一种导航卫星的系统效能建模与分析方法

针对导航卫星的轨道机动调控、星地联动运行、可靠性要求高等特点以及整体性能评估问题,提出一种综合考虑各类中断、随机型与耗损型故障、性能等多种因素的系统效能建模与分析方法。该方法采用马尔科夫链构建导航卫星可用性模型;考虑威布尔分布和正态分布构建导航卫星可靠性模型;采用应力—强度算法将性能进行归一化处理;综合可用性、可靠性和性能归一化值开展系统效能建模与分析,使导航卫星系统效能研究由单因素(性能)拓展为多因素(可用性、可靠性和性能)。中轨道(MEO)导航卫星仿真算例表明,该建模与分析方法可为导航卫星设计优化决策提供量化依据,并可拓展应用于通信、气象、遥感等系列卫星,为其研制建设提供重要专业技术支持。     

卫星导航系统星座可用性分析

星座可用性指标是在用户层面上反映星座工作状态的重要指标.随着卫星在轨运行时间的增加,卫星的可靠性会不断降低,星座可用性也会随之下降.在考虑卫星故障概率的条件下,本文提出综合运用贝叶斯网和马尔科夫链进行星座可用性分析的方法,剖析了导航星座中卫星故障与导航应用服务中断之间的相互关系,简化了星座可用性的建模过程.结合中断分析数据,量化评估了星座可用性,并利用灵敏度分析找出星座薄弱环节.该方法可为导航星座设计方案优化权衡提供量化依据.     

卫星导航系统服务可用性分析仿真系统的设计与实现

服务可用性分析是导航工程总体仿真验证与测试评估系统的核心模块之一,用于分析卫星导航系统提供的导航服务满足用户需求的时间百分比,能够直观地反映卫星导航系统服务能力。文章介绍了卫星导航系统服务可用性的相关概念,探讨了计算服务可用性的确定性算法和随机性算法,在此基础上提出了面向卫星导航系统的服务可用性仿真模型框架,并设计和实现了一个支持服务可用性分析的仿真系统。针对中国区域格网进行了服务可用性的仿真试验分析,验证了仿真模型框架和仿真系统的有效性。     

观测值质量定权的北斗多模导航RNP性能评估方法

依据伪距测量误差与载噪比随机模型描述的卫星导航观测值质量,确定加权最小二乘法权矩阵。基于加权思想对北斗多模导航系统的精度、可用性及RAIM预测等RNP基础性能进行评估,准确反映北斗多模导航系统民航应用所需导航性能。仿真实验表明,观测值质量定权的方法可以改善卫星导航系统的加权解算模型,提高BD2/GPS双模导航系统的导航精度。在"北斗二代"导航系统公开服务区域测试及"北京-上海"航路测试中,BD2/GPS双系统加权RNP性能评估结果满足国际民航组织对卫星导航系统民航应用的要求,且优于单一系统。     

导航卫星有效载荷自适应滤波研究

文章通过导航卫星有效载荷(以下简称有效载荷)抗干扰性能分析,基于卫星导航用户机抗干扰成熟技术,提出了时域、空域和空时域自适应滤波应用方案,对于电磁干扰环境下,提高卫星导航系统的可用性和可靠性具有一定参考价值。     

基于Petri网的Walker导航星座备份策略研究

提出了一种基于Petri网的Walker导航星座备份策略,考虑了导航星座运行中的主要不确定性因素,得到的备份策略能够使星座实际运行可用性与星座期望可用性非常逼近。对Walker 24/3/1:21528km,55°星座无备份星、仅考虑地面备份,以及考虑在轨和地面均备份三种情况的星座可用性进行了分析,结果表明:采用在轨备份3颗卫星、地面备份3颗卫星的策略能够保证导航星座的平稳运行,可为Walker导航星座备份策略的选取提供借鉴。     

基于伪距、伪距率的GPS/SINS容错组合导航系统

为了提高组合导航系统的容错性和可靠性 ,本文采用基于伪距、伪距率的GPS/SINS组合导航系统 ,详细推导了该组合导航系统的模型 ,并通过仿真验证了当有效定位卫星数目小于四颗时 ,该组合方法仍可以利用GPS信息修正SINS的导航误差 ,满足一定的导航精度需求。并通过可观性分析 ,说明了不同有效卫星数目对导航精度的影响     

GPS/BDS下ARAIM的可用性验证和卫星的故障检测

基于实测数据,在GPS/BDS下对高级接收机自主完好性监视(ARAIM)的可用性和卫星的故障检测进行了仿真分析。结果表明:GPS/BDS下亚太范围内仅有极小部分区域的垂直保护级(VPL)略大于垂直告警门限(VAL),绝大部分区域的VPL完全满足LPV-200的完好性性能要求,ARAIM的可用性覆盖率达到90%以上;随着卫星出现故障,用户的定位误差明显变大,利用ARAIM算法对卫星的故障进行检测与排除后,用户的定位误差回归正常。验证了ARAIM的可用性,说明了ARAIM算法故障检测的性能良好。     

GPS／GLONASS共用PDOP研究

对全球卫星定位系统的DOP(Dilution of Precision)因子进行了分析。对GPS／GLONASS共用系统的可用性和PDOP因子进行了理论分析和软件仿真，对星座的定位特性进行了评估。分析结果表明，GPS／GLONASS共用系统相对于单一的GPS系统在可用性和PDOP因子方面都有很大的改善，从而可以进一步改善定位精度，这就为GPS／GLONASS组合导航的进一步研究和应用奠定了基础。     

对GPS接收机的干扰信号分析

GPS作为一种卫星导航系统 ,其导航的精度、完善性、可用性和连续性受到人们的普遍关注。实践表明 ,GPS接收机是脆弱的 ,容易受到各种外来信号的干扰。对此进行了分析 ,重点讨论了移动卫星服务对它的干扰。     

星座自主导航系统设计与实现

基于星间测量的星座自主导航系统的设计与实现，方案中针对计算量过大问题，引入分组并行机制。在充分分析卫星轨道动力学的基础上，利用卫星网的网形约束进行整网平差，首次提出动力学和几何法相结合的自主导航算法。通过实际GPS数据进行仿真与检验，仿真结果表明：该方法精度高，满足卫星星座自主生存的要求，设计方案可行。     

导航卫星光压建模及表面光学特性参数影响分析

为分析某导航卫星（为表述方便,下文称为B导航卫星或B卫星）的表面光学特性参数变化产生的影响,本文首先参考GPS光压建模方法,结合B卫星的结构、控制及轨道特点,构建了一种适合B卫星的分析型光压模型。在该光压模型的约束下,分析表面光学特性参数变化产生的影响。最后利用建立的光压模型进行轨道预报,与精密星历等实际数据比较,验证了模型并分析了表面光学特性参数对轨道预报的影响。     

Galileo系统在空间飞行器定位中的应用

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。在对Galileo系统导航星座轨道和信号结构分析的基础上，结合各种不同轨道高度的空间飞行器用户的动态特点，推导了用户卫星接收天线的可见可用性模型，建立了基于Galileo坐标系统(ITRF-96)的高动态定位算法模型，针对实际航天工程任务的LEO和GEO卫星进行了定位仿真，为Galileo系统在空间领域的实际应用打下了基础。     

国外卫星导航增强系统最新进展研究

卫星导航系统增强系统是由于美国GPS系统实施选择可用性（SA）政策而发展起来的。虽然2000年美国取消了SA政策．导航定位精度有了一定程度的提高．但随着全球卫星导航系统应用的不断推广和深入．现有系统如GPS和GLONASS等卫星导航系统在定位精度、可用性、完好性等方面还是无法满足一些高端用户的要求．     

GAGAN系统在北京地区定位性能测试与评估

印度GPS辅助型静地轨道增强导航系统(GAGAN)是印度政府支持建设的GPS星基增强系统,主要服务于航空飞行应用,可以为印度及周边地区用户提供导航定位增强服务。介绍GAGAN系统的工作原理及服务范围,并在中国北京地区进行了实测分析,对GAGAN系统可用性、连续性和定位精度进行了评估,比较分析了GSAT-8和GSAT-10两颗卫星的服务性能。实测分析表明,在北京地区,全天24小时可以接收GAGAN系统的增强信号,水平方向定位精度优于5.9m(95%),且GSAT-8和GSAT-10卫星的增强服务性能基本一致。     

美国的导航星系统简介

美国的导航星全球定位系统（GPS）属新一代导航定位系统，由美国国防部负责出资筹建并全权控制。 GPS由卫星系统、控制站和接收机三部分组成。卫星系统由24颗均匀分布在6个轨道面上的卫星组成，其中21颗工作星，3颗备份星。GPS系统可确保用户在任何地点、任何时刻收到4颗GPS卫星发出的信号，从而实现准确定位、定速和定时。 GPS的控制站分主控制站和监视网两部分。主控站位于科罗拉多的斯勒埃佛空军基地，监视网则由分布在全球的跟踪站构成。控制站主要用于修正卫星的轨道位置、星历等。主控站在接收到卫星发出的星历等数据后进行适当…     

小卫星从母星释放过程的GPS卫星可见性分析

针对小卫星的一种安装、在轨二次发射方式,通过分析小卫星从母星释放过程中的GPS星座可用性,研究了小卫星的弹出旋转式在轨二次发射的可行性问题。首先,分析了小卫星对单颗GPS卫星可见的数学条件,然后导出了小卫星在二次发射从母星释放过程的三个不同阶段中对单颗GPS卫星可见的数学描述,最后研究了整个过程的GPS星座可用性,提出了一种保证释放过程中GPS星座可用的弹出时刻选取方法,并完成了数值计算验证。本文提出的选取方法,能够保证释放过程中GPS星座可用,避免释放过程中小卫星与母星发生意外碰撞的可能,从而证明了这种弹出旋转式在轨二次发射方式具有可行性。这一结论对我国小卫星在轨二次发射应用有参考价值。     

一种提高导航卫星星座自主定轨精度的方法研究

针对近地导航卫星仅利用星间测距进行自主定轨时,因无法消除星座整体旋转误差而导致长期自主定轨精度不高的问题,提出了利用拉格朗日导航卫星星座与近地导航卫星星座联合仅利用星间测距进行自主定轨的方法。建立了拉格朗日轨道导航卫星星座和近地导航卫星星座联合仅利用星间测距进行自主定轨的动力学模型和观测模型。利用扩展Kalman滤波（EKF）算法和星间测距信息实现了拉格朗日轨道导航星座与近地导航星座的长期自主定轨。以4颗拉格朗日卫星组成的导航星座与12颗GPS卫星组成的近地导航星座作为仿真对象进行了仿真分析,仿真结果表明本文仅利用星间测距的联合自主定轨方法可以有效提高导航卫星星座的长期自主定轨精度。
     

GPS卫星光压摄动建模发展与启示

对中高轨道的导航卫星而言,光压摄动模型误差是目前导航卫星动力学模型最大的误差源,因此,需要对光压摄动进行分析并精确建模。文章按照光压涉动建模原理的不同,研究分析了GPS卫星光压模型随工程需求的发展过程、建模方法的改进以及最新的建模方法,比较了不同建模方法下光压摄动模型的工程应用特点,提出了建立适用于北斗导航卫星姿态控制规律的高精度光压摄动模型有待研究的问题,以上内容可为北斗卫星精密定轨与轨道预报工作提供借鉴。     

高精度轨道摄动模型在GPS导航信号模拟器中的应用

通过建立高精度的航天器轨道摄动模型,可以显著地提高GPS导航信号模拟器的仿真精度。文章通过借鉴现有的高精度轨道摄动模型的研究成果,将其产生的轨道数据引入到GPS导航信号模拟器的数学仿真流程之中,并对最终的仿真性能进行比对分析。结果表明:在采用所介绍的应用方法后,能够有效地提高GPS导航信号模拟器的工作性能。此研究结果也可为后续GPS导航信号模拟器产品的研制和开发提供参考。