2015年全球导航卫星发展回顾

1 美国 2015年,美国继续保持GPS系统运行与服务的稳定,持续加快GPS系统星座的更新步伐,成功发射3颗GPS-2F卫星,计划于2016年初完成全部12颗GPS-2F卫星的部署,2017年前使M码军用信号、L 2 C和L5码民用信号投入使用;同时,美国空军(USAF)已经完成了GPS现代化计划的调整,该计划至少将持续至2033年.     

美国GPS系统现状及其技术特征分析

自2000年以来,为了进一步提高GPS系统的导航定位精度,增强系统的连续性、完好性、可用性、抗干扰和自主生存能力,美国积极推进GPS系统的现代化,使之成为国际卫星导航的标准系统.GPS系统现代化采取的技术措施和步骤包括:①关闭选择可用性(SA)软件;②新增军用M码和民用L2C码;③增设民用频率L5;④实施新一代GPS-3系统计划.当前,正处于GPS系统现代化的第2阶段,即部署现代化改造卫星系列GPS-2RM.     

卫星导航系统功率增强对接收信号质量的影响分析

GPS现代化计划在L1和L2两个频点上增加具有点波束增强功能的M码导航信号. 以GPS L1 M码信号为例, 从频谱重叠、接收信号等效载噪比两方面分析GPS L1 M码信号功率增强对其他导航信号质量的影响. 分析结果表明, GPS L1 M码信 号增强幅度在20dB以内时, 可以明显提升增强信号的抗干扰性能, 引起其他信号等效载噪比恶化量小于2dB; 信号增强幅度超过20dB后, 将导致其他信号质量迅速下降, 功率增强信号等效载噪比达到某一极值后将不再增加.      

如何提升导航战能力——美国PNT体系中的环境因素、使能要素及基础设施

在GPS系统取得了广泛而成功应用的基础上,美国于1999年提出了GPS现代化计划,对GPS进行全面改进.其改进的动力来源于导航战能力严重不足、应用需求不断提高和多个卫星导航系统之间的竞争加剧.此后,俄罗斯全面恢复和提升GLONASS的优先发展计划、欧洲建设中的伽利略等,均提出了与GPS现代化计划相似的发展目标,包括进一步提高系统性能,大幅度增强导航战能力,和在国家PNT体系结构框架下发展卫星导航系统.     

全球卫星导航系统兼容性评估方法研究

目前,卫星导航系统兼容性评估方法主要是计算机仿真验证,难以复制真正的导航系统运行条件,改变任何一个参数都需要重新进行仿真,计算量和分析量很大,并存在较大误差。文章以卫星导航接收机为落脚点研究导航信号的兼容性。首先,根据干扰信号对全球导航卫星系统接收机捕获、载波跟踪、数据解调等的影响,推导了即时相关器输出的信号功率对噪声功率加干扰功率之比的模型,建立了基于频谱隔离系数的等效载噪比模型,利用相对较简单的等式就获得了干扰的一级评估;其次,具体分析了GPS C/A码自干扰时导航信号到达地面的功率、天线增益,以及星座功率增益等参数;最后,给出GPS C/A码自干扰时等效载噪比衰减的测试结果,在信号捕获时,多普勒频移为kHz的整数倍C/A码自干扰对所需GPS C/A码的等效载噪比衰减程度最大,达到9.6dBHz。该方法可以为中国新一代卫星导航系统信号设计提供参考。     

GPS P(Y)码功率增强监测分析

全球定位系统(GPS)的Block IIR-M和Block IIF卫星具备可编程功率输出能力, 可以灵活增强单个信号分量的发射功率。为了系统评估GPS P(Y)码的功率增强能力, 对弹性功率的原理进行了理论分析, 提出了GPS信号功率增强的监测分析方法, 利用国际GNSS监测评估系统(iGMAS)和国际GNSS服务(IGS)监测站数据、高增益天线监测数据、事后精密星历对GPS增强P(Y)码的覆盖性及星座性能、空间信号和用户端性能进行了分析。结果表明:在保持发射总功率和民用信号功率不变的情况下, Block IIF和Block IIR-M卫星的L1 P(Y)码和L2 P(Y)码功率相比正常水平分别增强约6 dB和5 dB;在功率增强信号覆盖区内仅利用19颗增强卫星进行双频单点定位, 位置误差不大于15 m(95%);当可见增强卫星数为6, 增强后的P(Y)码载噪比为55 dB·Hz时, P(Y)码之间的多址干扰引起的等效载噪比下降量为0.4 dB。      

用地面站修正GPS导航误差

GPS的民用用户正在设计一种地面站,它将用无线电广播来修正卫星信息的误差。例如,美国海岸警备队(救难和辑私)计划花1500万美元建立约50个无线电站,用它组成的网来修正导航误差。 GPS是美国空军经管的导航系统,用于为军方的舰船、飞机和车辆导航,其定位精度为25米。GPS系统也为民用导航服务,但其信号     

GPS/GLONASS/GALILEO多星座组合导航系统研究

通过对多星座组合导航系统的分析,对多星座组合导航定位算法进行了研究。由于GPS、GLONASS、GALILEO系统分别采用了不同的坐标系,文中利用坐标系变换将不同星座统一到同一个坐标系中,采用增加状态变量的方法实现了组合系统的时间统一,从而实现了多星座间的时空统一;针对多星座组合系统的可见卫星数目大大增加的特点,采用最小二乘的方法实现了用户的导航定位解算,提高了用户的定位精度。通过对GPS/GLONASS/GALILEO多星座组合导航系统的仿真研究,其结果表明:与GPS单星座相比,GPS/GLONASS/GALILEO多星座组合导航系统,同一时间内可见卫星数目大大增加,PDOP值明显减小,有效提高了导航定位精度,具有良好的定位性能和可靠性。     

欧洲继续推动静轨道卫星导航系统的发展

欧空局 ( ESA)、欧洲委员会 ( EC)以及欧洲航行安全局 ( Eurocontrol)三方 ,在“全球导航定位卫星系统” ( GNSS)的开发协调上取得了具体的进展。GNSS计划分 2个阶段实施。第 1个阶段是建造 GNSS- 1 ,即第 1代卫星导航系统 ,它依赖于美国 GPS和俄罗斯GLONASS星座。第 2个阶段是建造 GNSS- 2 ,即第 2代卫星导航系统 ,它能够为民用用户提供更先进的导航及定位服务。“伽利略” ( Galileo)系统将作为 GNSS- 2的组成部分。在 GNSS- 1阶段 ,欧洲正在建立“欧洲静止轨道导航重叠系统”( EGNOS) ,其主要目的是提高 GPS和 GLO…     

走近"北斗"导航卫星——访"北斗"导航卫星总指挥、总设计师

“北斗”导航卫星星座现已进入了卫星发射布网的高峰期。按计划,到2020年,“北斗”将与美国“全球定位系统”（GPS）一样,成为一个向全球提供服务的卫星导航系统。数十年来,我国一直致力于研制自主的卫星导航系统。     

国外导航卫星系统的未来发展

目前全世界已经或正在发展全球导航卫星系统的国家和地区，只有美国、俄罗斯和欧盟。中国的北斗-1导航卫星系统是一种区域性二维有源无线电导航系统。其他国家都在利用GPS民用信息建立本国的各种卫星导航应用系统。日本和美国、欧洲一样     

GPS将成为民航导航的主要手段

GPS是美国国防部投资并管理的军用全球全天候导航定位系统。在海湾战争中,美国首次将手持式接收机装备地面部队,飞机使用GPS导航、定位和救援,导弹使用GPS精确制导,取得了显著效果。GPS已向民间用户提供降低了精度的定位和导航标准服务,陆地和海上的许多民间用户已开始使用,唯独民航用户至今还未下决心把GPS作为全球导航手段。但最近一些事件表明,在苏联全球导航系统(GLONASS)和国际海事卫星的支持下,GPS将成为民航领域的主要卫星导航系统。不久前,国际海事卫星(Inmarsat)组     

美国提出GPS-Ⅲ全新计划

20 0 0年底 ,在欧盟 15国交通运输部长会议上没有批准“伽利略” (Galileo)计划 ,使 Galileo计划暂且搁浅。最近美国军方披露了全新的 GPS- 计划 ,该计划包含有增加卫星数目 ,改变星座方案 ,在 M码上提高发射功率 ,采用点波束发射信号等重大措施。这个决策将进一步威胁 Galileo计划 ,使其雪上加霜。在此世纪之交的数年内 ,由于俄罗斯财政上力不从心 ,无力发射替补卫星 ,因此使“全球导航卫星系统” (GL ONASS)败下阵来。目前只有数颗卫星 ,苟且渡日 ,以表示其尚不甘愿退出舞台。自从欧洲 Galileo计划出台以后 ,眼看将出现和 GPS分…     

航空界热衷于GPS／GLONASS接收机

美国全球定位系统(GPS)和苏联全球导航卫星系统(GLONASS)是由军方投资的星基全球全天候导航定位系统,可提供高精度的位置信息。从1983年南朝鲜航空公司007航班失事后,美国和苏联就开始在民用导航系统方面合作,以提高世界各国空中运输系统的安全性和营运效率。在这项合作的推动下,到1988年春天,美国和苏联宣布,向民用团体开放GPS和GLONASS服务。     

国外导航卫星星载原子钟技术发展概况

卫星导航系统精确导航定位的关键在于高精度、高稳定性的星载原子钟.星载原子钟作为导航信号生成和系统测距的星上时间基准,为导航系统提供精确稳定的频率源,是卫星导航系统有效载荷的核心部分,其性能直接决定用户的导航定位精度.     

空间扫描

阿尔及利亚加入灾害监测星座 (DMC)项目　它已同英国萨瑞卫星技术公司签署协议 ,联合研制 1颗名叫“阿尔星”的微小卫星。 DMC项目由萨瑞公司牵头 ,最终由5颗低轨小卫星组成星座 ,可每天向用户提供图像。2 0 0 0年 6月升空的航天清华 - 1卫星是 DMC系统的验证星。美空军加速 GPS现代化建设　已于2 0 0 0年 9月拨款 5 30 0万美元 ,对将要制造的 12颗～ 2 0颗 GPS- 2 R卫星加以改进 ,使每颗星能多传输一路民用信号和两路军用信号。改进后的卫星具有附加的电源和在轨对信号进行重新编程的能力 ,信号精度也有所提高 ,此举使 GPS星的现代…     

国际卫星导航定位系统发展态势

1　美国GPS系统发展态势1.1　终止实施选择可用性(SA)干扰1.1.1　美国终止SA政策的要点□□(1)从2000年5月1日午夜起终止SA干扰,预计民用导航精度可提高10倍。有报告说,终止SA后,GPS民用导航定位精度在95%时间内为12m,在50%时间内为6m。(2)重申继续执行GPS现代化计划,在未来发射的18颗GPS-2F卫星上增加2个民用信号。(3)承诺在增强GPS和平利用的同时,继续保护GPS的全面军事应用,提高采用GPS军事系统的效能。(4)终止SA的建议是由国防部与国务院、运输部、商务部和中央情报局等部门协商后提出的。通过评估得到以下结论:在此时将S…     

欧洲在全球定位系统上很难抉择

目前欧洲共同体成员国采用的是美国免费提供的全球定位系统“导航星”，美国政界及军界决定联合起来，努力把军用的全球定位系统“导航星”转为民用，并使“导航星”应用于航空交通管制。但一旦成为民用导航卫星，就得变免费提供信息为有偿服务，如此一来，将使欧洲难以自立。因此，欧洲诸国对在这一卫星领域中的现代化过程作出何种选择，一直争吵不休、犹豫不决，致使有１２个成员国的欧洲共同体迟迟不宣布加入导航卫星航空导航的用户行列。德国为了促进其工业发展，提出了研制欧洲自己的崭新导航系统的建议，而其它国家则喜欢利用美国导航…     

2014年回顾世界导航卫星

1 GPS系统现代化进程受阻
　　截至2014年年底,美国GPS星座有32颗卫星在轨,其中工作星31颗,分别是GPS－2A卫星4颗、GPS－2R卫星12颗、GPS－2RM卫星7颗、GPS－2F卫星8颗。
　　GPS－2F卫星持续补网
　　2014年,美国成功发射4颗GPS－2F卫星,加快了GPS星座的更新步伐,按计划将在2016年前完成全部12颗GPS－2F卫星的发射。该型号卫星由波音公司研制,质量为1.63t,设计寿命12年,提供更高的精度和抗干扰能力。     

基于码片幅度调制的导航信号扩频码认证方法

信号认证是满足全球卫星导航系统(GNSS)民用信号安全性需求的关键，相比于导航电文认证(NMA),扩频码认证(SCA)具有更强的安全性。为了在实现SCA的同时不对非认证用户造成影响，提出了一种基于码片幅度调制(CAM)的导航信号SCA方法，对民用信号的扩频码的码片幅度进行了调制，实现了在扩频码层面的认证特征的引入。为了验证所提方法的有效性，采用理论和仿真分析，与GPS L1C采用的Chimera SCA方法进行了比较。结果表明，所提方法在检测性能方面提升了2.55～2.78 dB。研究成果可为下一代高安全卫星导航信号的设计提供支持。