“北斗”导航应用产业近年发展现状

“北斗”卫星导航系统（以下简称“北斗”系统）是我国自主研制的卫星导航系统,它具有高精度导航定位、短报文通信、精密授时等特点。自开通以来,“北斗”系统已经在我国交通运输、海洋渔业、水文监测、气象测报、森林防火、通信、电力调度及救灾减灾等领域得到广泛应用。近几年,随着国家政策的激励、示范项目的开展和联盟与产业园的涌现,促进了“北斗”产业的快速发展。     

北斗卫星导航系统发展之路

世界卫星导航发展中的北斗 卫星导航系统能够提供全天时、全天候、高精度的定位、导航和授时服务,是重要的空间信息基础设施。世界各主要航天国家都十分重视卫星导航系统的建设、应用和发展。     

国家综合PNT体系中的罗兰C导航系统

根据国际、国内构建国家综合定位、导航和授时（PNT）体系和国外增强罗兰（Enhanced Loran-C navigation system，eLORAN）技术及其应用进展情况，分析讨论罗兰C导航系统（远程、低频、脉冲相位距离双曲线导航系统）的eLORAN现代化进程，探讨采用分布式局域eLORAN监测差分站技术，获取并发送实时发播时间改正、系统信号完整性以及地波二次相位因子（ASF）改正等相关信息到用户终端，提升罗兰C导航系统的PNT精度及其服务品质。此外，特别提出研制用户终端的小型化、模块化、智能化、芯片化工作，对拓展国产罗兰C系统应用和建设国家综合PNT体系的重要性。     

“北斗”卫星导航系统正式提供试运行服务

2011年12月27日,国务院新闻办公室举行了“北斗”卫星导航系统首次新闻发布会。“北斗”卫星导航系统新闻发言人、中国卫星导航系统管理办公室主任冉承其宣布“北斗”卫星导航系统于当天正式提供试运行服务。并公布了“北斗”卫星导航系统空间信号接口控制文件（测试版）。     

北斗-3卫星的创新和技术特点

正"北斗"卫星导航系统是国家重要的空间基础设施,是我国重大科技创新工程、军民融合工程和应用服务工程,可为各类用户提供高精度、全天候的定位、导航与授时服务。2012年12月27日,我国政府宣布北斗-2卫星导航系统正式对我国及亚太地区提供区域服务。近5年来,系统运行稳定,应用领域越来越广。2017年11月5日,由中国空间技术研究院研制的北斗-3首批组网中圆地球轨道(MEO)卫星以"一箭双星"方式在西昌卫星发射中心发射升空,卫星成功入轨,标志着我国"北斗"卫星导航系统建设工程开始由北斗-2     

全球导航卫星系统发展的反思与启示

定位导航授时(PNT)系统是一个国家重要的基础设施,我国正在建设的北斗卫星导航系统是我国PNT体系结构的核心,能为海陆空天的军民商和科研用户提供精确的位置、速度和授时服务,带来巨大的军事、经济和社会效益。北斗导航系统正按"先区域、后全球"的总体发展思路分步实施,目标是在2020年前建成技术先进、开放兼容、独立运行、稳定可靠,并拥有自主知识产权的全球导航卫星系统,成为能与美、俄、欧导航系统相互兼容和互操作的全球导航卫星系统(GNSS)四大供应商之一。从建设、运营到用户认可,路漫漫其修远兮,北斗系统将如何四方求索?     

全球导航卫星系统发展的反思与启示

定位导航授时(PNT)系统是一个国家重要的基础设施,我国正在建设的北斗卫星导航系统是我国PNT体系结构的核心,能为海陆空天的军民商和科研用户提供精确的位置、速度和授时服务,带来巨大的军事、经济和社会效益.北斗导航系统正按“先区域、后全球”的总体发展思路分步实施,目标是在2020年前建成技术先进、开放兼容、独立运行、稳定可靠,并拥有自主知识产权的全球导航卫星系统,成为能与美、俄、欧导航系统相互兼容和互操作的全球导航卫星系统(GNSS)四大供应商之一.从建设、运营到用户认可,路漫漫其修远兮,北斗系统将如何四方求索?     

北斗卫星导航系统篇

正1概述北斗卫星导航系统(简称北斗系统)是中国着眼于国家安全和经济社会发展需要,自主发展、独立运行的卫星导航系统,是为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务的国家重要空间基础设施。系统的建立将促进卫星导航产业链形成,在测绘、电信、减灾救灾等诸多领域产生显著的经济效益和社会效益,推动卫星导航在国民经济社会各行业的广泛应用。中国空间技术研究院(简称研究院)作为中国     

走近"北斗"导航卫星——访"北斗"导航卫星总指挥、总设计师

“北斗”导航卫星星座现已进入了卫星发射布网的高峰期。按计划,到2020年,“北斗”将与美国“全球定位系统”（GPS）一样,成为一个向全球提供服务的卫星导航系统。数十年来,我国一直致力于研制自主的卫星导航系统。     

北斗导航显神威 航天封片记历史

2010年1月17日零点12分,在西昌卫星发射中心,我国用长征三号丙运载火箭将第三颗北斗导航卫星送入预定轨道,2010年宇航发射取得了开门红.按照总体规划,2012年前后,预计将有10颗以上的组网卫星完成为亚太地区提供导航、授时和短报文通信服务;到2020年左右将建成覆盖全球的北斗卫星导航系统.     

基于WAAS监测数据的精度和完好性参数解算

美国联邦航空管理局（FAA）建设的广域增强系统（WAAS）通过对全球定位系统（GPS）所需导航性能（RNP）的全面增强,目前已能在WAAS服务区的绝大部分空域支持从航路到具有垂直引导满足航向信标性能（LPV）-200进近的RNP.本文给出了WAAS报文的解码过程,结合WAAS广播报文阐述了精度和完好性参数的解算处理过程.选取美国阿拉斯加州和美国本土34个WAAS监测站的实测数据,按该处理流程解算出精度和完好性参数.结果表明,所选监测站位置的精度和完好性解算结果与美国国家卫星测试台（NSTB）公布的统计数据基本吻合,验证了报文解码以及参数提取算法和流程的正确性.WAAS精度和完好性参数解算处理流程可为中国北斗星基增强系统（BDSBAS）建设提供借鉴和参考.      

风云三号C星GNOS北斗掩星电离层探测初步结果

利用风云三号卫星C星GNOS掩星探测仪电离层数据,分析了2013年10月FY-3C GNOS探测的北斗掩星电离层廓线分布,将2013年10月1日至2015年10月10日期间FY-3C GNOS观测的F₂层峰值电子密度（N_mF₂）与地面电离层测高仪观测结果进行对比,验证了FY-3C GNOS北斗电离层掩星的探测精度.结果表明,FY3-C GNOS北斗电离层掩星与电离层测高仪探测的N_mF₂数据相关系数为0.96,平均偏差为10.21%,标准差为19.61%.在不同情况下其数据精度有如下特征:白天精度高于夜晚;夏季精度高于分季,分季精度高于冬季;中纬地区精度高于低纬地区,低纬地区精度高于高纬地区; BDS倾斜同步轨道（IGSO）卫星精度高于同步轨道（GEO）卫星和中轨道（MEO）卫星.FY-3C GNOS北斗电离层掩星与国际上其他掩星电离层数据精度的一致性对GNSS掩星探测资料的综合利用具有重大意义.      

联合北斗导航与星间链路的大椭圆卫星定轨方法

传统的地面测控和GNSS均无法实现HEO卫星全弧段的跟踪观测.在分析北斗导航信号及其星间链路信号对典型HEO的观测几何及覆盖特性的基础上,利用北斗导航及其星间链路对HEO测控支持形成互补的特点,提出了一种卫星导航与星间链路相结合的自主导航方法.对HEO定轨进行分段划分并基于EKF设计了卫星导航与星间链路数据融合定轨的自主导航算法.分析结果表明,本文提出的方法能够从全弧段上改善HEO的观测几何,定轨精度比仅使用卫星导航提高了2个数量级,并且仅需较少的星间链路资源.      

北斗卫星导航系统实时定轨与钟差处理策略

目前鲜有对北斗卫星导航系统（BeiDouNavigationSatelliteSystem,BDS）实时精密定轨与钟差确定的研究,文章提出了BDS实时轨道与实时钟差处理策略,包括了观测与动力学模型、实时轨道与实时钟差处理流程与评估方法。尤其对于实时钟差,为了提高计算效率,联合使用两个独立并行的线程估计非差绝对钟差和历元间相对钟差。利用多模全球卫星导航系统试验(MGEX)与全球连续检测评估系统（iGMAS）实测数据进行了北斗实时轨道与钟差解算,BDS实时轨道径向平均精度对于GEO卫星优于20cm,对于IGSO与MEO一般优于10cm;钟差精度对于GEO卫星为0.5~4.5ns,对于IGSO／MEO为0.2~2.0ns。基于目前的轨道与钟差结果,实时精密单点定位（PrecisePointPositioning,PPP）结果可以达到分米量级。     

北斗全球卫星导航系统境外星数据快速回传的路由优化方法

针对北斗全球卫星导航系统存在的全球布站不足问题,提出一种利用星间链路将境外星数据快速回传至境内的路由优化方法。首先描述地面站受限情况下的数据快速回传问题,明确传输路由的优化目标、生成规则、约束条件。然后提出基于遗传算法的时延最小数据传输路由优化策略。最后,对算法进行了验证。结果表明,在2个境内站条件下,北斗系统全星座最多2跳（6s内）完成数据传输,可满足境外数据快速回传的要求。     

Time synchronization of new-generation BDS satellites using inter-satellite link measurements

Autonomous satellite navigation is based on the ability of a Global Navigation Satellite System (GNSS), such as Beidou, to estimate orbits and clock parameters onboard satellites using Inter-Satellite Link (ISL) measurements instead of tracking data from a ground monitoring network. This paper focuses on the time synchronization of new-generation Beidou Navigation Satellite System (BDS) satellites equipped with an ISL payload. Two modes of Ka-band ISL measurements, Time Division Multiple Access (TDMA) mode and the continuous link mode, were used onboard these BDS satellites. Using a mathematical formulation for each measurement mode along with a derivation of the satellite clock offsets, geometric ranges from the dual one-way measurements were introduced. Then, pseudoranges and clock offsets were evaluated for the new-generation BDS satellites. The evaluation shows that the ranging accuracies of TDMA ISL and the continuous link are approximately 4?cm and 1?cm (root mean square, RMS), respectively. Both lead to ISL clock offset residuals of less than 0.3?ns (RMS). For further validation, time synchronization between these satellites to a ground control station keeping the systematic time in BDT was conducted using L-band Two-way Satellite Time Frequency Transfer (TWSTFT). System errors in the ISL measurements were calibrated by comparing the derived clock offsets with the TWSTFT. The standard deviations of the estimated ISL system errors are less than 0.3?ns, and the calibrated ISL clock parameters are consistent with that of the L-band TWSTFT. For the regional BDS network, the addition of ISL measurements for medium orbit (MEO) BDS satellites increased the clock tracking coverage by more than 40% for each orbital revolution. As a result, the clock predicting error for the satellite M1S was improved from 3.59 to 0.86?ns (RMS), and the predicting error of the satellite M2S was improved from 1.94 to 0.57?ns (RMS), which is a significant improvement by a factor of 3–4.     

基于BDS/GPS和经验模型的区域电离层建模

基于北斗卫星导航系统（BDS）和全球定位系统（GPS）实测电离层穿刺点（IPP）数据，结合国际参考电离层（IRI）经验模型历史数据，提出一种对区域二维电离层总电子含量（TEC）进行高精度建模的方法.针对缺乏穿刺点的区域内短时间电离层建模时精度较低且各时段穿刺点空间分布不同的问题，该方法使用IRI模型在建模区域内均匀添加虚拟穿刺点数据，并根据与实测穿刺点的距离，使用构造的权重计算公式赋予其动态权重值，通过加权最小二乘法进行球谐模型参数解算.与欧洲定轨中心（CODE）发布的全球电离层图（GIM）进行数据比对发现，相对于只使用BDS/GPS实测穿刺点数据的建模方法，利用本文建模方法计算获得的垂直总电子含量（VTEC）值对缺乏实测穿刺点的区域精度有明显的提升.      

LEO enhanced Global Navigation Satellite System (LeGNSS) for real-time precise positioning services

Global Navigation Satellite System (GNSS) has been widely used in many geosciences areas with its Positioning, Navigation and Timing (PNT) service. However, GNSS still has its own bottleneck, such as the long initialization period of Precise Point Positioning (PPP) without dense reference network. Recently, the concept of PNTRC (Positioning, Navigation, Timing, Remote sensing and Communication) has been put forward, where Low Earth Orbit (LEO) satellite constellations are recruited to fulfill diverse missions. In navigation aspect, a number of selected LEO satellites can be equipped with a transmitter to transmit similar navigation signals to ground users, so that they can serve as GNSS satellites but with much faster geometric change to enhance GNSS capability, which is named as LEO constellation enhanced GNSS (LeGNSS). As a result, the initialization time of PPP is expected to be shortened to the level of a few minutes or even seconds depending on the number of the LEO satellites involved. In this article, we simulate all the relevant data from June 8th to 14th, 2014 and investigate the feasibility of LeGNSS with the concentration on the key issues in the whole data processing for providing real-time PPP service based on a system configuration with fourteen satellites of BeiDou Navigation Satellite System (BDS), twenty-four satellites of the Global Positioning System (GPS), and sixty-six satellites of the Iridium satellite constellations. At the server-end, Precise Orbit Determination (POD) and Precise Clock Estimation (PCE) with various operational modes are investigated using simulated observations. It is found out that GNSS POD with partial LEO satellites is the most practical mode of LeGNSS operation. At the user-end, the Geometry Dilution Of Precision (GDOP) and Signal-In-Space Ranging Error (SISRE) are calculated and assessed for different positioning schemes in order to demonstrate the performance of LeGNSS. Centimeter level SISRE can be achieved for LeGNSS.     

无人机组合导航直接法与间接法滤波方式比较

全球导航卫星系统/惯性导航系统（GNSS/INS）组合导航可以提供连续、高精度的位置、速度、姿态信息，被广泛应用于无人机的状态估计。其中滤波算法的构建是其组合关键。不同组合导航的模式会对导航定位结果产生相应的影响。针对直接法和间接法这2种常见的组合模式，分别构建了基于扩展卡尔曼滤波（EKF）的全球定位系统/惯性导航系统（GPS/INS）松组合模式，并将其运用于不同飞行场景下无人机（UAV）的实时动态状态估计。仿真场景以及实际数据验证结果表明，间接法在精度和稳定性方面优于直接法，直接法在滤波计算速率方面优于间接法。因此，当系统具有较高的计算性能，且面向高精度的应用情况下可选择间接法作为无人机导航的技术方案；对于快速求解但精度要求不高的应用情况下，选择直接法作为无人机导航的技术方案可以在一定程度上降低系统的成本。