一种基于星载GNSS接收机的高轨卫星自主导航滤波算法

星载GNSS接收机在低轨卫星自主导航和精密定轨等应用领域已经显示了高精度、高自主性、不依赖地面支持等技术优势。对于高轨卫星应用，星载GNSS接收机面临一些新的挑战。由于需要接收来自地球另外一侧的GNSS旁瓣信号，使得用户等效测距误差和几何分布因子恶化，引起标准定位性能下降。特别的，对于只能使用GNSS广播星历的实时自主导航应用，GNSS广播星历引入了非白噪声特性的用户测距误差。其难以被经典的EKF滤波方法平滑，限制了自主导航定位精度。文章研究一种基于星载GNSS接收机的高轨卫星自主导航滤波算法，该算法使用增强扩展卡尔曼滤波器（Augmented EKF）融合轨道动力学模型与GNSS观测数据，并对GNSS广播星历引入的系统性误差进行动态估计以削弱其对最终导航定位的影响。最后，通过仿真平台进行了算法验证。仿真结果显示，使用单GPS可在GEO轨道达到优于10米（3D RMS）的导航定位精度。文章提出的方法达到与国际先进产品同等精度，可用于高轨卫星高精度自主导航。     

海洋一号C/D卫星全球船舶自动识别系统设计与应用

为了满足用户对全球船只信息的监测需求,海洋一号C/D(HY-1C/D)卫星配置了船舶自动识别系统(AIS),实现了单星针对全球大洋船只每天2次信息采集和监测能力。由于AIS接收机工作频率低,接收灵敏度高,容易受外部低频信号的干扰,影响包括解调概率和观测幅宽在内的工作性能。而作为光学卫星,HY-1C/D搭载了多台光学载荷,无法进行整星包覆控制。为了解决AIS在轨应用易受低频信号干扰问题,提出了重点单机电磁屏蔽、AIS天线方向图和安装位置优化设计、整星电磁兼容综合处理等解决方法,并在卫星的地面试验中得到了验证。卫星入轨工作后,AIS接收机获取的全球船舶识别信息进一步验证了上述方法的有效性。结合目前在轨使用情况,给出了后续AIS载荷在设计和应用上的建议。     

基于高轨导航接收机的自动化地面测试系统

高轨卫星导航接收机是实现高轨航天器自主定轨的核心设备。为在地面测试阶段对高轨卫星导航接收机进行充分高效的验证，亟需设计基于高轨卫星导航接收机的地面测试系统。设计了一种基于高轨卫星导航接收机的自动化地面测试系统，主要创新点如下：第一，本系统可对高轨卫星导航接收机实际在轨状态下接收到的导航星座信号进行仿真；第二，具有模拟包含北斗三号等多导航卫星星座信号的功能；第三，本系统充分考虑自动化、通用化与一体化设计。提出的基于高轨卫星导航接收机的自动化地面测试系统能够在地面测试阶段对高轨卫星导航接收机进行充分验证，并充分考虑测试实施，从自动化、通用化、一体化方面提升测试效率，减少人为操作失误导致的质量问题，解决人工判读带来的误判漏判问题。     

一种新的星载自动识别系统检测概率计算方法

针对现有星载AIS检测概率计算方法没有考虑不同解调算法对检测结果影响的问题,提出了一种基于泊松分布船舶检测模型的星载AIS检测概率计算方法。该方法首先计算混叠信号功率差和频差的联合概率分布,以及算法的解调概率,进而将两者相结合得到表征算法能力的关键参数,代入AIS检测概率模型进行计算,可使得原有模型具有适应不同解调算法的能力。仿真表明该方法可有效应用于实际工程的评估,对星载AIS的系统设计有重要的参考价值。     

卫星厘米级定轨的实施建议

对我国实现卫星厘米级定轨的技术途径 ,提出了下列建议 :利用我国在国外的卫星观测站和在国内的 IGS跟踪站 ,建立 GPS国际基准观测网 ,进行星载 GPS双频动态载波相位测量定轨 ;注重大气阻力摄动对低轨卫星定轨的精度损失 ,不仅要安装性能优良的星载 GPS双频接收机 ,而且要装备卫星加速度计 ;采用星载 GPS信号接收机 /激光后向反射镜阵列协同定轨法 ,确保卫星定轨测量的径向误差达到厘米级     

低轨道卫星GPS精密定轨动力学方法的研究

结合低轨卫星简化动力学定轨算法,以及不同几何信息精度条件下的纯几何定轨和动力定轨精度比较,定量分析星载双频GPS实现精密定轨过程中的主要因素,得到星载GPS接收机性能设计所需的关键技术指标,为卫星精密定轨系统的顶层设计提供了科学合理的参考依据。     

利用GPS实现返回式卫星的高精度定轨

探讨利用GPS系统实现卫星定轨的原理及方法。分析表明根据星载GPS接收机接收的信号进行伪距测量和载波相位测量,可获得百米级的定轨精度,并可对姿态角进行精化。     

星载GNSS接收机抗单粒子及干扰方法

针对星载GNSS接收机易受单粒子影响和地面干扰的问题，研究星载GNSS接收机抗单粒子及干扰方法。根据星载GNSS接收机在轨测试数据，分析星载GNSS接收机异常原因、机理，提出星载GNSS抗单粒子及地面干扰方法，可规避或检测GNSS异常并自动处置恢复。该方法已应用于某型号星载GNSS接收机，经过分析，结果表明：该方法可有效保障GNSS接收机正常工作，不影响卫星载荷任务，取得了良好的使用效果。     

一种低轨卫星高灵敏度辅助定位服务系统

本文针对全球导航卫星系统(GNSS)接收机低信噪比环境下的快速定位需求，在充分分析扩频信号相干积分关键影响要素的基础上，设计了一种低轨卫星高灵敏度辅助定位服务系统。针对空间段信号发射机低相噪信号生成技术所需的参考源、时钟树给出了详细设计及指标分析，通过发射信号误差向量幅度EVM对比测试，所设计的发射信号(EVM)指标可控制在优于1.19%。针对系统服务能力进行了星地一体化性能测试，实验结果表明，该系统可有效实现终端在灵敏度提升12 dB前提下有效定位且辅助定位时间优于3.5分钟。     

低轨卫星Link16数据链关键技术研究

将Link16战术数据链搭载到低轨卫星上进行网络中继能够扩大数据链的通信距离,扩展战术信息的保障范围,增加数据链的态势感知距离.低轨卫星相对于地面数据链终端具有通信距离远,运动速度快等特点,如何将Link16数据链的技术体制进行适应性修改使得在不改造地面终端的情况下实现卫星Link16数据链是文章的主要研究内容,针对星地通信距离远造成的长时延对数据封装格式和RTT同步消息格式不适用的问题,提出星地传输时延补偿算法,设计了卫星节点的时隙结构,并推导出RTT精同步计算公式,针对多普勒频移,提出了接收机的时频同步方案,为未来低轨卫星Link16数据链的实现提供了可行性支撑.     

应用自适应滤波抑制星载接收机带内干扰的探索

为抑制卫星内对星载接收机的带内电磁干扰,文章分析了星载接收机在卫星上的电磁环境,提出将自适应滤波器应用到星载接收机上降噪,设计了自适应滤波器及其算法,分析了噪声的多径效应对自适应滤波的影响,明确了接收机天线、信道增益设计要求。对自适应滤波器在抑制星载接收机带内电磁干扰的效果进行了仿真和分析。仿真结果表明:自适应滤波提高了星载接收机抑制卫星带内电磁干扰信号的能力,为星载接收机的电磁兼容设计提供了一种主动适应卫星平台电磁环境的新思路。     

数据中继卫星系统低轨卫星轨道位置速度简化计算方法

利用低轨卫星6根轨道参数在混合地心系建立微分方程,简化计算卫星位置和速度矢量,算法适用于硬件资源有限的星载控制器。通过实际应用表明,性能和精度满足指标要求,可在数据中继卫星系统中使用。     

基于TDRSS的低轨卫星定轨方法研究

利用跟踪与数据中继卫星系统（TDRSS）组成天基测控系统对低轨卫星进行轨道确定，并讨论了低轨卫星在TDRSS系统覆盖区域的时间段，以改进的Gauss-Newton算法为基础，设计了非线性迭代的微分轨道改进算法，有效抑制了算法截断误差。仿真实验证明基于TDRSS的测控技术可显著提高测控覆盖率，减少地面测控站压力，有效确定低轨卫星轨道，定轨位置误差小于20m，速度误差小于0．01m／s，能满足一般低轨卫星的定轨精度要求。     

频偏估计与相位处理相融合的新型载波恢复算法

针对低轨卫星下行信号存在大多普勒频偏、载波同步难的问题,运用载波频偏开环盲估计算法,并结合一种新的基于相位处理的基带锁相算法,提出一种新颖的MPSK类全数字接收机载波恢复算法。仿真结果表明,该算法能够对大频偏、低信噪比的MPSK类调制信号快速完成载波同步,且具有良好的误码性能,算法易于工程实现,适用于低轨卫星下发的遥感、遥测、移动通信等信号的接收。     

海洋卫星AIS载荷设计与验证

为实现全球海洋船舶位置监视,用户在我国海洋系列卫星上配置了船舶自动识别系统（automatic identification system, AIS）。卫星AIS覆盖范围大,面临严重的信号碰撞问题,且AIS工作频段低,易受卫星平台低频干扰影响。用户及卫星总体要求AIS载荷提升对卫星电磁环境适应性以降低卫星AIS频段电磁环境净化代价,同时具备一定近海海域接收能力。在深入分析卫星电磁环境工况及近海AIS信号碰撞工况基础上,提出了AIS载荷阵列天线设计、抗卫星电磁干扰设计、低信噪比解调设计为主的针对性设计,相关设计已经通过海洋二号C卫星在轨验证,对其他卫星AIS载荷设计具有较好的参考意义。     

DORIS星载实时定轨算法仿真及DSP实现

针对我国高分辨率空间对地观测专项的发展需求,文章在星载多普勒无线电定轨定位（Doppler Orbitography and Radio-positioning Intergrated by Satellite,DORIS）系统的实时定轨算法和流程验证基础上,进行了应用背景限制下的模型简化研究,用数字信号处理器（DSP）实现并验证了其星载实现的可行性和有效性。首先介绍法国星载实时定轨软件（DORIS Immediate Orbit Determination by Embarked,DIODE）及定轨原理,给出星载实时定轨算法的流程。通过网站下载的DORIS接收机搭载星数据,对星载多普勒实时定轨算法的观测量修正部分和卡尔曼滤波定轨算法进行验证。针对星载实现的计算简化要求,对算法中计算量较大的地球非球形引力摄动和章动模型进行研究,对比不同模型复杂度对定轨结果的影响,为定轨算法模型的选取提供依据。最后将移植到DSP的程序运行结果与个人计算机下的仿真结果进行了对比,验证其星载实现满足精度要求,同时运行时间满足实时性要求。对如何提高实时定轨算法的性能,文章给出了后续应用的改进方向。     

实现海洋测高卫星厘米级定轨精度的策略分析

基于对多种飞机的机载GPS测量实践,提出我国海洋二号（HY-2）卫星实现厘米级精度的星载GPS定轨测量的基本要求：1）选择适合天线,捕获多颗在视GPS卫星;2）注重天线安装位置,减弱多路径效应影响;3）选用适合的GPS信号接收机,确保星载GPS测量数据优质。     

基于TDRSS的低轨卫星定轨方法研究

利用跟踪与数据中继卫星系统(TDRSS)组成天基测控系统对低轨卫星进行轨道确定,并讨论了低轨卫星在TDRSS系统覆盖区域的时间段,以改进的Gauss-Newton算法为基础,设计了非线性迭代的微分轨道改进算法,有效抑制了算法截断误差.仿真实验证明基于TDRSS的测控技术可显著提高测控覆盖率,减少地面测控站压力,有效确定低轨卫星轨道,定轨位置误差小于20 m,速度误差小于0.01 m/s,能满足一般低轨卫星的定轨精度要求.     

低轨卫星可重构通信系统设计

提出一种适合于在轨重构的低轨卫星通信系统软、硬件架构方案,从工程实施角 度探讨包括天线、RF前端和基带处理单元在内的可重构硬件平台、可重构策略与软件控制流 的可行性,分析了可重构卫星通信系统实现的关键技术。利用软件无线电技术,分析了基带 和射频前端分离,可裁减、复用式平台实现的基本路径,以及基带、射频天线单元重构的实 现方法。通过各常规通信模式射频前端和数字部分的灵活组合,同时支持多频点、多模式的 通信制式,达到节省硬件成本和提高系统灵活性的目的。最后研制了一个可重构卫星通信地 面测试原理样机,模拟了卫星有效载荷和地面通信站在IS-95体制下两种CDMA加密码字间的 动态重构,有效验证了本文提出的可重构策略的正确性与合理性。
     

基于星间无线电测距的卫星自主定轨与导航

提出了在空间数据链中基于星载无线电测距实现低轨卫星的自主定轨方法。通过星上天线发送和接收网内其他卫星的通信数据，从中获取相互间的距离信息，应用推广Kalman算法确定卫星的位置和速度，实现卫星间的互相定位。以铱系统为背景，针对所提出的两种不同组网方式进行了具体的仿真，并与GPS定轨相比较，得出了几点结论。