基于QZSS L1信号的岸基GNSS-R码延迟海面测高

为了探究GNSS L1波段中信号不同调制方式的GNSS-R码相位延迟海面的测高性能，开展了双天线岸基GNSS-R海面测高实验，收集了采样率为40 MHz的原始中频数据。利用自主开发的GNSS-R测高软件接收机和反演软件对实验数据进行了处理分析，同时获得了基于QZSS L1C/A码和L1C码的GNSS-R海面测高结果，并分别与岸基同步观测的雷达高度计的测高值进行对比，以对反演结果进行精度评定。实验结果表明:基于QZSS L1C/A码和L1C码的海面测高精度最优可达0.63 m和0.4 m，L1C码的延迟GNSS-R测高精度明显高于L1C/A码。此外，GNSS-R测高精度会随着卫星高度角的增加而有所增加。      

基于半无码的P(Y)码自相关GNSS-R海面测高方法

针对传统GPS C/A码延迟测高方法测高精度低和互相关测高方法时延波形信噪比低的问题,研究了基于半无码的P（Y）码自相关海面测高方法。首先,通过理论测高精度模型,对比分析了C/A码和P（Y）码的测高精度;然后,描述了L1、L2双频反射信号基于半无码的P（Y）码自相关处理架构,并论述了测高模型和L1、L2双频电离层时延误差修正方法;最后,利用模拟的L1、L2反射信号对比分析了基于半无码的P（Y）码自相关、C/A码自相关以及信号互相关方法的海面测高精度。结果表明:相比于C/A码自相关和信号互相关测高精度,基于半无码的P（Y）码自相关的测高精度分别提高了3.97倍和1.47倍。      

基于DDMR辅助的GNSS-R载波相位差测高方法

提出了一种基于时延-多普勒映射接收机（DDMR,Delay-Doppler Map Receiver）辅助的载波相位差提取方法,给出了系统结构及信号处理方法.该方法将DDMR中所观测到的码相位差作为直射信号与反射信号的码相位延时量,将完成跟踪的直射信号扩频码进行对应的延时用于完成对反射信号的开环码跟踪.该方法省去了码相位延时搜索的过程,且可以准确地对反射信号扩频码进行同步.为了验证系统的可行性及实际性能,进行了针对水面高度测量的岸基试验并给出了试验结果.岸基试验证明采用该方法的GNSS-R（Global Navigation Satellite System Reflection）接收机可以稳定地对反射信号进行跟踪并提取直射与反射信号的载波相位差,测高精度约为2.5 cm,经过0.5 s的数据平均后精度可达0.6 cm.      

基于相位条纹的高精度GPS码相位测量方法

GPS接收机在测量卫星到接收机的传播距离时,通常能得到码相位和载波相位2个基本测量值。虽然载波相位测量值比码相位测量值精度高,但存在整周模糊度的问题,在实际应用中比采用码相位的技术付出的代价高很多。因此,基于相位条纹技术,提出了一种高精度的码相位测量方法。在传统码跟踪环的基础上,通过提取互功率谱相位条纹的频率,得到高精度的码相位测量值,从而组装出高精度的码伪距。仿真实验结果表明:在信噪比为-15 dB的情况下,码相位测量误差均方差约0.37 m,优于传统延迟锁定环在相同条件下约1.82 m的跟踪精度。得到了比传统码跟踪环更高的码相位测量精度的同时,不需要解算载波相位的整周模糊度,对提高GPS定位精度具有研究意义和应用价值。      

基于TDC和ARM的高精度北斗授时系统设计

针对已有的电力、通信等授时系统精度较低的问题,设计了一种基于TDC和ARM的高精度北斗授时系统。该系统以STM32F2xx/STM32F4xx芯片作为核心信号处理器,对比标准1PPS与1PPS的相位差,结合TDC对时间延时的高精度测量技术,采用PID算法调整本地OCXO压控值,使OCXO输出稳定的时钟频率,进而达到高精度授时目的。目前,北斗接收机授时精度一般优于50ns,而授时精度低于20ns即达到高精度授时标准。实验结果表明,该方法授时精度能达到13ns,能够实现北斗高精度授时。     

基于TechDemoSat-1卫星的GPS反射信号海面高度反演

针对星载GPS反射信号（GPS-R）海面测高的误差问题，基于星载GPS-R实测数据进行星载海面测高模型和误差修正模型的研究，并验证其有效性。利用TechDemoSat-1（TDS-1）数据，使用时延多普勒图（DDM）海面高度反演技术，着重分析了星载GPS-R海面高度反演中的各类误差，并建立了相应的误差模型。对星载GPS-R海面高度反演模型进行优化，采用DTU15全球平均海面模型、DTU全球海潮模型验证反演精度。结果证明:优化后反演模型得到的全球海面高度反演结果的平均绝对误差（MAD）为6.05 m，精度提高了约29%，有效提高了海面高度反演的精度。研究成果对于推广星载GNSS反射信号（GNSS-R）的海面测高应用具有一定的意义。      

星间相位干涉仪测角系统设计及精度分析

针对微小卫星编队飞行、星间组网等多星协同任务中的相对测角问题,提出了一种高精度的星间无线电测角系统。该系统的优势是在伪码测距系统的基础上增加两条相同的接收通道,对载波相位值采用相位干涉法得到高精度的星间相对角度值,可以在不增加额外软硬件开销的情况下完成实时性较好的高精度星间相对状态自主测量。从该系统的设计出发,对相位干涉仪测角系统进行了详细的精度分析,推导了链路中各个噪声源的传递函数和理论噪声水平,并搭建实物平台对角度测量精度的理论值和实测值进行比较。结果表明系统对本振相位噪声有抑制作用,热噪声是角度测量的最大噪声源,系统实际测角精度在强信号下可达1.4×10^-3度。     

基于地面移动通信基站的差分气压测高方法

为了解决现有的卫星定位系统高程定位精度较低的问题,提出利用已发展完备的地面移动通信基站作为气压差分测量基准点的差分气压测高的方法.该方法以用户接收机附近的分布密集的地面移动通信基站为气压校正基准点,并利用移动通信基站的传输链路把相关的测量数据传送给用户,用户接收机便可以用移动通信基站观测点的高程值、气压值以及温度值,结合接收机测点处的气压值和温度值,利用高程与气压值之间的对应关系,得到用户接收机处的绝对高程值.实际试验结果表明:使用本方法后,室内高程定位精度约为1 m,室外的高程定位精度优于1 m.测高分辨率约为0.2 m,可以使GNSS(Global Navigation Satellite System)的三维位置定位精度提高约60%.本方法不仅可以弥补GNSS高程精度差的缺陷,作为高程约束参与测量方程解算还会提高水平测量精度,而且还克服了传统的气压测高精度依赖于气象站,而大多数用户接收机离气象站的距离较远,造成气压测高精度偏低的局限性.所以本方法能辅助增强卫星导航系统,提高三维定位精度,用于室内定位可以解决室内楼层的分辨问题.     

数字化干涉仪测角技术

数字化干涉仪测角采用的是高精度数字鉴相技术，该技术与传统的模拟鉴相技术相比可以大幅度提高鉴相精度，从而满足高精度干涉仪测角的要求。基于数字干涉仪鉴相算法，通过两路正交本振信号分别与两路待测相信号相乘，使用CIC 滤波器除乘积中的高频信号，最后通过CORDIC 算法计算出相位差。经过干涉仪测角模拟器上测试结果表明，其数字鉴相误差小于0.2°。     

基于单频星载GPS数据的低轨卫星精密定轨

为满足搭载单频GPS接收机低轨卫星的精密定轨需求以及深化单频定轨研究,文中解决了单频星载GPS数据的周跳探测问题,并利用“海洋二号”（HY-2A）卫星及“资源三号”（ZY-3）卫星的单频星载GPS实测数据采用两种方法确定了二者的简化动力学轨道,并通过观测值残差分析、与双频精密轨道比较、激光测卫数据检核等方法对所得轨道精度进行评定。结果表明,在不考虑电离层延迟影响的情况下,HY-2A卫星定轨精度为2~3dm,ZY-3卫星为1m左右;而采用半和改正组合消除电离层延迟一阶项影响后,二者定轨精度均显著提高,HY-2A卫星三维精度提高至1dm左右,ZY-3卫星提高至1~2dm。文章的研究成果表明,搭载单频GPS接收机的低轨卫星也可获得厘米级的定轨精度。     

GNSS-R open-loop difference phase altimetry: Results from a bridge experiment

The paper explores a method to obtain accurate lake surface heights using measurements of the Global Navigation Satellite System (GNSS) carrier phase reflected from the lake surface. The method is referred to as Global Navigation Satellite System-Reflection (GNSS-R) open-loop difference phase altimetry method. It consists of two key technologies: one is the open-loop tracking method to track the GNSS-R signals, where the direct GNSS signal’s frequency is used as a reference frequency to obtain the carrier phases of the GNSS-R signals; the other key technology is time difference phase altimetry method to invert the lake surface heights using two or more carrier phases of GNSS-R signals received simultaneously. A validation experiment is carried out on the SANYING bridge over GUANTING lake using a GNSS-R receiver developed by the Center for Space Science and Applied Research (CSSAR), processing the data with GNSS-R open-loop difference phase altimetry method. The lake surface height results are consistent with the height results of GPS dual-frequency differential positioning altimetry. The results show that we can achieve centimeter level height in one minute average, by using 11 minutes carrier phase data of three GNSS-R signals received simultaneously.     

The impact on tsunami detection from space using GNSS-reflectometry when combining GPS with GLONASS and Galileo

The devastating Sumatra tsunami in 2004 demonstrated the need for a tsunami early warning system in the Indian Ocean. Such a system has been installed within the German-Indonesian Tsunami Early Warning System (GITEWS) project. Tsunamis are a global phenomenon and for global observations satellites are predestined. Within the GITEWS project a feasibility study on a future tsunami detection system from space has therefore been carried out. The Global Navigation Satellite System Reflectometry (GNSS-R) is an innovative way of using GNSS signals for remote sensing. It uses ocean reflected GNSS signals for sea surface altimetry. With a dedicated Low Earth Orbit (LEO) constellation of satellites equipped with GNSS-R receivers, densely spaced sea surface height measurements could be established to detect tsunamis. Some general considerations on the geometry between LEO and GNSS are made in this simulation study. It exemplary analyzes the detection performance of a GNSS-R constellation at 900 km altitude and 60° inclination angle when applied to the Sumatra tsunami as it occurred in 2004. GPS is assumed as signal source and the combination with GLONASS and Galileo signals is investigated. It can be demonstrated, that the combination of GPS and Galileo is advantageous for constellations with few satellites while the combination with GLONASS is preferable for constellations with many satellites. If all three GNSS are combined, the best detection performance can be expected for all scenarios considered. In this case an 18 satellite constellation will detect the Sumatra tsunami within 17 min with certainty, while it takes 53 min if only GPS is considered.     

星载GNSS-R海面风场观测载荷关键技术设计与验证

目前海面风场观测手段有限,基于全球导航卫星系统反射信号处理(global navigation satellite system reflection,GNSS-R)的天基观测为全球风场信息获取提供了全新的手段.GNSS-R海面风速探测技术具有全天时、全天候、低功耗、宽覆盖、多信号源、低成本等特点,日益获得了广泛的关注...     

新型GNSS信号波形设计

在发射带宽严格受限的约束下连续函数波形信号较传统矩形波形表现出了较高的频谱利用率优势和优良性能,很有可能应用到未来的全球卫星导航系统(GNSS,Global Navigation Satellite System)信号体制中.在建立导航信号波形设计准则的理论模型基础上,研究了7种可能适用于未来GNSS系统的新型信号波形,在典型的宽/窄发射带宽条件下,通过仿真评估了传统GNSS信号和新型GNSS信号的精度、抗多径、抗干扰等性能,优选出BOCc和MSK两种适用于不同环境的信号波形: 在频谱资源充足的情况下,BOCc信号具有最优的导航性能;在频率资源受限的情况下,MSK信号兼容性好,抗干扰能力强,拥有较好的导航性能.最后,结合两类信号波形的优缺点提出了我国新一代卫星导航系统信号波形设计的建议.