伪距率的计算及其误差补偿

接收机伪距与伪距率的计算和误差补偿是进行北斗系统应用开发的关键之一。本文利用北斗卫星播发的星历等导航电文数据,计算得到北斗卫星位置与速度等信息,对接收机伪距误差补偿,并计算得到伪距率。利用卫星的位置、速度,得到伪距和伪距率的误差值,验证了伪距和伪距率的有效性。     

数字式跳频GPS/GLONASS接收机

在很多应用场合,对大量扩频导航卫星连续跟踪将获益匪浅。当接收机跟踪多于定位所需最小卫星数目时,通过优选卫星几何可提高卫星导航精度。动态定位可利用冗余卫星来实现更迅速的整周期判决和跳周修正。陆地导航利用额外的卫星可克服建筑物、树林和地形造成的遮挡。比较多个星座的测量值能获得有关导航稳妥性的度量。跟踪大量卫星的好处已引起人们研制能同时处理美国GPS和苏联GLONASS信号的接收机的兴趣。已经推出了几种接收机设计方案,但所有这些接收机中处理GLONASS信号的硬件都是与处理GPS信号硬件分开的。本文介绍一种高度综合的GPS/GLONASS接收机,接收机中的每一卫星跟踪通道都能随意指定它接收任一个GPS或GLONASS卫星。该接收机有一个模拟射频/中频(RP/IF)前端,用一个固定频率的本振(LO)。定制的数字专用集成电路(ASIC)跟踪选定的GPS/GLONASS卫星,并提供相关测量值送软件处理。本文介绍的GPS/GLONASS接收机利用了数字信号处理技术和有限脉冲响应(FIR)滤波器的新成果。该综合接收机的模拟RF/IF前端大大地简化了,然而其性能可与使用相当复杂模拟RF/IF电路的接收机相比拟。GPS和GLONASS之间的跳频完全在数字域中进行,不必象早期设计方案中那样用昂贵的跳频本振。深入利用数字处理技术,GPS/GLONASS接收机可采用大规模集成电路,将多个通道集成在一个芯片上。这样可大大减小体积,节省成本,不久即可推出商用多通道GPS/GLONASS接收机。     

利用GPS进行近地轨道确定和会合导航

本文介绍了GPS用于近地轨道确定和会合导航的性能研究结果。目前为陆地、海上和空中导航开发的一些技术正在扩展到空间环境。对两个近地航天器上的GPS接收机系统的实际工作情况进行了仿真研究,以此评价了GPS系统的相对和绝对导航精度。为该性能仿真研究提供一个逼真的基础,拟制了一些动力学和环境模型。仿真研究获得了两项重要结论:1)轨道上用一台GPS差分基准接收机给其附近另一些GPS接收机提供信息,可以将这些接收机的绝对定位精度提高到基准站所能达到的精度。2)从同4颗GPS卫星测得测量值的两台同型号接收机,其相对定位精度(1σ)每轴向可以达到1.8m(P码)和20m(C/A码)。相对速度误差每轴小于0.04m/s。当接收机拉开相当距离时,差分GPS和相对导航技术的精度下降不明显。     

卫星位置和速度的Lagrange插值算法分析

导航接收机中通常采用开普勒轨道参数法计算卫星的三维位置和速度.这种算法计算量较大,在资源有限的廉价用户机或要求高频度输出卫星位置和速度的高动态接收机中会使处理器资源非常紧张.采用Lagrange插值算法可以获得相同精度的卫星位置和速度,且大大降低计算量.利用GPS数据对不同插值区间长度和插值阶数的Lagrange插值法的计算精度和处理时延进行了定量分析.结果表明,Lagrange插值算法计算卫星位置和速度可以使处理时延降低十几倍,这在每个历元的导航解算需要同时计算多颗卫星位置和速度的接收机中具有重要意义.     

基于气压高度辅助的机载自主完好性监测算法

卫星接收机自主完好性监测是指根据用户接收机的多余观测值监测用户定位结果的完好性,其目的是在导航过程中检测出发生故障的卫星,并保障导航定位精度。针对卫星接收机自主完好性监测算法可用性不足的问题,结合机载实际导航系统配置,提出了一种基于气压高度表辅助的机载自主完好性监测算法。综合利用卫星导航系统及气压高度表观测信息,建立联合系统的观测模型,推导了基于多解分离的完好性监测及保护级别计算方法。仿真结果表明,相比于传统的接收机自主完好性监测算法,该算法在可见星为5颗时仍能识别故障卫星。该算法具有更好的故障检测能力及可用性,能有效提高卫星导航系统的完好性监测性能,从而保证卫星导航系统的精度和可靠性。     

Geostationary Satellite Navigation Systems

The concept of position determination using geostationary satellites as an alternative to the global positioning system (GPS) is studied. The advantage of a geostationary system is that only three, or at most four, satellites are required to cover the continental United States. A total of twelve satellites are sufficient for global coverage (excluding polar regions), or eight if only longitude and latitude, but not altitude, are measured. The system involves the determination of the range to either four geostationary satellites or, if the altitude is not measured, three geostationary satellites. The accuracy of the proposed systems are evaluated to obtain the rms error associated with position determination, and the concept for the implementation of measurements required by the systems is presented. The accuracy of the systems are adequate for civilian use in the continental United States; however, there is a degradation in accuracy as the location of the user approaches the equator.     

基于北斗导航定位系统改进技术的定位误差仿真和分析研究

对北斗导航定位系统、使用三星定位技术及伪卫星技术的定位误差进行了仿真分析.通过仿真和分析表明,三星定位技术虽然解决了原有系统的缺陷,但存在定位精度的问题;而伪卫星技术不仅解决了原有系统的缺陷,同时提高了定位精度.     

三星无源定位的精度分析及定位算法

 在三颗地球同步卫星加气压高度表的无源定位中,定义了气压高度表水平几何误差因子(HDOP)和伪距位置几何误差因子(PDOP),并给出了相应的数学表达式和分布图。提出了在卡尔曼滤波算法中增加多普勒频率作为观测量,同时选用衰减记忆法滤波,并给出了相应的算法。仿真结果表明：衰减记忆法滤波可以有效克服因Singer模型不准确引起的卡尔曼滤波发散;对于高中动态用户,增加多普勒频率后的衰减记忆卡尔曼滤波算法的定位精度要高于常规卡尔曼滤波法和迭代最小二乘法的定位精度。     

基于非合作低轨卫星的测向交叉定位技术

根据非合作低轨卫星的特点，可以被动测量多颗卫星信号的来向，通过测向交叉的方式进行定位。但是通过星历解算出的卫星位置位于地心地固坐标系，用户测量的方位角和俯仰角基于站心坐标系。针对非合作低轨卫星测向交叉定位时目标用户角度信息与卫星位置基于不同坐标系的问题，提出了一种迭代最小二乘定位算法，通过迭代的方式不断收敛定位结果，能够在目标用户角度信息与卫星位置基于不同坐标系的情况下，解决非合作低轨卫星的测向交叉定位问题。仿真结果表明，基于迭代最小二乘定位算法能够实现非合作低轨卫星仅利用角度定位，并分析了测角精度、卫星轨道高度、参与定位卫星数与定位误差之间的关系。针对迭代的计算方法，分析了迭代过程中不同收敛条件下迭代次数与定位误差之间的关系。在保证定位精度的情况下，将迭代收敛范围设置为8~30 km，可以降低2~3次迭代次数。     

Communications and radio determination system using twogeostationary satellites. I. System and experiments

We developed two types of hybrid terminals that can provide both satellite communication and position determination services in one system. One terminal uses the single channel per carrier (SCPC) technique and the other uses the spread spectrum (SS) technique. To evaluate the performance of the two systems, we carried out experiments in Japan and in the Pacific Ocean using two geostationary satellites, ETS-V (150°E) and Inmarsat (180°E). The ranging accuracy between the mobile terminals and the base station via the satellites was found to be about 200 m using the SCPC system and about 10 m using the SS system. The measured positioning accuracy was about 1 km in the SCPC system and about 600 m in the SS system when experiments were carried out near Japan. The experimental results show that the positioning errors were mainly caused by the orbital determination errors of the two satellites. Presented here are the configurations and features of the SCPC and SS terminals, the experimental system, and the experimental results     

Quick position determination using 1 or 2 LEO satellites

We describe an approach for a medium accuracy position determination of a user terminal (UT) on the Earth surface, using one or two low Earth orbit (LEO) satellites. The positioning approach is intended to meet the requirements of a worldwide personal communications system using LEO satellites. The basic two requirements are: (1) immediate positioning, and (2) horizontal position accuracy of the order of 10 km. Those requirements stem from the need of the system to know the user's approximate location before it connects his call. The approach makes use of the two-way communication with the UT, which can receive, transmit, and make its own measurements. Delay and Doppler measurements are used in order to enable instantaneous positioning with one satellite, and in order to achieve unambiguous positioning with two satellites. A simplified Globalstar satellite constellation and the expected Globalstar delay and frequency measurement accuracy are used to demonstrate the concept and to evaluate its performances     

基于双星系统的卫星几何学精密定轨方法研究

双星导航系统的建立，为我国实现自主的卫星天基测控技术提供了可能。同时由于其全天候、全天时、相对定轨精度高等特点可望成为一种低、中轨卫星精密定轨的有效手段。但由于双星系统中静止卫星数目仅有两颗，要得到低、中轨卫星的三维定位信息，还需要额外的第三维观测量。本文根据双星系统的现状，结合国内对低、中轨卫星精密定轨的要求，提出了一种基于双星系统的卫星几何学精密定轨的方法，概述了其基本原理及其组成，给出了卫星定轨的方法和数学模型，同时根据数据仿真分析了该定轨系统的定轨精度，为下一步工程实现提供了理论基础。     

Differential positioning experiment using two geostationarysatellites

A ranging and positioning system for a ship or an aircraft using two geostationary satellites is described. This system has a ranging and positioning accuracy of 100 m and 1 km. Experiments to estimate this system were performed using a ship in the Pacific Ocean in a normal and a differential modes. This system leads to the development of fundamental ranging and positioning techniques for the cooperated independent surveillance     

Preliminary Analysis of a Proposed High-Stability Frequency Standard Distribution System

A system for distributing a frequency reference, which involves the use of geostationary satellites and two-way microwave transmissions, seems capable of stabilities exceeding those of primary atomic standards. The principal sources of error are instabilities in oscillators in the system, imperfect geostationary orbits, additive noise, and radio propagation effects. Even extreme assumptions of propagation phase instability lead to very small errors. Thus the limitations on stability seem to be imposed by the hardware.     

一种简易的双星定位系统定位解算方法

双星导航定位系统采用双星定位体制,其定位基本原理为三球交会测量原理,其中2颗量测量与用户到2颗卫星的距离有关,与用户高程有关的第3个量测量是决定系统定位精度的关键因素.为此,为了简化定位算法,文章根据地球椭球几何及大地纬度的相关知识,推导了与用户高程有关的第3个量测量的精确模型,进而建立了用户的定位算法.该算法具有简单...