导航星全球定位系统的商业应用

一、导航星全球定位系统的概况导航星全球定位系统整个计划在1988年完成时,将有18颗卫星在圆轨道上组网运行,轨道周期12小时,高度约20000公里,到时整个星座可在全球范围内提供高精度、连续、三维的导航定位信息。目前该系统进入局部运行阶段,已有7颗卫星发射入轨,每天可在全球范围内提供三维导航定位信息,但不是连续的,而是每天只能提供1至4小时的信号。GPS 用户接收机是全部电子化的自动接收设备,但用户使用这些设备并不要求有     

虚拟卫星

今天，人们可能都知道，太空中有一种名叫GPS的导航卫星星座，不仅飞机、舰船、战车，甚至城市出租车，个人旅行家也都装有或携带GPS接收机，利用GPS卫星来导航定位。GPS是英文“全球定位系统”的缩写，它由24颗卫星组成，分布在6条升交点互隔60度的轨道上，每条轨道上均匀分布4颗卫星，可以使便于任何地方的观测者，在任何时间都能同时观测到4颗GPS卫星，通过接收它们的信号，确定自己的位置。严格说来，GPS系统不能称“星座”。     

基于混沌粒子群优化的北斗/GPS组合导航选星算法

全球卫星导航系统（GNSS）接收机在接收信号的过程中会受到诸如建筑物遮挡、信号干扰等因素的影响,无法得到全部可见星。为减轻多星座组合接收机的处理负担,研究利用部分可见卫星进行定位的快速选星算法,提出了一种基于混沌粒子群优化（CPSO）的北斗/GPS组合导航选星算法。首先,对当前历元时刻可见卫星进行连续编码,按照选星数目分组,每个分组视为一个粒子。然后,通过混沌映射初始化粒子种群,选取几何精度因子（GDOP）作为评价粒子优劣的适应度函数;粒子通过粒子群优化算法的速度-位移模型更新自身位置,逐渐趋近空间卫星几何分布较好的卫星组合全局最优解。最后,采集北斗/GPS实际数据对选星算法进行仿真验证和性能比较,结果表明,所提算法在选星颗数多于5颗时,单次选星耗时为遍历法选星的37.5%,选星结果的几何精度因子计算误差在0~0.6之间。该算法可适用于北斗/GPS组合导航定位不同选星颗数的情况。      

日研制全球导航星用的汽车导航系统

日本无线电公司和三菱电气公司按照美国导航星的要求,联合研制出了汽车用的导航系统。该系统将在1989年投放市场。据经销的三菱电气公司称,估价为几万日元。此系统的用户,在世界任何地方,能获得100米精度的精确位置。通过数字地图灵巧天线的接收机接收卫星发出的信号,在一台控制装置内加工处理,便在八种颜色显示器上呈现出汽车位置地图。     

基于星间测量的卫星星座 自主导航算法

自主导航能力是新一代导航星座的重要特性,利用卫星星间相对测量实现星座自主导航,是实现导航星座自主运行的基础.基于相对测量的导航卫星自主导航问题,将导致测量方程和状态方程的高度非线性,对导航算法提出了新的要求.在总结前人工作的基础上,提出了一种星载导航算法方案:利用三颗卫星之间的相对矢量在惯性空间的投影作为测量量,利用高精度星载轨道预报器作为系统的状态方程,使用SRUKF(Square Root Unscented Kalman Filter)滤波算法同时对三颗卫星的位置进行估计.仿真结果表明,该方案具有可行性,并且当轨道预报器的精度较高时有可能在100d内实现5m的导航精度.      

指路明灯--导航卫星

火车汽笛的音调,在驶近的时候会升高,而远离的时候会降低。像这种声源在相对运动中频率变化的现象称为多普勒效应。无线电波同样也有多普勒效应。美国霍普金斯大学利用多普勒效应对苏联第一颗人造卫星进行了跟踪试验,结果发现,当卫星在近地点时信号频率就增加,远地点时信号频率就降低。因为卫星轨道是已知的,所以接收卫星信号的接收机不论处于何方,它的位置都能被测定。这样,卫星就起着全天候北极星     

高动态GPS卫星信号模拟器导航电文生成

为了测试全球定位系统GPS(Global Positioning System)接收机的性能,应用GPS信号模拟器来模拟各种条件下真实的GPS信号.GPS卫星信号发生器由硬件、计算机和软件组成.软件主要由卫星导航参数计算模块、目标运动轨迹计算模块、误差计算模块等模块组成.导航电文产生功能模块是高动态GPS卫星信号模拟器要解决的一项关键技术.给出了3个卫星星钟改正参数的物理意义和星历产生模型,根据这些参数并结合相应的时间参数来形成卫星导航电文.通过程序仿真并与导航电文进行验证,证明推导出的星历产生模型基本符合GPS星的星座排列规律.     

美国导航星特性

导航星是美国导航星全球定位系统的空间部分。导航星计划分三个阶段发展:第一阶段为初期方案论证阶段,拟把6颗卫星置于两个轨道平面内(1978年成功发射4颗,1980年成功发射2颗,失败1颗),在美空军尤马试验场和其他试验场进行周期性三维定位试验。第二阶段仍将使用第一阶段的卫星星座,以支援导航星全球定位系统的全面研制试验。第一和第二阶段的方案论证型卫星又称布洛克-Ⅰ(Block-Ⅰ)和改进型布洛克-Ⅰ。第三阶段将把18颗布洛克-Ⅱ(Block-Ⅱ)实用型卫星部署在6个轨道平面内。导航星全球定位系统目前正处在全尺寸工程研制阶段,计划八十年代末为世界各地用户提供连续的三维导航信号。该系统的定位精     

中国卫星通信现状和展望(下)

4　卫星直接广播情况4.1　世界广播卫星声音直播系统□□世界广播 (简称世广 )卫星声音直播系统是由世广国际有限公司创建 ,是当前世界上惟一的 L波段数字音频和多媒体卫星直播系统。该卫星系统由 3颗静止轨道卫星组成 ,分别称为“亚洲星”、“非洲星”和“美洲星”。这 3颗卫星分别覆盖亚洲、非洲、拉丁美洲以及欧洲的部分地区。每颗卫星有 3个发射波束 ,每个波束含左、右旋两个载波 ,每个载波可以支持 5 0个以上的音频和多媒体服务频道。世广卫星接收机是便携式 L波段数字接收机 ,可固定接收 ,亦可移动接收 ,共有 4种类型。它可直接接收…     

基于GPS遥感的延迟映射接收机关键技术

全球卫星定位系统GPS(Global Positioning System)广泛应用于定位和导航,还可利用海面对GPS信号产生的散射效应进行微波遥感,是一种新型微波遥感手段.首先介绍了GPS海洋遥感测风技术产生背景及特点,给出了GPS散射信号测量技术理论基础,重点分析了延迟映射接收机设计中提高采样信号信噪比、双射频前端电路设计、计算反射点延迟、接收机工作模式、内嵌软件处理等5项关键技术.设计的延迟映射接收机样机在天津近海完成了首次搭载飞行试验,试验结果表明,延迟映射接收机可同时接收直射和海面散射卫星信号并输出导航定位解,正确计算镜面散射点码延迟,准确接收海面散射的GPS卫星信号,且散射信号信噪比达到了14.9 dB以上,接收机输出为反演海面风场提供了准确的基础数据,这种方式可推广到遥感探测陆地土壤湿度、海冰厚度、海浪高度等领域.      

同步式GPS欺骗干扰信号生成技术研究与设计

出于对"低、慢、小"无人机进行导航定位诱骗的实际需求,在实验室原有的异步生成式GPS欺骗干扰源的基础上,研制了一种小型化的同步生成式GPS欺骗干扰源。首先,在异步生成式GPS欺骗干扰源射频信号模型的基础上,考虑到干扰源信号处理延时、欺骗信号的传播延时、无人机上目标接收机所接收真实卫星信号状态以及无人机运动模型,建立了对同步欺骗信号仿真时间和状态参数进行精确计算的数学模型。其次,通过本地授时型接收机提供驯服后的基准时钟和秒脉冲（1PPS）信号,实现欺骗干扰信号与真实卫星信号系统时的同步,并通过高阶直接数字频率合成（DDS）技术精确控制信号参数、保证欺骗信号到达目标接收机接收天线相位中心时与真实信号的相位状态在成功诱骗所允许的误差范围之内。最后,通过商用接收机和无人机进行了实验验证,在无人机上目标接收机正常跟踪真实卫星信号的前提下,开启同步生成式GPS欺骗干扰源发射欺骗信号,能够使目标接收机逐渐偏离正常定位测速结果而产生受控的定位测速结果。结果验证了同步信号模型和所设计同步信号生成电路的正确性,且表明同步生成式GPS欺骗干扰源能够实现对商用接收机和无人机导航定位的诱骗。      

基于高轨航天器的GNSS接收机技术

全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)应用于高轨航天器时,因轨道高于导航卫星,可见星数量急剧减少,空间信号功率微弱,信号的快速捕获和跟踪十分困难。文章对高轨地球同步轨道(Geosynchronous Earth Orbit,GEO)接收技术进行了研究。以中国实践十七号卫星为研究对象,采用官方正式发布的发射天线方向图对GEO下GNSS信号特征及可用性开展研究分析,并针对高轨道航天器GNSS信号微弱的特点,采用长时间积分处理的梳状滤波方法、差分相干累加比特同步算法和基于动力学模型补偿的扩展卡尔曼滤波自主定轨算法设计GNSS接收机,并在半物理仿真平台进行了测试验证。试验结果表明:GNSS接收机捕获灵敏度优于-173dBW,跟踪灵敏度优于-175dBW,定轨位置精度优于50m,速度精度优于0.01m/s。     

用导航星全球定位系统(GPS)第二阶段用户设备进行时间发布

导航星全球定位系统是用卫星建立的一种导航系统。它采用频谱扩展技术使用户能得到高精度的全球定位、速度和时间信息。这是用测量一组四颗卫星信号到达时间差的办法得到的。GPS 与其协调世界时(UTC)有确定关系,因此用户能够把 UTC 估算到亚微秒准确度。系统的关键性能是,GPS 用户设备(UE)对于 UE 参考钟和 GPS 时之间时差的估算能力。这种估算可通过精密控制硬件误差和计算误差来完成。因此,要求用户设备(UE)采用一种低相位噪声和可预报漂移特性的高质量石英晶振。在活动设施上实现精密守时是 GPS 用户设备装置的基本工作原理。该装置及其接收机利用导航星 GPS 空间部分供给的信息,向用户提供导航情报、GPS 时和对应的 UTC 数据。讨论了机械编排 GPS 用户设备装置守时功能程序的复杂性。讨论内容包括硬件和软件补偿技术。本文强调了该装置的晶体振荡器频标的应用和效果。     

美国1985年军用卫星利用情况

1985年美国向空间发射了13颗军用卫星,其中五颗由航天飞机发射,8颗用一次使用的运载火箭分五次发射:“宇宙神”2次、“侦察兵”2次、“大力神3B”一次。在13颗卫星中,6颗通信卫星,8颗导航星、2颗作为1986年反卫星武器的靶星、1颗电子侦察卫星、1颗地球物理和大地测量卫星。6颗通信卫星中有四种类型:2颗“辛康Ⅳ”(即租赁卫星)、2颗“国防通信卫星-3”、1颗卫星数据系统(SDS)     

空间扫描

俄罗斯成功发射 3颗导航卫星　为了提高部队的太空导航能力 ,2 0 0 1年 12月 1日 ,在哈萨克斯坦的拜科努尔航天发射场 ,俄罗斯利用质子 - K运载火箭成功地把 3颗新型军用导航卫星送入轨道 ,以弥补卫星导航系统的不足。这 3颗卫星以及以前发射的 6颗卫星均属于俄罗斯全球导航卫星网系统。据称 ,军用导航卫星系统至少需要 16颗才能有效工作。预计 2 0 0 5年后 ,导航卫星可达 2 4颗 ,届时该系统的卫星将能覆盖整个地球。“哈勃”又有新发现　美国航宇局 2 0 0 1年 11月 2 7日宣布 ,美国天文学家利用“哈勃”空间望远镜首次直接观测到太阳系以…     

控制人员停止有故障的导航星的工作

据华盛顿消息:地面控制人员在1991年3月6日关闭了一颗有故障的美国导航星卫星,这颗卫星在海湾战争中曾向美国部队提供情报,然而现在它却正迅速地失去供电能力。美国空军军官上星期说:这颗工作了10年的导航星全球定位系统卫星的失效,对中东及北美西部的导航覆盖能力略有损失。这颗卫星已大大超出了预计的4年工作寿命。1991年12月11日,这颗卫星稳定系统的一个反作用轮发生了故障。地面控制人员过去已经停     

取代陀螺仪的廉价星跟踪器

美国的Sira公司和法国巴黎的Sodern公司正在研制可用于商业卫星的星跟踪器，据这两家公司称，它们要比机械陀螺仪便宜得多。两家公司所生产的星跟踪器曾应用于欧洲政府的研究卫星和地球观测卫星，虽然这些卫星并不是单依靠星跟踪器进行姿态控制的，但它们的使用结果却令人鼓舞。Sira公司的星跟踪器已在德国的“航天飞机货架卫星（SPAS）上得到成功应用。SPAS由美国航天飞机施放并回收，已飞行了3次，第4次飞行定在今年年底进行。Sira公司负责星跟踪器计划的经理Hother说，这种星跟踪器同接收美国GPS数据的导航与定位接收机配合使用，…     

多星分布式无源相干定位方法

针对方向性辐射源信号主瓣波束窄测向定位精度不足的问题,提出多星分布式无源相干定位方法。首先,根据参考星接收到的主瓣强信号对辐射源位置进行粗定位,并根据粗定位信息对频移进行补偿;随后,将参考星信号分发至临近卫星,在粗定位范围内对相干星接收到的旁瓣弱信号进行互相关搜索,解算时差信息;然后,采用多星时差定位体制估计辐射源精确位置;最后对提出算法进行了Cramer-Rao下界分析,并通过仿真实验对算法进行验证。仿真结果表明,算法在弱信号信噪比(SNR在-40～0 dB)的情况下,定位误差能够快速逼近Cramer-Rao下界,并且能够有效提高辐射源的定位精度。     

基于高轨航天器的GNSS接收机技术

全球导航卫星系统（GlobalNavigationSatelliteSystem,GNSS）应用于高轨航天器时,因轨道高于导航卫星,可见星数量急剧减少,空间信号功率微弱,信号的快速捕获和跟踪十分困难。文章对高轨地球同步轨道（GeosynchronousEarthOrbit,GEO）接收技术进行了研究。以中国实践十七号卫星为研究对象,采用官方正式发布的发射天线方向图对GEO下GNSS信号特征及可用性开展研究分析,并针对高轨道航天器GNSS信号微弱的特点,采用长时间积分处理的梳状滤波方法、差分相干累加比特同步算法和基于动力学模型补偿的扩展卡尔曼滤波自主定轨算法设计GNSS接收机,并在半物理仿真平台进行了测试验证。试验结果表明：GNSS接收机捕获灵敏度优于-173dBW,跟踪灵敏度优于-175dBW,定轨位置精度优于50m,速度精度优于0.01m/s。     

太空新航线

日本开发出高精度定位系统 日本三菱电机公司最近开发出一种新型高精度定位系统。现在人们一般使用全球定位系统(GPS)实现定位和导航。用户通过接收多颗卫星发出的信号实现三维定位,再从车辆附近的基准点取得误差校正值,提高定位精度。GPS系统通常只使用一个基准点,车辆的移动拉长了其与基准点的