利用GNSS实现高轨卫星自主导航的新方案

针对GNSS应用于GEO卫星导航存在的导航信号弱、可见卫星少、定位几何差等突出问题,探讨了一种在GPS导航星冲天面安装导航天线并辐射导航信号的新方案,设计了冲天面天线和GEO接收天线的波束宽度和增益以及讨论了冲天天线所需发射功率,分析了新方案中GEO卫星对GPS卫星可见性、GDOP和定位精度。分析表明,新方案仅需从现有导航星引出一部天线,即可实现以小于10W的功率代价使得GEO卫星80%以上的时间里可以利用GPS系统定位,且定位精度约77m。通过仿真验证了本方案的可行性。     

基于高级在轨系统的测控数传一体化方案

针对测控与数据传输信道一体化的需求,采用AOS(Advanced Orbiting System,高级在轨系统)空间链路层的等时业务,设计了一种测控数传信道一体化方案,可在上下行信道采用非相干信息帧同时传输测量信息及高速载荷数据.该方案设计了2种工作模式,模式一在上下行信道同时使用AOS传输帧,双向数据传输速率最高3 Mbit/s,测距精度优于2 m;模式二上行信道使用遥控扩频帧,可进行多站测距,抗多址干扰能力不低于15 dB,抗单频干扰能力不低于23 dB,下行信道使用AOS传输帧,最高数据传输速率3 Mbit/s,测距精度优于1 m.     

用于自由号空间站计划的数据标准

自由号空间站计划准备采用几项CCSDS的建议。CCSDS正在制订空/地通信格式和协议的标准,则CCSDS高级轨道运行系统(AOS)建议的开发,利用和采纳对于其被广泛接受极为重要。本文集中讨论高级轨道运行系统建议,只是附带说到其它CCSDS建议。自由号空间站由四个独立轨道单元组成,即载人空间基地,欧空局的有人照料自由飞行器,NASA的极轨平台和欧空局的极轨平台。载人基地本身包括四个分别由四个国家空间局提供的主要部件。两个由NASA提供的加压舱一个欧空局提供的加压舱,一个日本空间局提供的加压舱,一个由加拿大提供的类似航天飞机使用的操臂。涉及的国际接口如此多、显然形成了这样一种环境、数据系统标之不仅有好处,而且是必不可少的。本文讨论特别令人感兴趣的AOS建议在空间站计划中所起的四个方面作用: 第一,AOS是CCSDS的一种新建议,虽然空间站计划的数据系统方案已逐步成熟,并进入初步设计阶段,可它在该建议开发中已扮演了重要角色。这种并肩前进,给空间站计划和CCSDS带来了几项好处,包括公正而广泛的评论,各种试验设施,都是其它计划不可能提供的。本文介绍这些好处和两过程的相互作用。第二,空间站的四种飞行单元差异极大,所以每一单元的数据系统需求也互不相同。AOS建议定义了一套标准业务,航天器系统设计者可从中选用他们航天器所需要的业务。本文将介绍每一空间站轨道飞行体对CCSDS AOS建议的具体应用以及最终选定的业务。第三,仅其存在,AOS建议已经为数据系统若干问题的讨论提供了一种共用语言和框架。本文就空间站国际特性和作为NASA内部机构之间支持协议产生的一部分,介绍AOS建议的用途和重要性。第四,将介绍空间站计划技术要求框架中采纳CCSDS建议,特别是AOS的现状。     

CCSDS AOS数据保护途径的研究

本文旨在探讨一种适合于贯彻CCSDS AOS建议的我国TDRSS的数据保护途径，内容主要包括实施数据保护层次的选择、实现数据加密业务与加密认证业务的具体方法和进行密钥分配与管理的方法，并分析了数据保护对AOS的影响，提出了对我国TDSS数据安全问题的建议。     

用于靶机控制的RAJPO GPS设备

将在佛罗里达州的海湾靶场靶机控制系统(GRDCUS)设施验证靶场应用计划联合办公室(RAJPO)的GPS高动态测量设备(HDLS)和五通道定位组件(PLM-5)对靶机的控制。来自靶机上GPS接收机装置的下行导航数据将取代现行的多R(距离)系统的时空信息(TSPI),这是地基控制环的输入信息。随后从纵向、横向以及高度控制定律导出的控制指令将利用现行操作方案上行发送。数据链中的误码率(BER)和数据丢失以及GPS信号等都是控制系统总体设计中需要考虑的重要问题。本文讨论了IRU辅助/无辅助的HDIS(10g动态)和仅用L_1的PLM-5(4g动态)的性能对于靶机编队控制的意义。本文提出了一种利用靶机惯性测量装置(IMU)以10Hz速率传播1Hz PLM-5数据的方法,及其误差分析。分析并比较了自主和半自主靶机控制方案。最后介绍了一种最佳双环控制方案(靶机上有一个主环,地面有一个副环)的细节及优点。     

相对测量在编队卫星自主定轨中的应用

针对编队卫星自主定轨问题进行了研究,设计了一种完全不依赖于地面站和GPS系统的自主导航方案。利用星间测量信息进行卫星编队相对轨道状态的自主确定;并在利用磁强计进行卫星绝对轨道自主确定的基础上,引入星间测量信息提高绝对定轨精度;设计扩展卡尔曼滤波器进行卫星编队轨道状态估计,数学仿真结果验证了这种导航方案和算法的有效性。     

GPS自动归航系统在变化风场中的轨迹

研究全球卫星定位系统（GPS）自动归航系统在恒定风场中归航轨迹的计算，探讨了系统能够达到预定目标点的条件，给出系统在几种风场中的轨迹图。为了进一步验证归航轨迹能否回到预定点，给出了系统的变化风场中的仿真算法，并通过对仿真结果的分析，提出在系统着陆期间利用GPS定位和测速数据实行逆风控制的方案。     

IP over CCSDS/AOS空间通信QoS保证方法

首先分析空间通信体系发展趋势,提出基于IP over CCSDS/AOS的空间通信模型。在分析总结了地面网QoS(服务质量)机制和AOS(高级在轨系统)虚拟信道调度机制的基础上,提出一种IP(互联网协议)网络层区分服务与数据链路层AOS虚拟信道动态调度相结合的QoS保证方法。该方法将网络层的业务等级划分映射到AOS的虚拟信道分配算法中,并在此基础上实现AOS虚拟信道的动态调度,提高包括话音、视频在内的综合业务在空间链路传输的性能。     

卫星导航在大过载情况下的精度考核

目前GPS 系统广泛应用于定位、测速中,尽管其在低速、低过载的相关领域 中没有限制,但在一些特殊环境,例如火箭橇试验的大过载环境中,可能因国外技术限制 无法正常工作。而北斗导航系统作为我国自主开发的系统则不会受到此类制约。首先介绍 了卫星导航定位理论,从理论上分析了卫星导航系统工作不受到载体速度和加速度限制。 之后,通过两次试验,发现了GPS 系统受到限制的情况。最后,通过比较GPS 系统和北斗 导航系统的定位、测速精度,得到了可以使用北斗导航系统替代GPS 系统的结论。     

CCSDS高级在轨系统协议吞吐量性能分析

简要介绍了CCSDS高级在轨系统(AOS)协议的信源特点;分析了影响AOS协议包业务吞吐量性能的因素,给出了传输集中数据时的包业务吞吐量计算公式;讨论了吞吐量-包长、吞吐量-帧长关系曲线,并针对传输集中数据情况下以吞吐量为指标优化AOS协议配置给出了指导性建议,为CCSDS AOS协议的应用提供了参考。     

基于低频磁信标的全天时自主定位方法

由于以GPS、北斗为代表的GNSS信号容易受到天气和位置的影响,单纯使用GNSS在某些条件下会有较大的定位误差,甚至无法提供定位服务。针对这种情况研究了基于低频磁信标的自主定位方法,分析了电磁学中的毕奥-萨伐尔定律等原理,建立了基于低频磁信标定位的系统模型,给出了分离式双信标定位方法。通过实验分析了信标安装的误差特性,最后通过仿真和实际实验验证了该定位方法的有效性,对于室内机器人导航、地下生物探索、水下跟踪定位等单独采用GNSS定位影响较大的场景下的自主定位与导航具有重要的工程应用价值。     

Navigation system of pilotless aircraft via GPS

The pilotless aircraft has wide applications in measuring earth, surveying mineral sources, fireproofing in the forest, observing floods and so on. In this paper, after briefly introducing positioning and navigation technologies for pilotless aircraft-a new kind of navigation system for pilotless aircraft using GPS (Global Positioning System) is presented. An overall plan of the navigation system is discussed, and its technology cruxes are analysed. Its hardware and software are designed and implemented, and experimental results are given. The navigation system not only has autonomous navigation capability, but can also achieve navigation aided by telecontrol system. It can supervise flying by telemetering system and displaying predetermined air line and flight path maps on the computer monitor. It can run in simple GPS receiver mode or in the differential GPS mode by means of available telecontrol channel. These are, no doubt, of great value for the navigation of pilotless aircraft     

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.     

基于萤火虫算法的磁信标自主定位方法

传统定位和跟踪应用(如雷达和GPS等)受天气、地域的限制,无法适应室内、地下、水下等应用场合,对此研究了一种低频磁信标定位方法,可穿透土壤、岩石、海水、建筑物和许多其他类型的介质,不受恶劣的天气条件或昼夜变化的直接影响,在许多室内和室外环境中应用十分方便。针对传统磁信标定位存在的问题,分析了分离式磁信标定位的原理,给出了萤火虫算法在磁信标定位中的数学模型,提出了一种基于萤火虫算法的磁信标自主定位方法,该方法适应性更强,更易于工程实现,最后通过仿真和实验验证了该方法的可行性。     

基于神经网络的航天器GPS/INS组合定姿系统

基于GPS和惯性技术的组合导航系统是近年来导航系统的研究热点和主要发展方向.目前基于卡尔曼滤波方法的算法在稳定性、计算量、算法鲁棒性以及系统可观测性等方面仍然存在问题.基于神经网络技术研究了一种新的GPS/INS组合定姿自适应卡尔曼滤波方法,理论分析表明,该方法不但对姿态信息具有较好的估计性能,而且对系统模型的精确性、噪声特性具备良好的鲁棒性.最后,利用模拟数据对所研究算法进行了分析计算,与传统的卡尔曼滤波方法进行了比较、分析,结果表明所设计组合算法在精度、稳定性以及鲁棒性等方面较传统卡尔曼方法具有良好的特性.     

卫星导航接收机自主完好性监测算法研究

针对航空导航定位高可靠性的要求和GPS接收机观测噪声分布的特点,研究将粒子滤波算法应用于接收机自主完好性监测（RUM）中.通过粒子滤波算法对状态进行精确估计,利用对数似然比建立一致性检验统计量进行故障检测与隔离.对算法进行了数学建模,描述了完整的RAIM算法详细流程.通过实测数据对提出的RAIM算法进行验证,结果表明：粒子滤波算法在非高斯测量噪声情况下可以对GPS接收机状态进行精确的估计,利用对数似然比建立的一致性检验统计量能有效地检测并隔离故障卫星,验证了该算法应用于GPS接收机自主完好性监测的可行性和有效性.     

Galileo系统完好性处理的方法研究

对于卫星导航系统而言,系统所能提供的完好性指标和导航定位精度是同样重要的。欧洲的Galileo系统将在2008年建成,届时它将与美国的GPS系统相互补充。本文在对GMileo系统导航定位指标分析的基础上,结合系统完好性监测的设计特点,推导了系统地面完好性信道(GIC)监测算法和用户自主完好性(RAIM)监测算法,建立了数据完好性播发体制。     

面向空间导航系统设计的GPS量测仿真增强研究(英文)

在星载导航系统的初步方案规划和算法设计阶段,出于对潜在的折中考虑,高保真的GPS软件仿真器是一种必要且可行的实验室测试手段。本文研究开发了面向空间导航系统设计的GPS量测软件仿真器,它主要针对L1C/A码和载波信号,也就是说该仿真器使用MATLAB编程语言产生C/A码伪距量测和载波量测。论文推导了基于地心惯性坐标系(ECI)的数学模型,用来仿真GPS星座并产生GPS量测数据;在星历数据选择、空间电离层模型和伪距率计算等方面,深入研究并应用一系列增效措施以合理化实现该仿真器。建立的增强型GPS量测仿真器推进了我们现有的星载GPS/INS组合导航系统设计工作,将进一步提升在星载导航系统设计领域的研究。     

一种自主飞行的小型无人机系统设计

介绍了小型无人机系统的总体结构,分析了无人机的结构设计和算法,阐述了弹射起飞系统和伞降着陆系统的设计原理,采用嵌入式系统和GPS设计无人机的飞行姿态控制、导航控制、任务控制系统和数据链,实现了空中机器人的自主飞行。     

Constructive neural-networks-based MEMS/GPS integration scheme

This article exploits the idea of developing an alternative data fusion scheme that integrates the outputs of low-cost micro-electro-mechanical systems (MEMS) inertial measurements units (IMUs) and receivers of the global positioning system (GPS). The proposed scheme is implemented using a constructive neural network (cascade-correlation network (CCNs)) to overcome the limitations of conventional techniques that are predominantly based on the Kalman filter (KF). The CNN applied in this research has the advantage of having a flexible topology if compared with the recently utilized multi-layer feed-forward neural networks (MFNNs) for inertial navigation system (INS)/GPS integration. The preliminary results presented in this article illustrate the effectiveness of proposed CCNs over both MFNN-based and Kalman filtering techniques for INS/GPS integration.