关于北斗卫星导航系统的被动式定位算法比较研究

我国北斗卫星导航系统空间卫星共有2或3颗,无法单独满足被动导航定位的要求．针对这种卫星稀少的情况提出了3种被动式定位算法: 2星定位算法、 3星3参数定位算法和3星4参数定位算法, 这些算法分别采用气压测高方法增加观测数据和采用数学模型描述接收机钟差的方法减少定位方程求解的未知数;探讨了北斗卫星导航系统备份星的可用性和对导航定位精度的贡献;还提出了准差分修正技术,提高了定位精度．实验证明, 3种算法都取得了100m以内的定位结果,可以满足一般用户定位需求．     

一种地基GNSS接收机差分码偏差估算方法

GNSS不同频点间的码伪距作差会引入信号的差分码偏差(DCB),包括GNSS卫星及地面接收机的DCB.本文提出一种地基GNSS接收机差分码偏差参数估算方法,首先由电离层文件参数作线性插值,计算出电离层延迟误差.之后对IGS站观测文件进行加权最小二乘法估计,得到GPS卫星和地面GNSS接收机的L1C频点和L2P频点间码偏...     

基于GNSS的高轨卫星定位技术研究

利用全球卫星导航系统(GNSS)进行导航定位具有全球、全天候、实时和高精度的优点,应用于高地球轨道(HEO)卫星的定位,能够提供精确的轨道和姿态确定,并且可以克服目前主要利用地面测控系统对HEO卫星进行定位的设备复杂、投资高等缺点,使得自主导航成为可能.本文对利用GNSS的高轨卫星定位相关技术进行了研究,分析了单一GNSS系统和多个GNSS组合系统的卫星可见性、动态性和几何精度因子(GDOP).通过仿真分析表明,利用组合GNSS系统并通过提高GNSS接收机灵敏度的方法,可以解决GNSS进行HEO卫星定位的相关问题,并能保证HEO卫星定位精度的要求.      

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。      

RTCA协议下北斗完好性降效参数算法设计及检验

目前我国北斗导航增强系统的完好性参数设计缺少针对差分信息有效性的降效参数设计,不满足航空无线电委员会（RTCA）提出的接口协议,无法同国际其他GNSS星基增强系统相兼容。根据RTCA接口协议,针对我国卫星导航系统的完好性降效参数处理算法进行了研究,利用北斗实测数据分析了完好性降效参数对用户增强服务的影响,验证了算法的有效性。结果表明,正常情况下,北斗导航系统增强服务三维定位精度可达到113m。当用户丢失部分差分改正信息时,定位精度约144m,精度下降约274%,利用完好性降效参数对过期差分信息进行降效处理,优化定位权阵,可将定位精度提高至117m,达到正常增强服务水平。     

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。      

北斗三号系统广域差分服务精度评估

为了保证北斗系统广域差分服务的平稳过渡，北斗三号系统（BDS-3）通过GEO卫星B1I/B3I信号播发北斗二号协议广域差分改正信息，包括等效钟差改正数与格网点电离层信息。分析了增加BDS-3卫星后，等效钟差改正数和格网点电离层信息的特征，并对BDS-2和BDS-3的用户差分距离误差（UDRE）进行了对比。联合BDS-2和BDS-3实测数据，对BDS-3广域差分服务定位精度进行了评估。分析结果表明:BDS-2卫星广播星历空间信号用户等效距离误差（UERE）约为1 m，经过等效钟差改正数后，用户差分距离误差约为0.3 m；BDS-3卫星广播星历空间信号用户等效距离误差约为0.4 m，经过等效钟差改正数后，用户差分距离误差约为0.2 m。等效钟差改正数可以修正广播电文更新带来的空间信号阶跃误差，显著提升卫星空间信号精度。与基本导航系统播发的Klobuchar 8模型，广域差分系统所播发的格网点电离层信息可将电离层误差修正精度提高约18%。与单独BDS-2卫星相比，BDS-2/BDS-3卫星联合条件下，基本导航的单频用户和双频用户定位精度可分别提升26%和41%；广域差分服务的单频用户定位精度为2.4 m，双频用户定位精度为1.7 m，单频用户和双频用户定位精度分别提升13%和41%。      

一种基于北斗三号系统的GNSS-R海面干涉测高技术

GNSS-R干涉测高技术可用于中尺度海面高度观测，具有空间分辨率高、测量精度高等优势。与传统的GNSS-R本地码测高技术相比，GNSS-R干涉测高技术可以有效提升高度测量精度。虽然GNSS-R干涉测高技术已有一些研究，但是基于北斗三号的干涉测高应用还很少。本文根据GNSS-R干涉测高技术优势，针对北斗三号系统在干涉测高技术上的应用，研发了支持北斗三号的GNSS-R干涉测高接收机并描述了整体架构及实现。利用所研发的接收机进行水面干涉测高试验，首次获取了北斗三号B1和B2干涉测高波形，与传统GPS L1和北斗B1本地码测高波形进行对比。对两种方法计算出的水面高度进行对比，结果显示北斗三号干涉测高精度明显优于GPS L1和北斗B1传统本地码测高精度。      

基于卡尔曼滤波平滑多普勒值的单频周跳探测方法

针对高轨卫星搭载的GNSS单频接收机观测值精度低导致多普勒法难以准确探测周跳的问题，提出了基于卡尔曼滤波平滑多普勒值的单频周跳探测方法。首先使用卡尔曼滤波平滑多普勒观测值，以降低观测噪声的影响，然后联合使用平滑后的多普勒值和载波相位观测值按照传统多普勒法计算周跳探测量，并对其进行历元间差分，从而降低系统误差，提高周跳检出率。实验使用探月三期再入返回试验任务中月地转移段返回舱接收到的GNSS观测数据，结果证明提出的方法相比传统的多普勒法可以在低信噪比的环境下更准确地进行周跳探测，可为后续高轨卫星的GNSS搭载试验提供技术支撑。     

BPL长波授时信号传输时延的时间变化分析

由于GNSS系统的脆弱性,Loran-C/BPL系统作为GNSS系统的备份研究,受到国内外的重视,但如何获取高精度的传播时延一直是制约长波系统实现高精度授时的瓶颈。本文从测量角度出发分析路径时延的空间变化和时间变化,着重利用实际测量数据分析路径时延的时间变化规律。结果表明信号传播路径相似、且传播路径上天气变化相似的条件下相距100km内的用户其接收信号的传播时延时间变化规律基本相同,这为长波差分授时奠定基础。     

基于北斗三号导航系统的卫星定位技术

对北斗三号体制下的传输链路、接收门限进行理论分析,得出捕获算法采用4次非相干累加,可以使捕获灵敏度达到-130 dBm,同时实现定位时间小于5 min的综合较优结果.接着以低轨太阳同步轨道卫星为例,利用STK建模进行全轨道周期仿真,结果显示全程收星数超过4颗,定位精度达到2.59 m,速度误差为0.00378 m/s....     

Satellite availability and positioning performance of uncombined precise point positioning using BeiDou-2 and BeiDou-3 multi-frequency signals

To realize the smooth transition from regional BeiDou Navigation Satellite System (BDS-2) to the global one (BDS-3), the integration of BDS-2 and BDS-3 is important for providing continuous, stable and reliable positioning, navigation and timing (PNT) services for global users. This work used 154 globally distributed multi-GNSS (Global Navigation Satellite System) experiment stations spanning 30 days to analyze the satellite availability and positioning performance of uncombined precise point positioning (UC-PPP) under current BDS-2 and BDS-3 constellations. We focused on three issues: the influence of BDS-3 receiver tracking abilities, the positioning performance among different areas, and the benefit of multi-frequency observations. The results show that the elliptical zone caused by poor BDS-2 satellite visibility is disappeared when the evenly distributed BDS-3 medium earth orbit satellites are introduced. When BDS-3 are integrated with BDS-2, the area with the Position Dilution of Precision (PDOP) less than 2 can be expanded to 75° S-75° N and 30° E-150° W. The positioning performance of BDS-3 and BDS-2/BDS-3 UC-PPP are seriously affected by the receiver tracking abilities of BDS-3 signals. When the maximum pseudo-random noise sequences (PRNs) of BDS-3 satellites tracked by stations are within 30 or 37, the positioning accuracy of static UC-PPP can be improved by 22.94% or 8.27% due to the integration of BDS-2 and BDS-3. Besides, the most improvement of BDS-2 and BDS-3 integration is achieved in Asia-Pacific regions, especially for the kinematic UC-PPP or the poor receiver tracking abilities of BDS-3. Similar to the multi-frequency BDS-2 UC-PPP, the benefit of multi-frequency signals for BDS-3 or BDS-2/BDS-3 UC-PPP is also non-vital. The three-dimensional positioning accuracy of BDS-2/BDS-3 multi-frequency UC-PPP in static mode and kinematic mode are 2.24 cm and 5.39 cm, while the corresponding convergence time are 49.62 min and 73.80 min, respectively. Compared with BDS-2, both the positioning accuracy and the convergence time of BDS-2/BDS-3 joint UC-PPP are improved by approximately over 50%, which indicates that BDS-3 has a great potential to provide high-quality PNT services as other global navigation satellite systems.     

基于低轨稀疏星座的蓝绿激光对潜定位研究

潜艇只在必要时刻才浮出水面，对实时通信和导航定位造成极大制约。蓝绿激光具有深水穿透性高、衰减系数低等优势，已在机载和星载平台对潜艇通信中得到验证。借鉴GNSS导航信号产生原理，结合蓝绿激光通信测距一体化与低轨卫星自身精密定轨，提出了基于蓝绿激光通信的低轨卫星对潜定位算法。通过在激光通信中增加载波相位调制，实现潜艇激光接收器的伪距测量，联合其高程测量信息实现水下定位。以一带一路海域，特别是中国南海区域为服务对象，优化星座参数设计了3颗卫星组成的低轨稀疏星座。潜艇在星座覆盖区域内保持静态，间隔1~3min完成至少两次通信测距和导航电文接收，联合两组观测数据、精密星历及高程测量信息进行定位解算。仿真结果显示，在卫星过境期间，考虑卫星定轨精度，激光在空气、水下传播误差等因素，潜艇可在水下实现X、Z方向定位误差优于100m，Y方向误差约100~150m的高精度定位，对提升潜艇的战场作战能力具有意义。     

The update of BDS-2 TGD and its impact on positioning

Timing group delay (TGD) is an important parameter that affects the positioning performance of global navigation satellite systems (GNSS). The BeiDou navigation satellite system (BDS) broadcasts TGD corrections from B3I frequency to B1I and B2I frequencies, namely TGD₁ and TGD₂. On July 21, 2017, BDS updated TGD values with a maximum change of more than 4 ns. In this contribution, we explain the motivation for the BDS TGD update, which is due to the systematic bias between narrowly correlated and widely correlated pseudo-ranges in BDS monitoring receivers. To investigate the impact of the updated TGD, BDS signal-in-space range error (SISRE) and user positioning performance regarding single point positioning (SPP) and precise point positioning (PPP) are analyzed. Results show that after the update of TGD, the difference between the new TGD and multi-GNSS experiment (MGEX) differential code bias (DCB) decreases from 1.38 ns to 0.29 ns on TGD₁ and from 0.40 ns to 0.25 ns on TGD₂. With the contribution of more accurate TGD, the systematic bias of BDS radial SISRE no longer exists, and the overall BDS SISRE also reduces from 1.33 m to 0.87 m on B1I/B2I frequency, from 1.05 m to 0.89 m on B1I frequency, from 0.92 m to 0.91 m on B2I frequency, respectively, which proves the similar precision of BDS TGD and MGEX DCB. One week of statistical results from 28 globally distributed MGEX stations shows that the SPP performance improves on non-B3I frequencies after the TGD update, with a maximum improvement of more than 22% for the B1I/B2I or B1I/B3I combination. The new TGD mainly reduces SPP positioning bias in the East component. The updated TGD also slightly improves the PPP convergence performance for the B1I/B3I combination, but mostly contributes to a more accurate estimation of the receiver clock and ambiguities.     

基于模拟器的辅助导航测试方法研究

随着卫星导航产业的迅猛发展，辅助导航技术得到越来越广泛的应用，利用该技术可提高导航终端对卫星导航信号的捕获概率，缩短首次定位时间，提高灵敏度，提升用户体验。基于导航信号模拟器，利用基准站接收机传送辅助数据（星历信息及时间信息）的方式，构建辅助导航测试系统，提出了一种新的辅助导航测试方法，对导航芯片利用辅助信息实现快速捕获和定位性能进行了充分验证，方法可行，具有一定的工程应用价值。     

基于模拟器的辅助导航测试方法研究

随着卫星导航产业的迅猛发展，辅助导航技术得到越来越广泛的应用，利用该技术可提高导航终端对卫星导航信号的捕获概率，缩短首次定位时间，提高灵敏度，提升用户体验。基于导航信号模拟器，利用基准站接收机传送辅助数据（星历信息及时间信息）的方式，构建辅助导航测试系统，提出了一种新的辅助导航测试方法，对导航芯片利用辅助信息实现快速捕获和定位性能进行了充分验证，方法可行，具有一定的工程应用价值。     

伪卫星辅助的北斗定位系统的GDOP研究

我国建成的北斗导航定位系统由于卫星数目有限，不能实现实时三维无源定位．若利用地面伪卫星辅助，则能够很好地弥补这一缺陷，在地面伪卫星的作用范围内实现高精度的无源定位．卫星定位系统的精度等性能，很大程度上取决于定位卫星的数目和几何布局，而GDOP正是衡量定位卫星几何布局优劣的一个量度．本文从GDOP的角度研究了不同伪卫星位置及布局对系统定位精度的影响，得到的结论为合理设置伪卫星以进一步提高系统性能提供了有力的参考依据．     

航天器应急姿态捕获中GPS信号的应用

星载全球定位系统（GPS）卫星接收机在测量接收各GPS卫星信号时,可同时得到接收信号的信号强度测量辅助数据E。理论分析表明,接收信号的强度E与信号入射天线的法向夹角α强相关。如建立E与α稳定的先验模型,E就可以作为测量值,计算入射天线的角度α。在同一时刻,通过三个以上GPS卫星信号入射天线的角度α,可计算星载GPS卫星接收机接收天线的空间姿态。确定姿态的精度取决于E与α相关先验模型的稳定性。利用CHAMP卫星星载接收机在轨实测数据检验,估算的初始姿态精度为2°~3°。该方法可作为航天器故障状态下应急姿态捕获的一种辅助手段,也可为携带星载GPS而无高精度定姿要求的简易航天器提供一种新的无附加成本的定姿途径。