The Chinese GNSS—System development and policy analysis

As the most successful dual-use technology at present the Global Navigation Satellite System (GNSS) also has extensive recognition in China. China began developing navigation satellites in 1967 and now has 45 years' experience in the field. 2012 was a crucial year for China's GNSS: the first-stage project of the second-generation global navigation satellite system was rounded off, and it entered service for regional area navigation and positioning. This paper discusses the development history of China's satellite navigation, analyzes the background to China's decision to develop an independent GNSS and investigates the formation of its three-step development strategy. It reviews the system construction and industrial policy of the BeiDou system and the actions taken by various government departments at different times.     

基于逐步回归的模型误差估计及在天基测控系统中的应用研究

以双星定位系统的天基测控技术为应用背景,提出了一种能够自适应估计模 型误差的轨道确定方法。详细推导了观测模型中的系统误差形态,建立了能表征实际特征的 部分线性轨道改进模型,并利用二阶段法和核函数估计法对混合误差进行补偿,在此基础上 对补偿模型进行逐步回归分析,从中提取动力学模型误差,从而抑制了动力学模型误差的影 响,提高了轨道改进的精度。在本文的仿真环境下,部分线性轨道改进法能够有效抑制混合 误差对定轨精度的影响,提高天基测控的轨道确定精度。     

北斗卫星导航系统测量误差指标体系

围绕北斗卫星导航系统中的伪距测量误差，全面分析系统的测量原理，提出系统误差指标体系的构建流程，构建基于误差层次分解方法的北斗卫星导航系统测量误差指标体系，指标体系由1个系统层指标、3个准则层指标、11个要素层指标和36个基础指标等51个指标组成。同时，结合实例，从卫星下行链路的绝对时延的测试需求，引出了绝对时延的测试问题，定义星载导航任务处理单元对外1PPS信号的输出口作为卫星的时间零点，给出需要测试的绝对时延的路径组成。根据目前系统的实际情况，通过每一部分的测试误差，求出整个绝对时延的测量误差精度。     

基于北斗双星定位辅助的SAR/INS组合导航系统研究

由于SAR/INS/北斗组合导航系统中图像匹配定位需要耗用不等的匹配计算时间，而现有的北斗定位系统输出也具有一定的延时，因此，SAR／INS／北斗组合导航系统中的量测信息输出具有不同步和滞后的特点。针对上述问题，采用常规的联邦滤波算法将难以获得高精度滤波结果。为此，本文在分析SAR／INS／北斗组合导航系统工作过程的基础上，结合卡尔曼滤波的具体原理，设计了针对不同步量测信息的基于联邦滤波理论的组合滤波方案，并进一步提出了解决量测信息滞后问题的算法，从而可以有效处理SAR／INS／北斗组合导航系统中的信息融合问题。协方差分析结果表明提出的组合滤波方案可行，该方案对SAR／INS／北斗组合导航系统的实际应用具有重要的理论参考价值。     

第二类无奇点根数的北斗历书参数设计

为统一北斗三类卫星的历书拟合算法,提出基于第二类无奇点根数进行历书参数设计的方法,设计了以倾角向量变率作为摄动参数的历书参数模型,并给出新的历书模型的用户使用算法。利用覆盖2013年全年的实际在轨卫星的数值轨道进行了历书拟合试验。结果表明,地球静止轨道（GEO）和倾斜地球同步轨道（IGSO)卫星的拟合位置误差为2~4km,拟合用户距离误差（URE）约为1km,中圆地球轨道（MEO）卫星的拟合位置误差为1~2km,拟合URE约为500m。通过分析6个轨道根数和2个摄动参数全年的变化范围,对新历书模型进行量化单位和占用比特位的通信接口设计,定量分析量化单位对历书表达精度的影响。结果表明,参数截断后对位置误差的影响小于50m,对URE误差的影响小于5m。因此,历书量化误差对信号捕获以及首次定位时间带来的影响可以忽略不计。     

高超声速飞行器发射坐标系导航算法

针对高超声速飞行器弹道特点和导航参数的需求，提出基于发射坐标系(LCEF)的高超声速飞行器导航算法。首先，介绍发射坐标系下捷联惯导(SINS)算法编排，推导发射坐标系下姿态、速度和位置离散递推方程。然后，介绍地心地固系(ECEF)下的卫星位置和速度转换到发射坐标系的方法，推导发射坐标系的SINS/BDS组合导航滤波器状态方程和量测方程。最后，以助推-滑翔飞行器为对象，进行了发射坐标系下组合导航仿真，位置精度小于10 m，速度精度小于0.2 m/s。     

一种区域定位系统的概念

区域定位系统是一种与GPS兼容的地基导航系统，可以完成轨道飞行器乃至弹道试验的定位和定轨任务。区域定位系统由若干地基导航发射台（也可增加一、二个天基导航台）网和卫星载接收机组成。其定位精度估计在100m以内，如地面导航台网与GPS差分导航台结合起来，将会发挥更大作用。     

One Approach to Ballistic-Navigation Design of an Advanced Space Navigation System

Initial preconditions for solving the problem of ballistic-navigation design of a future-technology space navigation system (SNS) are presented. A technical approach to the SNS design is proposed, whose basis is theoretical results in the field of space navigation applied to the orbital satellite groups, generating the global radio navigation field (RNF) with optimum navigation properties. The mathematical apparatus adequate to the proposed technical approach is introduced to analyze the structure of the orbital group and radio navigation field.     

“北斗+5G”联合定位与误差校正技术

在边坡、城市峡谷、高架等复杂的公路交通定位环境中，存在海量多样的定位需求与复杂的定位环境，北斗信号穿越建筑空间时强度被削弱，产生严重的信号反射和衍射，使得北斗卫星信号难以到达和有效使用，系统可用率下降，无法提供可靠的定位服务。结合第五代移动通信网络（5G）系统高密度部署的特点，提出了一种北斗+5G联合定位模型以及基于最小二乘残差Helmert后验加权的误差校正方法。在复杂公路交通环境中，可以改善可见卫星数少的问题，优化卫星的几何构型，提高用户终端定位精度，能够为用户终端提供高精度、全天候、连续、实时的定位服务。实验表明，北斗+5G联合定位模型能够大幅提升复杂公路交通环境下的定位性能。     

北斗双向授时技术在遥测地面站组网中的应用研究

卫星授时以其安全、可靠、稳定、精准等优势广泛应用于各领域。本文立足遥测地面站对时间的高精度、协同性、实时性、网络化的需求，在简述了几种典型授时技术应用特点的基础上，深入开展了北斗卫星授时技术研究。首先对北斗时间系统的组成，以及单向、双向授时技术优缺点等进行了论证，重点分析了RDSS（Radio Determination Satellite Service，卫星无线电测定业务）双向授时的技术实现、理论推导、误差影响和精度评估等；然后，结合遥测地面站授时现状和需求，提出了遥测地面站组网应用中时统的总体思路，通过三级控制、统一溯源、内外互联、由点到面的模式，构建了“以北斗双向授时为主，NTP（Network Time Protocol，网络时间协议）计算机网络授时为辅”的网络化授时体系，并对遥测地面站组网应用场景和入网策略进行了分析论证。本文研究具有较强的实践性和可行性，可为网络化授时应用提供参考。     

双星定位系统增强方案分析

双星导航系统由于卫星数目有限，不能实现实时三维无源定位。为解决我国目前对自主无源三维导航资源的急需，近年来提出了铷钟法、伪卫星法及Loran—C增强法等多种增强方案。通过分析这些方法的工作原理、性能特点、必要性和可行性，将双星系统增强技术的内涵、思路和作用予以展现，并指出各方法的现存问题、解决方案和最具可实现性的发展方向。同时强调了这些增强技术不仅能提供三维无源连续导航资源，而且对未来的第二代导航系统也具有重要的应用价值。     

14th and 15th BeiDou Satellites Launched into Orbit

The 14th and 15th satellites for BeiDou (COMPASS) Navigation Satellite System were launched from the Xichang Satellite Launch Center (XSLC) by a LM-3B GI carrier rocket. While the 16th BeiDou satellite is in space within 2012, a regional network will be     

北斗/罗兰C组合导航系统研究

为解决我国缺乏拥有自主控制权的无源三维导航定位系统与军用、民用领域迫切需要三维导航定位的矛盾,提出了一种将我国已有的"北斗一号"、"长河二号"和军网等资源进行优化组合,构成我国区域性的自主三维导航定位系统的方案。介绍了组合系统的原理与组成,分析了组合系统定位精度。初步研究和实验表明,该方案有助于缓解我国防建设对三维导航定位的急需,克服(或缩小)"长河二号"在东南沿海地区的定位盲区,消除军事装备使用GPS、GLONASS等外国导航系统的风险。     

北斗三号短报文低轨卫星测控应用研究

针对低轨卫星星座测控管理的全球覆盖需求和测控链路资源需求,分析北斗三号全球导航系统短报文用于低轨卫星测控的基本能力,描述应用北斗三号全球短报文进行卫星测控的系统组成、工作流程及各部分功能,识别用于卫星测控管理的相关关键技术,并提出关键技术的初步解决途径,给出测控应用模式建议.     

空间科学规划及对航天运输系统的需求

空间科学不仅能够推动我国在基础科学研究领域取得重大科学突破,还能够有效牵引、带动航天高新技术的发展。中国科学院空间科学战略性先导科技专项是"十二五"时期我国空间科学领域最重要的系统性进展,开启了中国空间科学发展的新篇章。"十三五"时期,我国将继续研制、发射一系列新的空间科学卫星,这对航天运输系统提出了新的技术发展需求。发展空间科学必将推动我国的航天强国、世界科技强国建设进程。     

Autonomous navigation and guidance system for low thrust driven deep space missions

Presented herein is a concept of an Autonomous Navigation & Guidance System for electrically propelled deep space missions, including hardware configuration, algorithms for autonomous navigation and guidance, and estimates of potential guidance precision and mass consumption. This concept is actually a unified Navigation, Guidance and Attitude Control system. The unification is imposed by strong coupling between the orbital motion and the spacecraft attitude characteristic of low thrust space flights. The sensor set of the system consists of an optical instrument (Coupled Sun Star Tracker), and a block of four vector accelerometers. The propulsion subsystem is a set of nearly parallel Hall thrusters rigidly attached to the spacecraft body. The final stage of data processing is combining the thrust and torque programs and generating power and mass rate shares for every thruster. An end-to-end computer simulation provides guidance accuracy estimates versus the navigation data precision, flight time and available maximum thrust. Terminal guidance errors of a few tens of km in position and a few tens of cm/s in velocities are predicted under plausible assumptions on system parameters. Mass expenditures for the control are typically below one percent of total fuel mass budget.     

“北斗”2代B1I信号导航电文分析

分析“北斗”2代卫星导航系统B1I信号的构成,说明调制在D1导航电文上的二次编码的作用,介绍导航电文的纠错编码方式和编码原理,对BCH编码的纠错原理和纠错性能进行详细分析和计算,证明了导航电文采用的纠错编码方式能满足信息传输准确性的要求.     

GNSS服务空域空间信号可用性比较与分析

通过基本参数对全球卫星导航系统（GPS、GLONASS、Galileo和北斗）空间信号可用性影响实验,得出四系统的A knee 值分别为3800km、1100km、3800km和1000km,对应的平均可见卫星数为25、16、22和14/22（亚太地区、MEO星座/混合星座）。分析了三种典型轨道用户的卫星可见性,北斗和GLONASS对MEO和HEO用户的空间信号可用性能较GPS和Galileo稍差,而在LEO用户的应用中,北斗空间信号可用性能却表现最优,平均可见卫星数约为20颗,可用性时间分布比较均匀。最后对GNSS空间有效持续时间段进行统计,随着用户高度的增加,有效持续时间段数增多、总有效持续时间减少;四系统提供全弧段有效服务空间分别为地面至6100km、1600km、6100km和1700km。     

Theoretical Aspects of the Ballistic-Navigation Design of an Advanced Space Navigation System

The capability of an orbital constellation to generate a global radio navigation field (RNF) of perfect quality is theoretically analyzed. The optimum geometrical network formed on the orbital sphere is the basis of this analysis. We invoke a criterial apparatus for estimating the ballistic-navigation characteristics of an orbital constellation and its elements, as well as specific navigation properties of an RNF. The numerical data concerning some structural parameters of orbital constellations are obtained for existing and advanced space navigation systems (SNS).     

空间站有效载荷真空支持系统方案评述

有效载荷真空支持系统是空间有效载荷支持系统的重要组成部分,为空间有效载荷实验的顺利进行提供真空环境支持和保证。文章详细分析了国际空间站包括美国“命运号”实验舱（USL）、欧空局哥伦布轨道舱（APM）及日本实验舱（JEM）内的有效载荷真空支持系统方案及使用情况;对美国实验舱内的一号微重力材料科学机柜及微重力燃烧科学机柜内部专用的真空支持系统作了主要介绍;最后提出了我国空间站有效载荷真空支持系统的初步方案设想,即合理安排有效载荷实验进行次序,将废气排放子系统及真空资源子系统合二为一,以节约资源,提高可靠性。