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。     

一种单低轨星北斗备份与辅助方法及在轨验证

在低轨卫星上搭载导航载荷,为北斗系统提供有效的备份及辅助性能提升手段,是近年来卫星导航领域专家学者探讨的热点问题.针对全球卫星导航系统信号在恶劣电磁环境下的受扰问题,提出了一种利用单颗低轨卫星实现北斗备份和辅助的方法.北斗备份是指通过单颗低轨星独立为地面用户提供导航服务.北斗辅助是指利用单颗低轨星信号及信息,为地面用户...     

GNSS广域差分改正数估计方法研究

随着我国北斗三号基本系统的正式运行,基于地面监测站的广域差分增强系统成为进一步提升卫星导航定位精度的手段之一。在码噪声多径误差修正(CNMC)的基础上,使用等效钟差方法实现GNSS卫星轨道与钟差误差的解耦,并依据卫星轨道运动的动力学特性,引入希尔差分方程描述卫星轨道误差变化,实现对轨道误差的实时卡尔曼滤波估计。基于GPS实测数据,对改正前后的用户等效测距误差(UERE)和定位精度进行了对比研究。实验结果表明,采用该方法,UERE标准差由改正前的0.456 m减小至0.227 m,降幅达到50.22%;整体水平定位误差(95%置信区间)由0.981 m减小至0.782 m,垂直定位误差(95%置信区间)由1.991 m减小至1.131 m,分别提升了20.29%和43.19%,差分改正效果明显。     

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。     

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。     

Impact of one satellite outage on ARAIM depleted constellation configurations

Advanced Receiver Autonomous Integrity Monitoring(ARAIM) is a new technology that will provide worldwide coverage of vertical guidance in aviation navigation. The ARAIM performance and improvement under depleted constellations is a practical problem that needs to be faced and researched further. It is a shortcut that improves the availability in position domain whose key idea is to replace the conventional least squares process with a non-least-squares estimator to lower the integrity risk in exchange for a slight increase in nominal position error. The contributions given in this paper include two parts: First, the impacts of one satellite outage on different constellations are analyzed and compared. The conclusion is that GPS is more sensitive and vulnerable to one satellite outage. Second, a constellation weighted ARAIM(CW-ARAIM)position estimator is proposed. The position solution is replaced by a constellation weighted average solution to eliminate the constellation difference. The new solution will move close to the constellation solutions with respect to the accuracy requirement. The simulation results under baseline GPS and Galileo dual-constellation show that the one GPS satellite outage will knock the availability from 91% to only 50%. The performance remains stable with one Galileo satellite outage. With the assistance of the CW-ARAIM method, the availability can increase from 50% to more than80% under depleted GPS configurations. Even without any satellite outage, the proposed method can effectively improve the availability from 91.29% to 98.75%. The test results under optimistic constellations further verify that a balanced constellation is more important than more satellites on orbit and the superiority of CW-ARAIM method is still effective.     

基于气压高度辅助的机载自主完好性监测算法

卫星接收机自主完好性监测是指根据用户接收机的多余观测值监测用户定位结果的完好性,其目的是在导航过程中检测出发生故障的卫星,并保障导航定位精度。针对卫星接收机自主完好性监测算法可用性不足的问题,结合机载实际导航系统配置,提出了一种基于气压高度表辅助的机载自主完好性监测算法。综合利用卫星导航系统及气压高度表观测信息,建立联合系统的观测模型,推导了基于多解分离的完好性监测及保护级别计算方法。仿真结果表明,相比于传统的接收机自主完好性监测算法,该算法在可见星为5颗时仍能识别故障卫星。该算法具有更好的故障检测能力及可用性,能有效提高卫星导航系统的完好性监测性能,从而保证卫星导航系统的精度和可靠性。     

全球精密单点定位性能评估

随着中国北斗三号卫星导航系统（BDS-3）全面建成与开通，北斗卫星导航系统已步入了新发展阶段，基于BDS-3实现全方位、多层次、高精度应用已成为地学研究中一项基本任务。利用全球最新均匀分布的10个MGEX跟踪站，分别从24 h内接收到的卫星数、卫星位置精度因子（PDOP）、卫星数据解算完整率和双频非组合精密单点定位（PPP）静态/动态定位精度等方面系统深入地评估了BDS-3在全球范围内的可用性。结果表明，测站对卫星跟踪能力与配备的接收机类型和区域位置有强相关性，单BDS-3卫星在全球范围内具有较强的连续定位能力，当使用SEPT POLARX5和JAVAD TRE_3接收机的情况下，数据解算完整率可达100%。此外，水平方向和高程方向定位精度分别优于2 cm和3 cm，并且在联合使用BDS-2和BDS-3定位的条件下，可使得静态定位精度在东、北和高程方向进一步提升37.6%,25.3%和38.9%。     

基于北斗接收机的车载卫星导航系统的设计

基于北斗卫星导航系统、北斗地基增强系统、移动通信网络,设计开发了 一款小体积、高精度车载导航系统。主要在接收基站差分信息以及实现高精度定位方面 进行探索。通过单点定位和差分定位的野外跑车对比试验得出,该系统性能稳定、可靠 性高,其差分定位精度能够满足车辆导航的要求。     

基于RTS滤波的GPS+BDS 非差非组合PPP/INS紧组合模型

GPS高精度定位技术在动态复杂环境中,其定位精度、可靠性和连续性因卫星信号频繁失锁而变差。为此,提出了采用基于RTS滤波(Rauch-Tung-Striebel Filter)的GPS+BDS非差非组合PPP(Precise Point Positioning)与INS(Inertial Navigation System)紧组合模型的策略来克服GPS在动态定位中的弱点。其中,采用GPS+BDS双系统观测数据,可提高PPP解算中的可用卫星数,改善星站间定位几何强度和提高PPP收敛速度;采用PPP/INS紧组合,利用INS的自主定位特性和短期高精度特性,可有效改善复杂环境下的定位精度和连续性;采用RTS滤波,可进一步提高PPP/INS紧组合性能。首先推导了GPS+BDS非差非组合函数模型、PPP/INS紧组合函数模型和RTS滤波函数模型,然后利用一组车载动态数据,对动态GPS PPP、GPS+BDS PPP、GPS/INS紧组合、GPS+BDS PPP/INS紧组合和基于RTS的GPS+BDS PPP/IMU紧组合的定位、测速和定姿性能进行分析。实验结果表明,该方案可有效提高定位(58%～72%)、测速(74%～82%)和定姿(4%～23%)精度,特别是对卫星失锁期间的定位性能改善尤为明显。     

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%。     

Blind GPS receiver with a modified despreader for interference suppression

The global positioning system (GPS) was designed to provide location estimates for various civilian and military applications using at least four satellites. Since GPS signals have a low signal-to-noise ratio (SNR), they also have a low signal-to-jammer ratio so that the accuracy of location estimates is influenced by cochannel interference and intentional jammers. We propose a low-complexity blind adaptive receiver that is based on a novel modified despreader and the constant modulus (CM) array. This system is capable of ing directional interference and capturing the GPS signal of interest without requiring explicit angle-of-arrival (AOA) information. We also consider the multiple satellite problem and extend the proposed receiver to capture several GPS signals of interest. Representative computer simulation examples are presented to illustrate the performance of the multicomponent system for the suppression of different jammer types.     

Preliminary Evaluation of GPS Performance for Low-Cost General Aviation

Preliminary results of a simulation effort to evaluate the requirements and feasibility of the global positioning system (GPS) as a civil air navigation system are presented. Evaluation is made of GPS requirements, from operational considerations, such as application to nonprecision approaches. The conceptual low-cost GPS receiver simulated here does not correct for the ionospheric or trophospheric delay, is sequential in nature, tracks only four satellites, and is not mechanized to make independent range rate measurements based on the Doppler shift of the GPS carrier frequency. The proposed GPS system has significantly different performance characteristics from the presently used VHF omnidirectional range (VOR) solidus distance-measuring equipment (DME) system. The GPS is a low signal level system and many have a relatively slow data rate due to the low-cost sequential receiver design. The results indicate that although the conceptual low-cost GPS receiver/ navigator is potentially more accurate than a VOR, the accuracy may degrade during aircraft turns and satellite shielding periods.     

基于卫星导航的铁路列车控制系统自主定位技术研究进展

基于卫星导航的车载自主化列车控制是智能铁路技术体系的关键组成部分。对中国列车控制系统体系架构进行了梳理,分析了列控专用列车自主定位基本结构及与列控系统的接口模式。结合列车运行控制对安全性的特定需求,探讨了列车自主定位性能需求体系,介绍了国内外基于卫星导航的新型列车控制系统的发展情况,阐述了列车自主定位技术内涵及主要研究进展,从多源感知融合无缝定位、列车卫星定位主动增强、定位专用轨道地图数据库、自主定位性能测试评估等多个方面进行了全面系统的梳理和分析,介绍了伪卫星增强列车定位、轨旁卫星定位增强网络、地理分布式零现场虚拟测试设施等典型成果,并对前沿技术运用演进、关键场景融合优化、复杂环境安全防护、跨层协同全息感知、专用标准规范体系等未来发展方向进行了展望。     

GNSS卫星钟差估计与结果分析

探讨了GNSS卫星钟差估计的基本原理、处理方法及数据处理中的一些关键技术,利用全球56个IGS跟踪站的观测数据进行钟差估计,比较分析了钟差产品的精度与定位性能。以GPS系统解算结果为例,其钟差产品与IGS最终精密卫星钟差符合较好,精度优于0.04ns(约0.012m),多系统钟差解算结果互差优于亚纳秒级。基于钟差产品进行精密单点定位解算试验,试验结果表明,在定位收敛之后,静态PPP在东、北、天3个方向上精度为0.0582m、0.0466m、0.1188m;动态PPP在东、北、天3个方向上精度为0.0671m、0.0640m、0.3200m。定位结果与IGS最终精密钟差解算结果符合较好,表明两者之间差异较小,进一步验证了解算得到的卫星钟差产品的定位性能。     

原子钟性能对卫星导航系统定位精度的影响分析

星载原子钟是卫星导航系统的关键设备,原子钟主要通过影响卫星钟差对定位精度产生影响,分析了GNSS星载原子钟性能对定位精度的影响.通过原理分析,建立了原子钟稳定度与卫星导航系统定位精度的关系.在不考虑控制段对星钟校准误差的前提下,将原子钟噪声与星上工作环境因素作为主要因素,分析了GPS-IIF铷钟和铯钟对钟差/定位误差的影响,并给出了分析结果.最后,利用iGMAS提供的钟差产品数据,对比了北斗和GPS部分原子钟的稳定度及其对定位精度的影响,为后续星载原子钟的发展与选择提供了一定参考.     

基于因子图的卫星拒止环境下的多信息融合技术

目前,几乎所有军用和民用系统都依靠基于卫星的组合导航系统来获取导航定位信息。但卫星信号在都市、室内、地下等环境中容易受到干扰,使得导航结果精度降低。为了解决在卫星拒止环境下的导航定位问题,选用基于因子图的信息融合算法,来实现不同采集频率的导航数据信息的融合。实地跑车试验表明,该方法能在卫星信号失效情况下,实现多传感器信息快速有效融合,确保系统导航精度,提升卫星拒止环境下载体导航定位能力。     

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。     

Automobile Navigation: Where is it Going?

Automobile navigation systems based on dead reckoning, map matching, satellite positioning and other navigation technologies are under active development. ``Map intelligent' systems achieve high relative accuracy by matching dead-reckoned paths with road geometry encoded in a digital map data base that may also serve other functions such as vehicle routing and geocoding. Satellite-based navigation systems achieve high absolute accuracy but require dead reckoning augmentation because of signal aberrations in the automotive environment. Future systems will probably include multiple navigation technologies. Issues influencing the design of future systems include safety concerns regarding the driver interface, and the future availability of comprehensive map data bases, real-time traffic data, and mobile data communication links necessary for on-board generation of optimum routes.     

多模GNSS IFCB产品特点分析及精密单点定位性能评估

随着多模全球卫星导航系统（GNSS）高精度应用需求的日益增长,频间钟偏差（IFCB）问题近年来得到广泛研究。基于2023年年积日（DOY）（130～136）澳大利亚地区18个多模实验跟踪网（MGEX）观测数据的无几何无电离层（GFIF）组合,分别估计了北斗卫星导航系统（BDS）、伽利略卫星导航系统（Galileo）和全球定位系统（GPS）卫星的 IFCB 产品。对比分析了BDS-2,BDS-3,Galileo和GPS卫星的IFCB的特点。评估了相位相关的IFCB（PIFCB）误差对GPS BLOCK IIF卫星超宽巷（EWL）未校准相位硬件延迟（UPD）和非组合（UC）三频精密单点定位（PPP）性能的影响。实验结果表明,PIFCB误差对Galileo卫星的影响最小,对GPS BLOCK IIF卫星的影响最大;对BDS-3卫星的影响低于BDS-2卫星;不同信号频率对IFCB产品的估计结果会产生一定的影响。实验结果进一步表明,IFCB产品可以显著提高GPS BLOCK IIF卫星EWL UPD的稳定性和UC三频PPP的定位性能。EWL UPD的平均标准差（STD）从0.064周减小到0.021周,提高了67.2%。UC三频PPP在东（E）、北（N）、天顶（U）三方向分别从4.63 cm,3.04 cm和8.76 cm减小到3.08 cm,2.00 cm和5.85 cm,平均定位精度分别提高了31.5%,34.2%和33.2%。收敛时间小于20 min的比例从66.3%提高到71.8%,提高了5.5%。平均收敛时间从21.13 min缩短到17.24 min,减少了18.4%。