BDS/GPS组合的H-ARAIM PBN和ADS-B应用可用性评估

水平-先进接收机自主完好性监测(H-ARAIM)属欧美大力发展的新型机载自主卫星导航完好性监测技术。从H-ARAIM的基于性能的导航(PBN)和广播式自动相关监视(ADS-B)应用方法出发,基于美国全球卫星导航系统(GPS)和中国自主北斗卫星导航系统(BDS)组合系统,综合考虑不同卫星故障概率、不同星座故障概率、不同星钟星历误差配置以及不同星座配置,全面仿真评估了H-ARAIM的PBN和ADS-B应用全球可用性,结果表明:卫星和星座故障概率变化,对水平保护级(HPL)结果的影响不足0.1%,PBN和ADS-B均可实现全球100%可用性;星钟星历误差变化,会导致较大幅度的HPL变化,最大值可达20 m,但对PBN和ADS-B应用可用性没有显著影响;不同星座配置会对全球和亚太区域平均99.9%HPL结果及PBN和ADS-B应用可用性产生显著影响,HPL变化幅度达到32 m,可用性随星座配置不同而变化,最差可降低到96%。所取成果可为北斗民航应用提供坚实的理论参考和可靠的技术支撑。     

中国区域电离层异常数据野值检测

针对中国区域连续运行参考站接收机野值会干扰星基增强系统（SBAS）电离层异常事件提取的问题，提出了一种基于电离层垂直延迟时间梯度的野值检测方法。首先，介绍了电离层延迟数据的提取方法；然后，论述了依据野值和电离层异常的不同时空相关特性进行野值检测的方法，并用单双频定位误差结果验证了野值检测的正确性；最后，对检测结果进行了分析。结果表明:该方法可有效区分野值和电离层异常；在中国大陆构造环境监测网络200多个参考站中，野值检测所剔除的参考站数目在3~10个，对电离层穿透点空间分布的影响在可接受范围内。      

基于极大验后推估理论的全球电离层地图预报

提出了一种基于极大验后估计理论的全球电离层预报方法，基于中国科学院电离层分析中心（CAS）提供的快速全球电离层地图（GIM），实现了1天、2天和5天GIM的预报。以国际GNSS服务组织（IGS）最终GIM、Jason测高卫星提供的电离层观测信息及全球GNSS基准站实测电离层总电子含量（TEC）为基准，评估了2008－2017年CAS电离层预报GIM在全球大陆及海洋区域的精度，并与欧洲定轨中心（CODE）、欧洲空间局（ESA）和西班牙加泰罗尼亚理工大学（UPC）的预报GIM进行对比。在评估时段内，与IGS-GIM相比，CAS预报GIM精度为2.4~3.1 TECU；与测高卫星TEC相比，CAS预报GIM的精度为5.1~6.6 TECU；与全球基准站实测TEC相比，CAS预报GIM的电离层延迟修正精度优于80%。总体来看，CAS预报GIM与CODE预报GIM精度相当，显著优于ESA和UPC预报GIM。      

GSO卫星系统布设中的通信干扰评估方法

针对地球静止轨道（GSO）卫星系统在卫星和地球站布设中的同频干扰评估问题，设计了地球站及卫星的全球分布对下行和上行通信链路的干扰评估场景，以及考虑波束业务特征影响的多条链路的集总干扰场景，构建了不同场景下的干扰评估和分析计算的模型，提出了一种基于干扰函数极值的评估方法。所提方法通过建立干扰系统地球站的随机分布集合和受扰系统的干扰函数，结合国际电联（ITU）提供的全球地形数据、天线波束参数、电磁波传播模型，能够实现对2个GSO卫星系统间的卫星轨位和地球站布设的定量化计算分析。采用所提方法对位于47°E±6°的GSO卫星系统、位于（23°N，26°E）地球站的同向下行链路，以及位于（23°N，26°E）的地球站对26°E±6°的GSO卫星系统的同向上行链路的干扰情况进行了定量化计算。结果表明:在卫星轨位间隔为2°时的干扰噪声比值为-12.29 dB，与ITU建议书中规定的-12.2 dB的限值之间的误差为0.7%，证明了所提方法的有效性和可行性。所提方法还可以统计GSO卫星系统在任意角度间隔和全球布设场景下的干扰分布情况，对于干扰评估和规避措施的制定具有一定的借鉴意义。      

IFB不确定性对双频码载分歧监测的影响分析

码载分歧（CCD）监测器是卫星导航地基增强系统（GBAS）引入的完好性监测器之一，用于监测码伪距与载波相位观测值之间的不一致性。双频平滑技术的引入改变了CCD监测器的检验统计量等参数，进而影响了监测性能。针对双频GBAS中存在的频间偏差（IFB），基于北斗双频观测数据，分析IFB不确定性对于双频码载分歧监测性能的影响。研究结果表明:在IFB不确定性的影响下，监测器的阈值增大了26.1%，导致其在发生CCD故障情况下的漏检率显著增大，最小可检测故障值增大了26.9%，监测器的灵敏度降低；最坏情况下系统完好性损失概率从低于10-14增大到接近10-8，同时机载端为满足漏检率性能安全要求所引入的延迟值更大，导致CCD监测器的故障响应变慢，双频GBAS的完好性受到影响。     

利用北斗观测数据实时监测中国区域电离层变化

北斗卫星导航信号采用三个频点工作,可以利用伪距双频组差方法解算电离层电子含量,为实时监视中国区域电离层变化提供新的技术手段.中国中低纬度处于电离层赤道异常变化区,在北纬20°±5°区域时常发生较大梯度的电离层变化.利用北斗实时多频伪距和相位观测数据,采用相位平滑伪距方法计算电离层穿刺点电子含量,分析通过北斗系统GEO卫星监测的电离层周日变化特性;采用多面函数方法拟合中国区域1°×1°分辨率的电离层延迟量,每5min绘制一幅中国区域电离层图,观测区域所有电离层穿刺点拟合残差RMS为2.778TECU;分析北斗系统实时监测中国区域电离层异常情况,当发生电离层异常变化时,相邻两天的VTEC（Vertical Total Electronic Content）峰值相差约60TECU.      

北斗系统UERE及定位精度评估

用户测距误差（URE）与用户设备误差（UEE）是影响定位精度的主要因素.民航是北斗系统的高端用户,监测其对民航机场的覆盖性和服务性能十分必要.本文根据华东、华南、华北、西北地区4个民航机场观测站的北斗实测数据,分析了各机场卫星的可见性.根据URE的解算方法、电离层修正模型、对流层修正模型以及定位精度的评估方法,给出了对应的性能评估结果.研究发现:可见星数均在6～14颗,满足定位要求; 95%置信度下,电离层延迟优于7.50m,对流层延迟优于13.28m,地球静止轨道卫星（GEO）、倾斜地球同步轨道卫星（IGSO）、中圆轨道卫星（MEO）卫星的URE值分别优于2.36m,1.72m,2.59m,满足北斗规范的要求;95%置信度下,定位精度水平方向优于3.63m,垂直方向优于6.98m.结果表明北斗系统在民航机场监测站的覆盖性及服务性能良好.      

伪卫星进近着陆系统几何布局研究

基于伪卫星的进近着陆系统具有机动灵活、成本低、抗干扰性能好等优点,可满足小型机场或临时机场对着陆系统的迫切需求,具有良好的应用前景。本文从GDOP的角度对机场伪卫星星座布局进行了研究,提出了3颗和4颗伪卫星情况下的最佳布局。仿真结果表明这两种布局均达到了机场伪卫星进近着陆系统对HDOP的要求,对机场伪卫星着陆系统的实施具有重要的参考价值。     

夏季强对流活动对东亚低纬电离层不规则体影响的事件分析

利用海南台站和东南亚地区的多种地基和天基观测手段,对2014年7月28日夜间观测到的东亚低纬F区不规则体事件的时空变化及其物理过程进行分析。结果表明,海南台站观测到了罕见的长时间持续的F区电离层不规则体,不同手段观测到的电离层不规则体存在明显的形态差异。不同台站观测到的电离层不规则体活动存在明显的差异。海南台站经度区南北异常峰附近的TEC起伏活动在日落后至午夜附近明显增强,在午夜后明显减弱。C/NOFS卫星轨迹午夜后逐渐接近于磁赤道,且处于较低高度上,几乎总会观测到弱等离子体扰动/泡的发生,与该区域地基观测的弱电离层不规则体活动存在明显的联系。SWARM卫星在黎明海南台站附近经度区仍观测到较强的赤道异常双峰结构,且西侧异常峰区附近仍存在明显的等离子体密度耗空/泡结构。海南台站西侧磁赤道区附近（中南半岛）强对流活动（MCC）激发的重力波种子扰动对东亚低纬区等离子体泡及准周期结构的产生发挥了重要作用。      

Performance analysis of PPP ambiguity resolution with UPD products estimated from different scales of reference station networks

Integer ambiguity fixing with uncalibrated phase delay (UPD) products can significantly shorten the initialization time and improve the accuracy of precise point positioning (PPP). Since the tracking arcs of satellites and the behavior of atmospheric biases can be very different for the reference networks with different scales, the qualities of corresponding UPD products may be also various. The purpose of this paper is to comparatively investigate the influence of different scales of reference station networks on UPD estimation and user ambiguity resolution. Three reference station networks with global, wide-area and local scales are used to compute the UPD products and analyze their impact on the PPP-AR. The time-to-first-fix, the unfix rate and the incorrect fix rate of PPP-AR are analyzed. Moreover, in order to further shorten the convergence time for obtaining precise positioning, a modified partial ambiguity resolution (PAR) and corresponding validation strategy are presented. In this PAR method, the ambiguity subset is determined by removing the ambiguity one by one in the order of ascending elevations. Besides, for static positioning mode, a coordinate validation strategy is employed to enhance the reliability of the fixed coordinate. The experiment results show that UPD products computed by smaller station network are more accurate and lead to a better coordinate solution; the PAR method used in this paper can shorten the convergence time and the coordinate validation strategy can improve the availability of high precision positioning.     

海基JPALS的多参考一致性检验算法

针对舰载参考站的移动特性提出了海基联合精密进近着陆（舰）系统（JPALS）的多参考一致性检验（MRCC）算法。首先,利用舰船上的惯导系统输出的姿态信息和舰船尺寸测量数据,将每个参考站的原始伪距和载波相位观测量从其天线位置转换到舰船参考点上;然后,对转换后的各参考站几何无关组合观测量进行均值滤波,得到其宽巷模糊度估计值;最后,计算转换后的各原始观测量和宽巷模糊度估计值的B值。在无故障情况下,这些测量值的B值分布在一定范围（阈值）内,但在参考站故障、严重多径或无线电干扰等情形下,B值可能超出阈值。通过模拟实验采集数据,并计算B值幅度和阈值,结果表明,通常情况下各观测量的B值幅度很小,当某个参考站的接收测量值出现异常时,可以检测到其B值超过阈值。研究表明,该算法满足海基JPALS的多参考一致性检验完好性风险指标要求。      

南极GPS定位中的电离层延迟分析

基于南极地区国际GNSS服务组织(IGS,International GNSS Service)跟踪站的全球定位系统(GPS,Global Position System)双频实测数据,分析了南极地区电离层延迟的变化情况及其二阶项延迟对南极GPS定位结果的影响.结果表明:南极地区的总电子含量(TEC,Total Electron Content)日间波动频繁,其日间TEC最大值变化较中纬度地区剧烈;在南极地区夏季,电离层二阶项延迟对GPS定位结果的影响可达cm级.同时,由于欧洲定轨中心(CODE,The European Center for Orbit Determination)提供的全球电离层模型(GIM,Global Ionosphere Maps)在南极区域应用的局限性,通过选取南极地区6个IGS跟踪站作为基准站建立了区域电离层TEC模型(RIM,Regional Ionosphere Model).经实测数据计算证明,对于南极地区,RIM的定位精度在一定程度上优于全球电离层模型GIM.     

GPS授时校频方法研究与试验结果

为了解决多目标综合测量系统各测站之间时间同步和频率校准问题,提出了利用GPS(Global Positioning System)单星或多星共视方法进行站间时间同步与校频,给出了这两种方法的计算公式,分析了星历误差、星钟误差、电离层折射误差、对流层折射误差、多径效应和接收机硬件延迟对时间同步精度的影响.为了验证GPS授时校频精度,进行了相关试验.通过与铯原子钟比对,表明利用GPS可实现纳秒级时间同步,校频精度也优于5.0×10-11,多星共视具有更高的同步校频精度.      

空间站组合体惯性系内角动量管理控制

针对惯性系内重力梯度力矩与气动力矩的常值部分积累引起控制力矩陀螺饱和的问题,在惯性系内建立空间站的动力学模型并进行线性化,利用滤波变量将系统状态方程扩维,采用LQR方法设计系统反馈控制增益矩阵,实现空间站在惯性系内的角动量管理控制.惯性系内重力梯度力矩、气动力矩由轨道角速度整数倍的频率成份构成,可以根据实际情况增加抑制不同频率成份的滤波变量,用于抑制不同频率成份干扰力矩对空间站姿态或控制力矩陀螺角动量的干扰,从而使空间站长期在惯性系内飞行而不需要进行角动量的卸载.仿真验证了控制器的性能.