GNSS双频导航信号用户完好性监测机制研究

用户完好性监测指标通常被用于衡量导航信息的可信度,针对单个卫星导航系统用户完好性监测指标过高、可用性较差的问题,提出一种全球导航卫星系统(GNSS)多系统双频信号联合完好性监测机制,该监测机制使用一定完好性风险分配值下的保护门限作为联合观测下的监测指标;另外,为了确保各种监测假设下的用户完好性,分别讨论了无故障及一颗卫星故障假设下的伪距观测误差获取、保护门限计算以及完好性风险指标分配等问题。仿真结果表明该用户监测机制可有效降低保护门限、提高可用性,在用于I类精密进近时全球大部分区域用户的可用性水平大于95%。     

双频双星座地基增强系统精度和完好性算法

针对单频单星座地基增强系统（GBAS）无法满足飞机III类精密进近与着陆导航性能需求的问题，提出了将北斗导航卫星系统（BDS）与全球定位系统（GPS）进行融合，构建一种新型的基于GPS/BDS的双频双星座GBAS。首先，分析了GBAS的工作原理，并对Hatch滤波器的误差进行了分析，给出了一种适用于双频GBAS的无码载偏离载波相位平滑伪距算法；然后，对机载完好性算法进行了研究，给出了H0和H1假设下的机载保护级计算方法；最后，进行了系统验证实验，实验结果表明，单星座GBAS不能满足飞机III类精密进近与着陆导航的性能需求，GPS和BDS融合后可见卫星个数得到提升，优化了卫星几何分布，进而使得系统的可用性由80.6081%提升到大于99.9999%。     

GPS、MLS进近着陆性能比较

本文从着陆的定位精度，完善性，灵活性，可利用性比较了卫星导航全球定位系统（GPS）和微波着陆系统（MLS）在着陆性能上的差异，指出使用C／A码GPS目前还不满足精密进近着陆的要求，也不能完全取代MLS。GPS用于航路导航的技术日臻成熟，提高GPS用户设备精度，引导飞机精度密进近着陆，已成为GPS应用的热点和高技术。发展自己的卫星导航系统，GPS最终才有可能取代现有的陆基导航设备，完成通信，导航和监视系统（CNS）从陆基向星基的转移。     

基于概率极限状态的RAIM风险评估

为了提供准确可靠的完好性服务,提出了基于概率极限状态的RAIM完好性风险评估。考虑所需导航性能参数和噪声的因素,建立了安全系数与可靠系数相结合的完好性风险评估指标体系,确立风险评价准则。非精密进近的算例分析表明,系统评估方法是可行的且有效的。     

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。     

PBN技术在机场飞行程序中的应用与区别

<正>一、PBN的概念基于性能的导航(performance based navigation,PBN)是国际民航组织在结合各国区域导航(RNAV)和所需性能导航(RNP)的运行实践和技术标准的基础上,提出的一种新型的运行概念。它将航空器机载设备能力和卫星导航及其他技术相结合,涵盖了航路、终端区进离场、进近、离场等飞行的各个阶段,提供更加精确、安全的飞行方法和更加高效的空中交通管理模式。PBN是指在相应的导航基础设施条件下,航空器在指定的空域、航路航线、仪表飞行程序飞行时,对其系统精确性、完好性、可用性、连续性以及功能等方面的性能要求。精确性:是指在空域、航路或程序范     

无人机GNSS/IMU组合导航系统完好性监测方法

针对民用无人机组合导航系统中,全球导航卫星系统（GNSS）和惯性测量单元（IMU）均存在故障风险的情况,提出一种兼顾GNSS和IMU故障风险的组合导航系统完好性监测方法。该方法根据故障检测结果建立完好性风险模型,设计完好性风险需求分配方案并建立各故障模式的保护级反演模型,利用滤波新息表达过去历元故障偏差对定位误差的影响,解决故障起始历元和故障偏差取值未知的前提下保护级反演难题。典型无人机低空飞行作业场景下的仿真结果表明：该方法设计的保护级反演模型计算所得保护级可跟踪定位误差的变化趋势,对定位误差形成包络,从而保障组合导航系统的完好性。     

导航星座自主导航技术--自主星历更新

自主星历更新是导航星座自主导航的关键技术之一,包括卫星轨道精密确定和轨道短时预报两个方面的内容。本文在系统地论述导航星座自主导航的信息处理流程的基础上,重点提出星座卫星轨道精密确定的自适应Kalman滤波算法。系统仿真结果表明：通过星间双向测量数据的滤波处理,能够获得高精度的卫星星历和较小的用户测距误差（URE）,满足高精度导航定位需求,初步证明导航星座自主导航信息处理流程及其星历更新算法的合理性和可行性。     

钟滑动辅助GNSS定位算法研究

针对GNSS卫星星座几何形状不好或者观测卫星数量不足,无法为导航解算和自主完好性监测提供足够观测量的问题,提出采用GNSS接收机时钟观测值进行辅助定位,提高定位精度,实现自主完好性监测。通过对接收机时钟建模,引入本地钟的钟差方程、辅助接收机观测方程,从而建立了一套完整的钟滑动辅助定位算法。通过对采集的真实数据作计算机仿真,证明了该算法的可行性和有效性。结果表明,在卫星星座几何形状较差或者某颗卫星出现故障时,利用钟差辅助算法能够有效地排除故障星,得到较好的定位结果。     

全球导航完好性通道（GNIC）方案讨论

国际民航组织(ICAO)将采纳 GPS GLONASS INMARSAT 联合组成的 GNSS 系统供全球导航使用。对系统的增强和完好性监控是至关重要的问题。本文介绍近年来提出的各种地面完好性监控通道(GIC)的方案,包括地面监测台网、地面数据传输的通信链路和卫星转发。重点阐述 INMARSAT 提出的静止卫星加发导航信号的重叠(IGO)概念和全球性完好性监测台网(IMN)。然后进行比较和讨论,并提出需进一步跟踪研究。     

陆基区域导航系统完好性和连续性分析

基于性能的导航(PBN)运行对航空器机载导航系统的性能提出了一系列的要求,例如精度、完好性、连续性和可用性等要求.从PBN技术的包容完好性和连续性要求出发,提出了基于陆基导航的区域导航系统的符合性分析方法与步骤,并结合故障图表,分别对单系统和双系统配置下系统的完好性和连续性进行了详细的计算,设计了能够满足所需导航性能RNP 1.0要求的区域导航系统配置结构.     

晶振误差特性及其对弹载卫星导航接收机的影响分析

在卫星导航定位中,需要通过测量时间来计算伪距和伪距率,因此晶振的应用尤为重要。特别是当弹载卫星接收机工作在振动、高动态等恶劣的工作环境中时,晶振性能会明显恶化。提出了晶振长期稳定性、短期稳定性、相位噪声等误差特性的描述,以及这些误差特性对接收机捕获、跟踪、定位测速影响的仿真分析,并根据仿真结果提出了相应的晶振选型分析和应用方法,以使卫星导航接收机能够满足其工作要求。     

面向失锁在线补偿的高超声速飞行器组合导航方法研究

根据高超声速飞行器导航的主要需求，针对高动态飞行条件下可能出现的卫星导航信号跟踪丢失等问题，本文设计了基于卫星观测值在线补偿的组合导航方法，该方法可在GPS导航接收机失锁的情况下，基于预存卫星星历外推模型和卫星信号误差模型，在线重构虚拟卫星导航观测值并补偿由信号失锁导致的组合滤波器发散情况，从而确保飞行器组合导航的精度。结合助推—滑翔高超声速飞行器航迹对该方案进行了仿真验证，结果表明，该方案能够在助推—滑翔高超声速飞行器强动态条件下确保卫星导航数据输出的连续性，在一定程度上克服了卫星导航信号丢失带来的不利影响，确保高超声速飞行器GPS/捷联惯导组合导航的基本导航定位性能。     

基于北斗的ARAIM算法在LPV-200 下的可用性研究

随着全球卫星导航系统的发展和完善, 用户在飞机进近着陆阶段使用 GNSS 保障安全的要求已成为可能,而应用于航路阶段的常规接收机自主完好性监测已 不能满足如此高的完好性要求,因此,导致了高级接收机自主完好性监测(ARAIM)的出 现。在北斗区域导航系统下, 针对进近阶段最重要的垂直导航和ARAIM 算法理论分 析,通过优化配置危险误导性信息概率(PHMI),为较难检测的故障模式分配较大的值, 最小化垂直保护水平, 在保证完好性指标不变的条件下提高ARAIM 算法可用性。仿真 结果表明,在LPV-200 性能要求下,ARAIM 优化算法的可用性明显提高,所提方法是有 效的。     

卫星导航增强技术

精度、连续性、可用性、完好性,是评价全球卫星导航系统(GNSS)及用户接收机设备性能的四项基本指标。其中,精度是指GNSS的定位和授时精确度,完好性是指GNSS定位和授时输出结果的可信度。没有完好性保证的GNSS定位和授时技术无法成为众多应用领域的主导航手段,尤其是那些与经济、财产、生命相关的应用领域(如航空导航、航海导航、武器制导、交通执法、不停车收费、气象探空、电力授时等),对GNSS的精度和完好性提出了较高要求,这些要求超出了GNSS基本系统的服务能力,因此需要在GNSS基本系统的基础上,建设专门的增强系统,以提高用户设备的精度和完好性,从而满足特定用户的使用需求。欧美等国针对GPS在航空、航海领域的应用,建设了多套GPS增强系统,中国针对BDS基本系统,建设了北斗地基增强系统。在分析GNSS精度和完好性指标的基础上,介绍GNSS增强系统和技术。     

未来的GPS-Galileo组合导航卫星系统

随着卫星导航定位技术的发展,用户对卫星导航系统提供的服务性能提出了更高的要求,希望能得到高精度、高可靠性、高动态实时的导航定位服务。而目前存在的卫星导航系统已逐渐不能满足这些需求,如果GPS-Galileo组合系统能够很好兼容,则是一个很好的解决途径。     

基于卫星实测数据的X射线脉冲星导航体制验证

介绍了X射线脉冲星序贯观测导航体制和脉冲星导航基本原理。提出了基于卫星实测数据的脉冲星导航基本观测量处理方法。针对中国首颗大型天文卫星“慧眼”（Insight-HXMT）的能粒子探测器载荷观测的原始观测数据，给出了导航观测量处理精度结果。同时将卫星精密定轨星历作为标称轨道，与X射线脉冲星导航定位结果进行对比，得出了Insight-HXMT卫星数据的X射线脉冲星导航精度约为10 km的结论。最后，针对实测数据导航结果讨论了本次试验的不足并给出了未来脉冲星导航试验的建议。     

北斗三频海基JPALS无故障导航算法

基于卫星导航系统的海基精密进近与着陆系统(JPALS)是未来舰载机自主着舰引导技术的发展方向。针对当前海基JPALS导航算法的研究都是基于双频观测量,存在无几何滤波时间长、要求的伪距观测量精度较苛刻的问题,提出一种在北斗(BDS)海基JPALS中使用三频观测量的无故障导航算法。通过对在中国东海钓鱼岛海域7天时间使用该导航算法用于精密进近引导的性能进行仿真分析,结果表明:该北斗海基JPALS无故障导航算法使用B1/B2宽巷和B1/B3中巷组合的无几何模糊度预滤波架构只需要8min无几何滤波时间就能实现海基JPALS要求的性能,而且其对伪距观测量的精度要求甚至可以放宽到50cm,使北斗海基JPALS的可用性性能大大提高。此外,载波相位观测量精度不能超过0.7cm时,该北斗三频海基JPALS算法能在3nmile外就实现模糊度固定,使高精度载波相位提早用于海基JPALS精密进近引导。     

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。     

GBAS对流层异常完好性监测参数研究

地基增强系统(GBAS)服务于与生命安全相关应用时,有必要开展对流层异常监测以保证导航精度和完好性。观测域最大可容忍对流层延迟和对流层异常概率是设计GBAS对流层异常完好性监测体系的关键参数。本文以满足适航需求为基础,实现定位域所需导航性能与观测域所需监测性能之间的转换,基于最差保护原则实现了观测域最大可容忍对流层延迟的量化。欧洲中尺度天气预报中心(ECMWF)2010—2019年的气象数据被用于对流层反演分析,验证了对流层波导异常和非标称对流层延迟2类故障发生概率。使用北斗真实数据和气象数据开展仿真验证,结果表明：为保障GBAS支持的精密进近和着陆服务完好性和可用性,观测域最大可容忍对流层延迟取值范围为0.57～0.92 m(对应下滑角θ=2.5°～3.5°);沿海地区,对流层波导异常概率处于10%～50%之间,但其对GBAS完好性影响较低;非标称对流层延迟概率保守设置为5.3×10^-3,以保证GBAS完好性。上述仿真结果为对流层异常完好性监测器设计和GBAS完好性监测体系完善提供了重要参考。