基于低轨通信星座的导航增强技术发展概述

在我国北斗三号卫星导航系统全面完成组网建设的背景下,世界卫星导航步入新时代。各卫星导航大国均瞄准更高服务精度、更加多样功能、更加可靠服务,正在着手开展新一代系统建设和技术迭代。随着各国对于大型低轨通信星座的积极开发与广泛部署,应用低轨卫星技术实现导航增强与PNT系统备份能力,因其易与GNSS协同,具有提高全球自主导航精度、拓展全球卫星导航应用市场的巨大潜力而成为研究热点。面向低轨导航增强技术,首先总结了低轨卫星的最新态势,梳理了卫星导航增强服务模式,并详细分析了低轨通信星座导航精度增强及导航信号增强两方面的技术动向。在此基础上,重点针对导航增强频率的兼容互操作、通信/导航信号一体化设计、高动态导航增强信号捕获与跟踪等方面,对低轨卫星导航增强体系未来的发展机遇以及面临的技术挑战进行了展望。此外,还基于美国铱星系统实收采集信号开展了定位服务性能试验分析,结果表明600个历元内收敛定位精度优于100m,相关分析成果可为我国低轨导航增强建设提供参考和借鉴。     

北斗星基增强系统双频多星座服务覆盖范围评估

双频多星座（DFMC）服务已成为星基增强系统（SBAS）未来能力提升的重要方向之一，相关国际标准也将在2023年11月正式发布。北斗星基增强系统（BDSBAS）是全球范围内唯一持续播发DFMC增强服务测试信号的星基增强系统。在详细介绍SBAS DFMC服务可用性和保护级计算方法的基础上，利用实测的BDSBAS B2a增强电文对BDSBAS DFMC增强服务的一类垂向引导进近（APV-I）/垂向导航信标性能（LPV）和决断高度200英尺垂向导航信标性能（LPV-200）等级的服务覆盖率进行了初步评估。评估结果表明，当前BDSBAS DFMC增强服务能够实现对中国及周边广大区域的服务覆盖，且双系统（BeiDou navigation satellite system和global positioning system，BDS+GPS）增强服务的APV-I和LPV-200等级99%可用性覆盖率比单系统（BDS）增强服务的覆盖率分别提升16%和32%。     

对建立中国民航广域增强系统（WAAS）的技术探讨

预计到９０年代末，广域增强的ＧＰＳ能提供Ⅰ类精密进近着陆，经过增强的ＧＰＳ的标准定位服务最终成为一种独立的适用于各飞行阶段的导航系统。本文旨在介绍广域增强系统的发展背景，阐述了ＷＡＡＳ的技术原理和实现方法。并提出我国采用卫星导技术和建设广域增强系统的技术方案。     

中国和亚洲／大洋洲区域WAAS系统方案建议

广域增强系统的概念已经被全球范围的航空界所接受．本文从整体上介绍了广域增强系统以及全球的发展现状．除了美国联邦航空局和欧洲的系统外，一些亚洲和大洋洲国家包括澳大利亚、日本、印度和中国等国家都在规划各自的广域增强系统。从技术、经济和地缘政治的原因考虑，建议这些国家应该合作建立一个区域性的广域增强系统。这个亚洲和大洋洲系统与美国和欧洲的两大系统最终形成一个全球的广域增强系统，为全球卫星导航系统提供无缝隙的增强。     

卫星导航增强系统讨论

回顾了卫星导航增强系统的由来和发展,讨论了卫星导航增强系统的使命及组成,介绍了卫星导航增强系统的演进及部分亮点,探讨了卫星导航增强系统的实质及关键技术,最后对卫星导航增强系统作了讨论、展望与评论。     

基于民航校验飞机的星基增强服务性能评估CSCD

为了进一步拓展全球卫星导航系统(GNSS)在民用航空等高生命安全领域的应用,世界各国争相发展星基增强系统(SBAS),美欧等SBAS已正式向民用航空领域提供了决断高度200英尺(约60.96m)的垂直导航信标性能(LPV-200)服务。我国的BDSBAS也已经完成系统建设,将向中国及周边区域提供满足国际民航组织(ICAO)一类垂直引导进近(APV-I)指标要求的单频增强服务。重点针对单频增强服务性能评估开展研究工作,首先从定位精度、完好性、可用性和连续性四个方面对星基增强服务评估方法进行了论述;再通过多次航空飞行试验对BDSBAS单频增强服务性能进行了验证,结果表明,航空飞行试验期间可满足APV-I设计指标要求;最后对BDSBAS单频增强服务在全国301个中大型机场的可用性进行了分析,非精密进近(NPA)可用性、APV-I可用性、LPV-200可用性在全国机场的覆盖率分别达到了97%、89.7%和83.1%。     

民用飞机组合视景系统设计研究

组合视景系统聚集了合成视景系统和视景增强系统各自的优势,并通过有效的图像融合进一步提高了图像信息质量,将大大提高飞行员对飞机周围环境的情景意识,从而进一步提高飞行的安全性。针对民用飞机组合视景系统的设计,提出了对其功能及性能、安全性评估及设计保障等级、组成及架构、人机接口、布置安装、验证及适航等方面的通用考虑和设计指南。     

Galileo系统对卫星导航系统的增强作用

介绍了正在建设的Galileo系统，从卫星导航系统的星座、完备性、通讯能力、求解载波相位整周模糊数能力以及对系统轨道漂移影响抑制能力五个方面入手，研究了Galileo系统对空间飞行器导航的增强作用。最后通过仿真研究．进一步分析了Galileo系统在空间飞行器导航应用中的增强作用。     

基于贝叶斯纠错的AR辅助飞机装配数据纠错方法

增强现实(Augmented Reality)技术用于飞机装配中可以有效提高装配效率。通过无线网络的使用,增强现实设备可以便捷访问各种人工智能服务,将自然场景下的光学字符识别(Optical Character Recognition)技术作为云服务用于AR辅助装配中减少人工录入以加速装配过程。针对AR辅助飞机线缆装配中线缆识别存在错误的问题,基于贝叶斯纠错器,结合航空线缆规则提出一种数据纠错的后处理流程,使用噪声通道模型对线缆的识别结果数据进行推理纠错,并构建了基于云服务的AR辅助线缆装配体系。在该系统的环境下,进行AR辅助的航空线缆装配试验,将导线识别准确率从88%提高到98%,验证了该系统具有一定高效性的同时保证了正确性。     

天象一号低轨导航增强系统研究与在轨试验验证

如何实现GNSS全球瞬时高精度服务一直是GNSS领域的迫切需求和研究热点.采用低轨导航增强技术体制,利用低轨卫星运动几何变化快的特点,解决GNSS精密单点定位快速收敛问题和性能提升问题,是GNSS高精度定位服务未来发展的重要方向.从全球瞬时高精度服务内涵出发,阐述了天象一号低轨导航增强试验系统的技术体制,包括系统工作模...     

QZSS亚米级增强服务和MSAS增强定位性能评估

日本QZSS亚米级增强服务(SLAS)和多功能卫星增强系统(MSAS)均用于增强单点定位性能，但其服务范围和服务原理不尽相同。为了对这两种增强服务进行增强性能评估，以伪距单点定位结果为基础，比较在日本境内和中国及周边地区使用这两种增强服务增强后的定位结果，分析和评估不同地区两种增强服务的增强性能和适用性。结果表明：在日本境内，SLAS和MSAS均能显著实现定位增强效果，SLAS在水平和高程方向定位精度分别为0.55m和0.9m，提升约51.8%和73.8%；相应地，MSAS定位精度分别为0.69m和0.97m，提升约39.8%和71.8%；表明前者增强效果更好。在中国及周边地区，MSAS增强定位效果更好，但要求离中心服务区越近越好；SLAS也能增强定位效果，但提升效果较小，且当测站离中心服务区超过一定距离时，会出现定位精度负提升的情况。     

不同尺度范围的监测网对星基增强服务性能的影响分析

区域监测站提供的星基增强完好性监测服务在民用航空等生命安全领域发挥着重要作用。为了分析利用不同尺度监测网估计的完好性信息对用户服务性能影响,使用等效钟差方法分别实现三种不同尺度的监测网完好性参数估计,并进行增强定位验证。从增强卫星数目、用户测距误差、定位精度和保护级包络特性方面研究不同尺度的监测网对用户服务性能评估的影响,结果表明:与小尺度和中等尺度区域相比,大尺度区域增强卫星数目分别增加了50.7%、33.7%。与广播星历伪距单点定位相比,基于小、中等和大尺度区域监测网估计的改正数增强定位在水平方向定位精度分别提升了33.08%、33.59%和32.54%,垂直方向定位精度分别提升了36.56%、41.07%和43.86%。三种尺度估计的平均用户测距误差均优于0.3 m,保护级水平对定位误差的包络均能达到95%。研究成果可为区域星基增强监测网的选择提供理论支撑和应用依据。     

EGNOS: project status overview

The European Geostationary Navigation Overlay System (EGNOS) is being developed in Europe to provide GPS and GLONASS satellite-based augmentation services to aviation, maritime and land users. EGNOS is a major element of the European Satellite Navigation Programme which is jointly being implemented by the European Union, the European Space Agency (ESA) and EUROCONTROL.     

粒子云侵蚀问题实验研究中动能通量模拟的意义

本文首先将粒子云侵蚀条件下的驻点表面后退分解为无粒子烧蚀部分、粒子云引起的烧蚀增量部分和粒子撞击物面引起的直接侵蚀部分。然后研究了表面能量平衡关系,给出了粒子云引起的烧蚀增量表达式。最后分三类讨论粒子与飞行器的碰撞:(1)完全弹性碰撞(不符合实际);(2)完全非弹性碰撞;(3)部分弹性碰撞。对于后两种碰撞,本文分析了动能通量模拟适用的条件。     

无尾布局后体超声速航向增稳设计方法

针对无尾布局超声速航向静稳定性不足的问题,提出一种基于超声速压缩/膨胀流动的后体超声速航向气动增稳设计方法。首先通过无尾布局扁平后体和常规后体方案航向静稳定性和表面流场差异的对比,明确了后体超声速航向增稳设计思路。然后基于后体参数化外形分析了后体型面对于布局超声速航向静稳定性的影响规律。最后通过评估典型后体方案的综合气动特性验证了后体超声速航向增稳设计方法的可行性。研究表明：重心后侧向投影面积增量、后体脊线以及后体截面曲线是影响后体型面超声速航向增稳能力的3个主要参数。与常规后体型面相比,通过超声速航向增稳设计获得的后体型面能够在布局阻力变化不大的情况下,显著改善无尾布局在跨声速和超声速状态的航向静不稳定性。     

Performance evaluation of GPS augmentation using Quasi-Zenith Satellite System

The current global positioning system (GPS) provides limited availability and capability for a country like Japan where mountainous terrain and urban canyons do not allow a clear skyline to the horizon. At present, the Japanese Quasi-Zenith Satellite System (QZSS) is under investigation through a cooperative effort between the government and the private sector. QZSS is considered a multi-function satellite system, as it is able to provide communication, broadcasting, and positioning services for mobile users in a specified region with a high elevation angle. The additional GPS compatible signals from QZSS can remarkably improve the availability, accuracy, and capability of GPS positioning. This work focuses on the performance of GPS augmentation using the proposed QZSS. The QZSS satellite constellation and signal structure are briefly reviewed. Positioning with pseudo-range and carrier phase are discussed. The performance of GPS augmentation using QZSS in the Asian-Pacific and Australian area is studied using software simulations. The results are presented using the number of visible satellites as a measure of availability, GDOP as a measure of accuracy, and ambiguity success rate as a measure of capability of carrier-phase-based positioning with spatial and temporal variations. The results show that the QZSS will improve not only the availability and accuracy of GPS positioning, but will also enhance the capability of the GPS carrier-phase-based positioning in Japan and neighboring regions.     

ADS-B监视报文参数统计及其所需性能

基于广播式自动相关监视（ADS-B）报文的位置导航不确定性指标（NUC_P）的监视质量备受关注。针对位置导航不确定性参数好、监视质量却不高的问题，深入研究广播式自动相关监视报文数据项及其与基于性能的通信与监视的相关性。在充分考虑通信导航监视相关性及全球卫星导航系统（GNSS）广域增强等因素基础上，推导、构建了监视所需性能估计模型，并给予合理简化。在测试空域利用2个具有运行资质的生产商ADS-B接收站，连续采集近2亿条ADS-B报文，统计分析报文各信息项的状态参数，并应用到所需性能估计模型评估计算这两个ADS-B站的所需监视性能。此外还将参考文献报文参数代入模型评估所需性能。结果显示，当考虑报文各信息项统计状态及具备广域增强服务支撑时，ADS-B所需监视性能参数估计值未达到99.9%要求。若缺乏广域增强服务及相关性因素等，系统所需性能与国际民航组织（ICAO）监视要求的差距则更大。     

脉冲爆震发动机尾喷管的实验

选取3类10种有代表性的脉冲爆震发动机尾喷管进行了试验.研究结果表明, 各种喷管对性能均有提高;对每类喷管均存在一最佳面积比, 使推力增益最大;在受试的尾喷管中, 收敛-扩张喷管增益最大, 达24%;填充系数对喷管性能增益影响甚微.