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。     

GPS/GLONASS定位仿真器的设计与实现

GPS(Global Positioning System)、GLONASS(Global Navigation Satellite System)作为两种实时卫星定位导航系统,得到广泛应用.为满足离线试验研究的要求,设计开发了GPS/GLONASS卫星定位仿真器.该仿真器分析GPS和GLONASS星座的运动轨迹,并模拟卫星接收器的解算,以纯软件的方式实现卫星定位.仿真计算表明此仿真器定位精度与实际接收机相当,可以模拟真实的卫星定位,为仿真调试等研究工作带来便利.      

基于GNSS的高轨卫星定位技术研究

利用全球卫星导航系统(GNSS)进行导航定位具有全球、全天候、实时和高精度的优点,应用于高地球轨道(HEO)卫星的定位,能够提供精确的轨道和姿态确定,并且可以克服目前主要利用地面测控系统对HEO卫星进行定位的设备复杂、投资高等缺点,使得自主导航成为可能.本文对利用GNSS的高轨卫星定位相关技术进行了研究,分析了单一GNSS系统和多个GNSS组合系统的卫星可见性、动态性和几何精度因子(GDOP).通过仿真分析表明,利用组合GNSS系统并通过提高GNSS接收机灵敏度的方法,可以解决GNSS进行HEO卫星定位的相关问题,并能保证HEO卫星定位精度的要求.      

北斗和GPS双模接收机干扰抑制算法的设计与实现

目前北斗/GPS双模接收系统的抗干扰研究还比较少,主要是针对GPS的抗干扰研究。北斗和GPS接收机易被干扰,为了改善强干扰环境下接收机的性能,研究不同阵列、不同算法对接收机抗干扰性能的影响,在GPS的抗干扰研究的基础上设计并实现了一套北斗和GPS双模接收系统的抗干扰平台。实验结果表明,该系统能使北斗和GPS双模接收机在-30dBm强干扰的环境下搜到6颗北斗导航卫星和5颗GPS导航卫星,并正常定位,说明该系统能达到干扰抑制的目的。该系统也可推广至多种卫星导航接收机的抗干扰平台。     

北斗导航卫星姿态与轨道控制技术发展与贡献

通过总结北斗一号卫星到北斗三号卫星的发展过程，梳理了北斗导航卫星姿态与轨道控制技术的发展变化，以及在引领卫星姿轨控技术进步和星载器部件自主可控方面取得的成就.同时，根据下一代北斗卫星导航系统的论证需求，分析给出了未来导航卫星姿轨控系统需要关注与研究的关键技术.     

组合导航系统的数据传递和信息发播研究

为了提升北斗与长河各自的功能,研究了北斗/长河组合导航系统的系统设计及实现方法。介绍了北斗/长河组合导航系统的数据传递机制,及功能提升后的长河、北斗信息发播体制。实验证明,通过北斗有效的信息传递和长河增强的信息发播,有助于实现系统的三维导航定位,提高定位精度。     

基于混沌粒子群优化的北斗/GPS组合导航选星算法

全球卫星导航系统（GNSS）接收机在接收信号的过程中会受到诸如建筑物遮挡、信号干扰等因素的影响,无法得到全部可见星。为减轻多星座组合接收机的处理负担,研究利用部分可见卫星进行定位的快速选星算法,提出了一种基于混沌粒子群优化（CPSO）的北斗/GPS组合导航选星算法。首先,对当前历元时刻可见卫星进行连续编码,按照选星数目分组,每个分组视为一个粒子。然后,通过混沌映射初始化粒子种群,选取几何精度因子（GDOP）作为评价粒子优劣的适应度函数;粒子通过粒子群优化算法的速度-位移模型更新自身位置,逐渐趋近空间卫星几何分布较好的卫星组合全局最优解。最后,采集北斗/GPS实际数据对选星算法进行仿真验证和性能比较,结果表明,所提算法在选星颗数多于5颗时,单次选星耗时为遍历法选星的37.5%,选星结果的几何精度因子计算误差在0~0.6之间。该算法可适用于北斗/GPS组合导航定位不同选星颗数的情况。      

“北斗”的自主创新之路

正6月23日,我国在西昌卫星发射中心成功将北斗三号最后一颗组网卫星送入预定轨道,这标志着北斗三号系统的全面建成,也标志着中国导航卫星系统的"三步走"战略圆满完成。从1983年"两弹一星"元勋陈芳允院士提出双星定位通信系统方案至今,中国北斗已从有源无高程定位发展到了有源无源结合的高时空精度定位,从双星区域覆盖升级到复合型星座全球覆盖,在导航卫星领域走出了令世界瞩目的"中国道路"。不过,北斗系统的发展也并非一帆风顺。早在上世纪90年代,出于摆脱对美国GPS系统依赖等考虑,欧     

“北斗”应用概述

当前,我国已将卫星导航定位应用产业列入国家重点新产品项目和国家高新技术产业示范工程,作为卫星导航定位应用产业的关键核心技术之一。"北斗"卫星导航系统(以下简称"北斗")是我国自行建设的具有完全自主知识产权的卫星定位和通信系统。它能为用户提供快速定位、授时和短报文通信服务,目前系统服务区覆盖我国和周边地区,可以保证我国重点用户在导航定位方面不依赖于美国"全球定位系统"(GPS)或俄罗斯"全球导航卫星系统"(GLONASS)。卫星导航定位正日益成为国民经济发展的重要标志之一,有广阔的发展前景。     

基于三频数据的北斗卫星导航系统DCB参数精度评估方法

差分码偏差（Differential Code Biases,DCB）参数作为导航电文中重要的一项,是影响用户PNT服务的主要误差源之一。北斗卫星导航系统（后文简称“北斗系统”）发射三个频点的导航信号,在导航电文中需要发播卫星的2个TGD（Timing Group Delay）参数。文章首先介绍了北斗系统卫星DCB参数最小二乘解算与形式误差评估;其次根据北斗系统三频特点,提出了不同频点组合计算垂直方向电离层电子总含量（VTEC）互差的DCB精度定量评估方法,并与IGS(International GNSS Service)提供的GPS卫星DCB精度进行比较;最后,详细分析了DCB参数精度对用户等效距离误差（UERE）计算和定位计算的影响,分别采用卫星出场标定DCB参数和经过解算DCB参数进行评估。实测数据分析结果表明,北斗系统卫星DCB参数解算形式误差与IGS解算GPS卫星DCB参数形式误差相当,但受卫星类型和解算测站的几何分布限制,北斗系统卫星DCB参数解算不确定度相比IGS略差,估计精度优于0.5ns,不同频率组合计算VTEC互差绝对值均值优于0.6TECU。相比采用卫星出场标定值,采用系统解算DCB参数后,双频用户三维位置误差改善13.80%～47.42%。     

伪卫星辅助的北斗定位系统的GDOP研究

我国建成的北斗导航定位系统由于卫星数目有限，不能实现实时三维无源定位．若利用地面伪卫星辅助，则能够很好地弥补这一缺陷，在地面伪卫星的作用范围内实现高精度的无源定位．卫星定位系统的精度等性能，很大程度上取决于定位卫星的数目和几何布局，而GDOP正是衡量定位卫星几何布局优劣的一个量度．本文从GDOP的角度研究了不同伪卫星位置及布局对系统定位精度的影响，得到的结论为合理设置伪卫星以进一步提高系统性能提供了有力的参考依据．     

组合卫星接收机中的选星算法

分析了五阶矩阵的行列式值与5颗星GDOP(Geometry Dilution of Precision)值的关系,并由此提出了一种用于双卫星星座组合接收机(如GPS(Global Position System)和BD2(BeiDou2)组合接收机)中的选星算法——组合优选法.该方法首先选出行列式绝对值最大的几种组合,然后根据需要对每种组合从其余可见星中选出几颗最优星,最后根据GDOP最小原则从这几种组合中选取最终结果.计算机仿真结果显示该方法与直接利用GDOP选星相比,95％以上的GDOP相对比值小于5％,而计算量减小40％以上.      

基于北斗三号导航系统的卫星定位技术

对北斗三号体制下的传输链路、接收门限进行理论分析,得出捕获算法采用4次非相干累加,可以使捕获灵敏度达到-130 dBm,同时实现定位时间小于5 min的综合较优结果.接着以低轨太阳同步轨道卫星为例,利用STK建模进行全轨道周期仿真,结果显示全程收星数超过4颗,定位精度达到2.59 m,速度误差为0.00378 m/s....     

低轨卫星的北斗反射信号海洋覆盖分析

北斗系统作为我国自行研制的导航系统，具有独特的混合星座特性，其反射事件在海洋上的空间分布和覆盖性能的研究成果较少。针对上述问题，模拟了北斗三号（Beidou System 3，BDS3）以及全球定位系统（Global Positioning System，GPS）空间星座，模拟不同性能参数的低轨接收卫星，在此仿真系统的基础上，计算反射事件在各仿真场景下的海洋覆盖率以及同时发生反射事件的卫星数量。结果表明：BDS3与GPS相比具有更大的反射事件海洋覆盖率，覆盖性能更优；仿真周期7天与1天相比,前者卫星产生的反射事件海洋覆盖率约为后者5倍；低轨道卫星（Low Earth Orbit,LEO）轨道高度越高，天线波束角度越大，反射事件海洋覆盖率越大；3颗LEO卫星下同时发生反射事件卫星数的平均值约为单颗LEO卫星的3倍。可通过设计多星组网来提高反射事件海洋覆盖率。研究结果对星载反射技术海洋遥感应用方面有一定的参考价值。     

航天器应急姿态捕获中GPS信号的应用

星载全球定位系统（GPS）卫星接收机在测量接收各GPS卫星信号时,可同时得到接收信号的信号强度测量辅助数据E。理论分析表明,接收信号的强度E与信号入射天线的法向夹角α强相关。如建立E与α稳定的先验模型,E就可以作为测量值,计算入射天线的角度α。在同一时刻,通过三个以上GPS卫星信号入射天线的角度α,可计算星载GPS卫星接收机接收天线的空间姿态。确定姿态的精度取决于E与α相关先验模型的稳定性。利用CHAMP卫星星载接收机在轨实测数据检验,估算的初始姿态精度为2°~3°。该方法可作为航天器故障状态下应急姿态捕获的一种辅助手段,也可为携带星载GPS而无高精度定姿要求的简易航天器提供一种新的无附加成本的定姿途径。     

关于北斗卫星导航系统的被动式定位算法比较研究

我国北斗卫星导航系统空间卫星共有2或3颗,无法单独满足被动导航定位的要求．针对这种卫星稀少的情况提出了3种被动式定位算法: 2星定位算法、 3星3参数定位算法和3星4参数定位算法, 这些算法分别采用气压测高方法增加观测数据和采用数学模型描述接收机钟差的方法减少定位方程求解的未知数;探讨了北斗卫星导航系统备份星的可用性和对导航定位精度的贡献;还提出了准差分修正技术,提高了定位精度．实验证明, 3种算法都取得了100m以内的定位结果,可以满足一般用户定位需求．     

Orbit determination performances using single- and double-differenced methods: SAC-C and KOMPSAT-2

In this paper, Global Positioning System-based (GPS) Orbit Determination (OD) for the KOrea-Multi-Purpose-SATellite (KOMPSAT)-2 using single- and double-differenced methods is studied. The requirement of KOMPSAT-2 orbit accuracy is to allow 1 m positioning error to generate 1-m panchromatic images. KOMPSAT-2 OD is computed using real on-board GPS data. However, the local time of the KOMPSAT-2 GPS receiver is not synchronized with the zero fractional seconds of the GPS time internally, and it continuously drifts according to the pseudorange epochs. In order to resolve this problem, an OD based on single-differenced GPS data from the KOMPSAT-2 uses the tagged time of the GPS receiver, and the accuracy of the OD result is assessed using the overlapping orbit solution between two adjacent days. The clock error of the GPS satellites in the KOMPSAT-2 single-differenced method is corrected using International GNSS Service (IGS) clock information at 5-min intervals. KOMPSAT-2 OD using both double- and single-differenced methods satisfies the requirement of 1-m accuracy in overlapping three dimensional orbit solutions. The results of the SAC-C OD compared with JPL’s POE (Precise Orbit Ephemeris) are also illustrated to demonstrate the implementation of the single- and double-differenced methods using a satellite that has independent orbit information available for validation.     

Differential code bias estimation based on uncombined PPP with LEO onboard GPS observations

Differential Code Bias (DCB) is an essential correction that must be provided to the Global Navigation Satellite System (GNSS) users for precise position determination. With the continuous deployment of Low Earth Orbit (LEO) satellites, DCB estimation using observations from GNSS receivers onboard the LEO satellites is drawing increasing interests in order to meet the growing demands on high-quality DCB products from LEO-based applications, such as LEO-based GNSS signal augmentation and space weather research. Previous studies on LEO-based DCB estimation are usually using the geometry-free combination of GNSS observations, and it may suffer from significant leveling errors due to non-zero mean of multipath errors and short-term variations of receiver code and phase biases. In this study, we utilize the uncombined Precise Point Positioning (PPP) model for LEO DCB estimation. The models for uncombined PPP-based LEO DCB estimation are presented and GPS observations acquired from receivers onboard three identical Swarm satellites from February 1 to 28, 2019 are used for the validation. The results show that the average Root Mean Square errors (RMS) of the GPS satellite DCBs estimated with onboard data from each of the three Swarm satellites using the uncombined PPP model are less than 0.18 ns when compared to the GPS satellite DCBs obtained from IGS final daily Global Ionospheric Map (GIM) products. Meanwhile, the corresponding average RMS of GPS satellite DCBs estimated with the conventional geometry-free model are 0.290, 0.210, 0.281 ns, respectively, which are significantly larger than those obtained with the uncombined PPP model. It is also noted that the estimated GPS satellite DCBs by Swarm A and C satellites are highly correlated, likely attributed to their similar orbit type and space environment. On the other hand, the Swarm receiver DCBs estimated with uncombined PPP model, with Standard Deviation (STD) of 0.065, 0.037 and 0.071 ns, are more stable than those obtained from the official Swarm Level 2 products with corresponding STD values of 0.115, 0.101, and 0.109 ns, respectively. The above indicates that high-quality DCB products can be estimated based on uncombined PPP with LEO onboard observations.