深空探测多天线组阵的增益损失研究

为定量分析上行天线组阵增益损失的影响因素,提出一种通过建立数学模型分析合成损耗的估计方法.首先基于天线原理和电磁波传输理论建立了天线组阵上行链路信号的数学模型,以统计学理论对数学模型进行分析,得到了影响上行链路信号的若干因素.通过分析得出,深空探测信号在远距离传输中因大气相位扰动引起的误差是造成天线组阵增益损失的最主要因素.再通过对大气相位扰动误差的进一步分析,构建S频段和X频段下大气相位扰动的空间自相关模型和时间自相关模型,得到组阵基线长度和工作仰角同合成损耗的关系.经过对各误差源的分析可知,在目前的技术水平下,能够满足上行天线组阵工程应用的精度要求.     

差分卫星导航系统定位精度飞行测试方法

针对机载差分卫星导航系统的定位误差特性,提出一种考核机载差分卫星导航系统定位精度的飞行测试方法。在事后数据处理过程中,由于两部卫星接收天线之间安装位置不同而导致的杆臂效应会使最终结果产生较大的计算误差,故提出了一种基于消除杆臂的数据处理方法。通过以上飞行测试方法和数据处理方法可以有效地评估机载差分卫星导航系统的定位精度。     

卫星双向时间比对的设备时延标定方法

卫星双向时间比对的设备时延包含在伪码测距的测量值之中,精确标定设备时延是提升卫星双向时间比对精度的关键。针对卫星双向时间比对中的设备时延标定问题,提出了一种基于同源零基线测量的设备时延标定方法,将中国科学院国家授时中心的1套3.7m天线地面站和2套5m天线地面站并址安装,3套地面站同时进行卫星双向时间比对模式的观测,以此来标定3套地面站之间的设备时延相对值。试验结果表明,该方法可使设备时延标定的精度达到亚ns量级,能有效减小设备时延对卫星双向时间比对精度的影响,对于多个地面站站间时间比对具有一定的实际意义。     

基于VLBI的上行组阵标校技术研究

天线组阵能否完全替代大口径天线有一个关键性难题,就是天线阵是否支持上行链路组阵。深空航天器无法将不同地面天线的上行信号对齐,所以上行链路信号的调整必须在地面完成。针对上行组阵发射机相位调整问题,提出一种基于VLBI(Very Long Baseline Interferometry,甚长基线干涉测量)技术的接收模式天线上行组阵标校方案,并对标校精度进行了简要分析。将上行链路时延分解为几何时延和发射系统时延,建立了几何时延模型,通过标定接收时延和发射时延,便可以得到天线阵元间的相位标校值。理论分析结果表明,该方案具有一定的可行性,对上行组阵相位标校的研究具有一定的借鉴意义。     

星载全空间可见GPS接收系统定位精度分析及验证

针对低轨空间科学卫星在轨任意姿态无固定对天面造成的无法连续GPS(Global Positioning System,全球定位系统)定位的问题,在HXMT(Hard X-ray Modulation Telescope,硬X射线调制望远镜)卫星中提出了星载全空间可见的GPS接收系统,并指出了双天线多径干扰对定位精度的影响。建立模型,对双天线下主瓣直达信号和后瓣镜像干扰信号叠加合成的信号进行定位精度分析,结果表明,空间中83.3%以上的GPS卫星信号对该系统带来的定位误差影响不大于单天线的定位误差影响。通过半物理动态仿真验证以及外场试验进行验证,实际工程测试数据结果表明采用剔星策略后定位精度提高约13.4%。从而证明了星载全空间可见的GPS接收系统方案的正确性,并可广泛应用于工程实际。     

利用GNSS实现高轨卫星自主导航的新方案

针对GNSS应用于GEO卫星导航存在的导航信号弱、可见卫星少、定位几何差等突出问题,探讨了一种在GPS导航星冲天面安装导航天线并辐射导航信号的新方案,设计了冲天面天线和GEO接收天线的波束宽度和增益以及讨论了冲天天线所需发射功率,分析了新方案中GEO卫星对GPS卫星可见性、GDOP和定位精度。分析表明,新方案仅需从现有导航星引出一部天线,即可实现以小于10W的功率代价使得GEO卫星80%以上的时间里可以利用GPS系统定位,且定位精度约77m。通过仿真验证了本方案的可行性。     

卫星导航系统定位精度估计

系统精度估计是卫星导航系统总体设计的重要环节,是进行大系统指标分配的重要依据。因此,在进行卫星导航系统总体设计时,必须对所有误差源的特性及其对系统精度的影响情况进行仔细仿真计算和分析。本文采用对定位测量方程进行全微分的方法,导出了卫星导航系统定位精度的协方差估计公式,给出了用于指导工程实际对关键误差源进行严格控制的一套理论和方法。     

用一种经济的跟踪系统进行米级同步卫星轨道确定

本文提出了一种精度高而费用低的地球同步(GEO)卫星的跟踪系统。其主要组成是:两个GEO卫星、四个自动化地面站和一个甚长基线干涉仪(VLBI)系统。已证明GEO卫星的位置精度可达1～1.5米,优于以往任何GEO卫星的定位精度。用一种快速简便的初始算法可产生一种高效稳定的两步准牛顿-莱弗森轨道确定方法。以90年代VLBI的预期特性为基础,研究了双差分测距、动力学模型以及取决于算法的线性协方差分析。结论是:主要误源是GM误差、站址误差和系统性测量误差;噪声最小协方差分析并不适用,良好的跟踪几何和可观测性远比高数据率和低测量噪声重要;其次,必须考虑太阳辐射压加速度的不确定性。     

基于参考站误差估计的GNSS区域增强技术

研究了应用于民航航路、铁路、内河水运等领域的分布式卫星导航区域增强系统的定位方法,分析了参考站误差、单参考站电离层和对流层误差,提出了一种基于参考站误差估计的多站差分GNSS区域增强技术。仿真结果表明,该方法可减小参考站误差对多站差分的影响,解决现有技术中单差分系统用户与地面站的距离增加定位误差增大的问题,并增加了定位精度,同时提高了系统的可靠性和覆盖效率。     

机载卫星通信天线引导概率分析

针对某机载Ka频段卫星通信天线的使用环境,论述其天线角跟踪系统在捷联航姿设备引导下,天线主波束指向卫星目标位置的概率,分析影响天线角跟踪系统引导概率的主要因素,通过消减系统中大误差源保证了天线引导概率,通过扩展主波束指向空域提高了目标落入概率。计算数据和试验验证表明,给出的分析方法可行,设计策略有效。     

5G微基站环境下GNSS接收机性能及观测质量分析

我国已全面进入5G时代，为研究5G微基站电磁环境对全球卫星导航系统（GNSS）接收机工作性能及观测数据质量的影响，基于自主建设差分基准站的零基线观测数据，采用静态相对定位方法，通过观测数据质量分析、载波与伪距的双差残差序列、对比相对静态定位结果，综合评估5G微基站对GNSS接收机工作性能及观测数据质量的影响。实验表明：当前环境下，GNSS差分基准站及接收机处于近距离建设的5G微基站时，载波相位观测噪声变化范围为5cm，伪距观测噪声变化范围为15cm，零基线测试结果变化范围为1mm。在实验距离内，5G微基站对于GNSS接收机工作性能及数据观测质量影响较小，可以忽略。     

GPS code and carrier multipath mitigation using a multiantennasystem

Multipath is a major source of error in high precision Global Positioning System (GPS) static and kinematic differential positioning. Multipath accounts for most of the total error budget in carrier phase measurements in a spacecraft attitude determination system. It is a major concern in reference stations, such as in Local Area Augmentation Systems (LAAS), whereby corrections generated by a reference station, which are based on multipath corrupted measurements, can significantly influence the position accuracy of differential users. Code range, carrier phase, and signal-to-noise (SNR) measurements are all affected by multipath, and the effect is spatially correlated within a small area. In order to estimate and remove code and carrier phase multipath, a system comprising a cluster of five GPS receivers and antennas is used at a reference station location. The spatial correlation of the receiver data, and the known geometry among the antennas, are exploited to estimate multipath for each satellite in each antenna in the system. Generic receiver code and carrier tracking loop discriminator functions are analyzed, and relationships between receiver data, such as code range, carrier phase, and SNR measurements, are formulated and related to various multipath parameters. A Kalman filter is described which uses a combination of the available information from the antennas (receivers) in the multiantenna cluster to estimate various multipath parameters. From the multipath parameters, the code range and carrier phase multipath is estimated and compensated. The technique is first tested on simulated data in a controlled multipath environment. Results are then presented using field data and show a significant reduction in multipath error     

基于星载分布式InSAR测高精度的导航卫星优选

从干涉合成孔径雷达（InSAR）测高精度需求出发,分析整个流程中的综合观测几何,联合InSAR对地观测参数、全球卫星导航系统（GNSS）对编队卫星观测参数和坐标系转换参数,建立了导航卫星的优选准则,理论推导了InSAR高程的误差传播系数。该准则直接针对InSAR高程精度进行优化选星,表征了综合几何关系下基线各分量对测高误差的贡献。仿真结果与理论推导相吻合,并给出了不同卫星导航系统、不同选星个数以及不同InSAR参数配置等多种场景下的结果比对。新准则相比以往基于最小相对精度衰减因子的选星准则,能够更好地反映实际几何关系,从而在相同观测条件下通过卫星优选得到更高的测高精度。     

天线整流罩对GNSS观测值与定位精度影响研究

当前大部分城市为保护卫星连续运行参考站(CORS)系统基准站天线安装了整流罩,但天线整流罩对观测值以及基准站坐标影响的研究仍显不足。为解决基于广州CORS(GZCORS)的网络RTK高程测量存在较大偏差的问题,基于2016—2021年观测站数据,以及拆除基准站天线罩前后的观测数据质量与定位效果相关分析,对天线整流罩对GNSS观测值与高程定位精度的影响进行了深入探究,并分别进行了静态仿动态和城市车载动态定位测试验证。研究结果显示,天线整流罩在一定程度上会增加原始观测值的多路径效应影响,降低约10%的数据可用率,并对基准站高程定位结果产生1～14 cm的系统性偏差,进而影响用户RTK高程定位效果。定位结果显示,拆除基准站天线罩后,基于GZCORS的RTK水平定位均方根误差(RMS)为1 cm左右,高程定位精度RMS为2 cm左右;城市场景下车辆动态定位精度RMS为15～20 cm,满足车道级定位性能。     

GNSS实时卫星钟差估计技术进展

不依赖实体基准站增强信息的GNSS实时精密单点定位服务将逐渐成为主流定位模式。实时卫星钟差产品作为实时精密单点定位的关键先决条件之一，其精度直接决定实时精密定位服务的性能。计算实时卫星钟差的GNSS实时卫星钟差估计技术成为实时精密定位的核心技术之一，其主要包括两种解算模式：非差解算模式和差分解算模式。由于对卫星模糊度等未知参数处理策略的不同，卫星钟差估计技术又可细分为非差、历元差分、星间差分、混合差分等策略类型。针对不同实时卫星钟差估计技术的原理方法、算法效率、适用性等问题，综合目前已有相关研究成果的基础上，对GNSS实时卫星钟差估计的研究现状、关键技术和面临的挑战进行了较为系统的总结综述，并对未来卫星钟差预报产品和实时估计产品的关系进行了展望。     

复杂城市环境下GNSS/INS轻轨轨道中线精密测量方法CSCD

在城市轻轨线路的中线精密测量中,传统的基于GNSS的测量方式往往受高楼、站台、上跨桥及声屏障等复杂环境信号遮挡影响,甚至无法接收到GNSS信号,难以得到满足精度要求的轨道中线坐标;而基于全站仪的测量方式需建立轨道控制网,作业效率低下。为了满足城市轻轨中线精密测量高精度和高效率的需求,采用GNSS/INS轨道中线精密测量方法,基于Kalman滤波将惯导、GNSS数据进行融合,并根据轨道检测仪在轨道上不发生垂向和侧向运动的特点,采用运动约束算法,以提升组合导航系统测量精度。同时设计了基于新息滤波的抗差检测,以剔除定位质量差的GNSS数据。通过将里程计比例因子误差增广到状态向量的方式进行参数估计,以减小里程计测量误差。通过集成惯导、GNSS、里程计等传感器的轨检小车,采集城市轻轨轨道测量数据。经数据处理和对比分析,在GNSS信号较差的复杂场景下能够得到厘米级的轻轨轨道中线坐标,且测量效率大大提升。     

Electronically Tracking Antenna System for Satellite Reception

This correspondence describes a novel electronically tracking antenna system for satellite reception in the VHF range. The "hedgehog" antenna consists of several antennas directed in different directions to cover the whole sky. An electronic switch, controlled by the satellite receiver, connects the receiver to the antenna from which the desired satellite signal is obtained. This system is especially suitable for unmanned reliable receiving stations if an antenna gain of the order of 10 dB is enough.     

低成本GNSS接收机芯片载波相位测量技术

当前具备载波相位测量的GNSS接收机能够实现高精度定位,但其成本高、体积大,难以广泛应用于大批量的手机、平板电脑等消费电子产品。针对ST公司的STA8090接收机芯片并改进其软件和晶振以获得载波相位信息,采用双差和三差方程测试评估载波相位测量的精度,与测绘型接收机进行对比。基于改进的STA8090接收机芯片构建双天线定姿系统原型样机,静态测试评估了相对定位和定向精度。研究结果表明,千米级静态相对定位精度优于0.01m,在1.23m基线条件下定向精度优于0.1°。因此,采用低成本GNSS接收机芯片实现高精度载波相位测量的技术方案是可行的,具备广阔的市场应用前景。     

30/20 GHz Band Small Earth Station for ISSDN Experiment

The system design and operational results of a 30/20 GHz band small Earth station for integrated services satellite digital network (ISSDN) experiments are presented. The Earth station has a high efficiency offset Cassegrain antenna with elliptical beam, a high power klystron amplifier with 1 kW output power and an uncooled parametric low noise amplifier with 200 K noise temperature. Experiments were performed using the medium capacity communications satellite for experimental purposes (CS). Performance on the Earth station was high. Effective radiation power (ERP) was greater than 88.1 dBW, and the receiving figure of merit (G/T) was larger than 30.6 dB/K. Good transmission characteristics were obtained through the satellite link for demand assigned time-division multiple access (DA-TDMA) with 20 Mbit/s bit rate.     

GPS/BDS组合定位精度分析

随着定位技术的不断发展及多系统导航定位技术的逐步推广，多系统组合导航定位已经成为了GNSS导航定位领域中的主要发展趋势。主要阐述了GPS/BDS组合相对定位的观测方程和数学模型，并根据实测数据对比分析，从卫星可见性、精度因子、定位精度和均方根误差等方面对GPS、BDS及GPS/BDS组合定位系统的定位性能、定位精度进行了比较。研究结果表明，较单一的GPS和BDS系统定位，采用GPS/BDS组合定位可有效提高卫星可见数目和DOP值，且稳定性更好。GPS/BDS组合定位的定位精度也明显优于单一系统，这对GNSS高精度导航定位具有重要的参考价值。