北斗卫星导航系统的发展与思考

从世界卫星导航发展史出发,评述了中国北斗卫星导航系统从中获得的有益启示,阐明     

中国“北斗”跃上新高度

2010年,对于中国北斗卫星导航系统的建设者,特别是北斗导航卫星的研制者而言,是个不一般的年份。这一年,中国北斗卫星导航系统将有多颗卫星连续跃上太空,在属于它们的轨道上安家。经过这一密集发射组网阶段,中国的新一代卫星导航系统将在太空中初现雏形。     

北斗区域卫星导航系统基本系统建设完成的影响与展望

当下,一提到卫星导航系统,人们就会不由地联想到美国的GPS,它几乎成为导航的代名词。GPS以其高精度的定位服务、精准的授时服务和发达的应用开发,大大拉近了太空与普通人的距离。如今的全球卫星导航市场虽然仍是GPS一家独大,但考虑到国家安全和利益,俄罗斯在加速恢复、欧洲在积极部署自己的全球卫星导航系统——＂格洛纳斯＂和＂伽利略＂,我国的北斗卫星导航系统也是基于这一背景开始组网建设的。从2000年开始组建北斗卫星导航试验系统,到日前第八颗北斗导航卫星的成功入轨,我国北斗卫星导航系统的建设和组网情况进展如何？在导航应用过程中可以发挥怎样的作用？＂北斗＂距离GPS还有多远？如何推动北斗导航事业的发展？记者就此专访了北斗卫星导航系统总设计师孙家栋、中国卫星导航系统专项管理办公室主任冉承其和技术部副主任郭树人。     

北斗导航定位系统的民用应用状况及发展前景

总结了北斗民用运营中心的业务发展、用户管理和增值业务开发。介绍了北斗导航卫星系统的适用领域。同时还探讨了制约北斗系统在民用领域进一步推广的因素，对推进北斗系统民用提出了建议。     

我国第四颗北斗导航卫星发射成功

<正>6月2日23时53分,在茫茫夜色中,长征三号丙运载火箭在西昌卫星发射中心腾空而起,成功地将我国第四颗北斗导航卫星送入预定轨道。这标志着我国北斗卫星导     

第三颗“北斗”导航卫星发射

随着2010年1月17日第3颗“北斗”导航卫星的发射,中国自主研制的“北斗”卫星导航系统组网工作取得了新的进展,预计在2020年左右形成覆盖全球的卫星导航定位系统。     

中国“一箭双星”成功发射两颗北斗导航卫星

北京时间4月30日凌晨4时50分,中国在西昌卫星发射中心成功发射＂一箭双星＂,用长征三号乙运载火箭将中国第十二、第十三颗北斗导航系统组网卫星顺利送入太空预定转移轨道。这是中国北斗卫星导航系统首次采用＂一箭双星＂方式发射导航卫星,也是中国首次采用＂一箭双星＂方式发射两颗地球中高轨道卫星。     

北斗系统建设和应用产业化进入新的发展阶段

第二届中国卫星导航学术年会期间,中国卫星导航系统管理办公室主任冉承其表示,北斗系统建设和应用产业化进入新的发展阶段。冉承其介绍说,到2012年底前,我国还将有约8颗北斗导航卫星升空,届时将按计划完成北斗区域系统的组网建设。按照“三步走”的总体规划,“先区域、后全球,先有源、后无源”的总体发展思路,     

我国第四颗北斗导航卫星发射成功——北斗卫星导航系统组网建设又迈出重要一步

6月2日23时53分,在茫茫夜色中,长征三号丙运载火箭在西昌卫星发射中心腾空而起,成功将我国第四颗北斗导航卫星送入预定轨道。这标志着我国北斗卫星导航系统组网建设又迈出重要一步。     

北斗卫星定位导航系统的发展应用关键在政府政策

介绍了我国北斗卫星导航系统的现状和应用情况，对制约产业化发展的政策因素进行了分析，并提出了具体的建议。     

卫星导航系统功率增强对区域定位服务性能的影响分析

在导航战中,卫星功率增强技术是提高战区军用接收设备抗干扰性能的重要措施。文中以walker 27/3/1 星座为例,以满足战区中心4颗可见卫星的最小定位要求为目标,提出基于最优GDOP值准则和基于最少切换次数准则的两种卫星功率增强策略,从卫星功率增强区域的覆盖性、可用性以及控制的复杂性三个方面,仿真分析并比较了两种卫星功率增强策略下的定位服务性能。仿真结果表明,实施卫星功率增强在保证目标区域具备全时段服务能力的同时,还将对全球10～20%的区域形成部分时段覆盖,基于最优GDOP值准则的卫星功率增强策略和基于最少切换次数准则的卫星功率增强策略分别在GDOP值分布和控制复杂性方面具有优势,鉴于上述两种功率增强策略的特点及存在的不足,本文最后提出了一种折中考虑控制复杂度和服务性能的改进方案。     

第二类无奇点根数的北斗历书参数设计

为统一北斗三类卫星的历书拟合算法,提出基于第二类无奇点根数进行历书参数设计的方法,设计了以倾角向量变率作为摄动参数的历书参数模型,并给出新的历书模型的用户使用算法。利用覆盖2013年全年的实际在轨卫星的数值轨道进行了历书拟合试验。结果表明,地球静止轨道（GEO）和倾斜地球同步轨道（IGSO)卫星的拟合位置误差为2~4km,拟合用户距离误差（URE）约为1km,中圆地球轨道（MEO）卫星的拟合位置误差为1~2km,拟合URE约为500m。通过分析6个轨道根数和2个摄动参数全年的变化范围,对新历书模型进行量化单位和占用比特位的通信接口设计,定量分析量化单位对历书表达精度的影响。结果表明,参数截断后对位置误差的影响小于50m,对URE误差的影响小于5m。因此,历书量化误差对信号捕获以及首次定位时间带来的影响可以忽略不计。     

导航卫星中断频次的分析方法

面向导航卫星中断频次的定量分析需求,该文分析导航卫星中断产生的主要原因,给出中断频次分析的流程,并针对分析过程中的三个关键问题,研究提出具体实施方法,包括通过相关性分析快速定位底层中断事件,通过中断树建立指标分析模型,并融合在轨数据、地面试验数据快速预估得到底层功能异常率等。最后通过示例进一步说明中断频次分析过程。该文方法已应用于北斗导航卫星工程。     

基于综合信道模型的星地信道性能研究

全球导航卫星系统由位于不同轨道上的多颗卫星组成。卫星轨道和地面用户位置的差异造成了星地链路传播机制和统计特性的差异。信道的统计特性对于卫星系统的性能有着重要的影响。文章建立了星地信道综合模型,考虑了不同大气条件和传播机制的影响。基于此模型,给出了调制方式为二元相移键控时的误比特率与信噪比的关系。研究方法和结果可为全球导航卫星系统的仿真和设计提供借鉴。     

GNSS全球导航卫星系统的新发展

GNSS全球导航卫星系统是20世纪90年代中期欧盟提出的一种综合星座系统,而不是一个单一星座系统。GNSS主要包括GPS、GLONASS、Galileo、Compass和IRNSS及它们的星基增强系统,例如,WAAS、EGNOS和GDGPS等。文中主要分析了GPS、GLONASS、Galileo的新发展及Compass和IRNSS的建设进展。     

基于高轨导航接收机的自动化地面测试系统

高轨卫星导航接收机是实现高轨航天器自主定轨的核心设备。为在地面测试阶段对高轨卫星导航接收机进行充分高效的验证,亟需设计基于高轨卫星导航接收机的地面测试系统。设计了一种基于高轨卫星导航接收机的自动化地面测试系统,主要创新点如下：第一,本系统可对高轨卫星导航接收机实际在轨状态下接收到的导航星座信号进行仿真;第二,具有模拟包含北斗三号等多导航卫星星座信号的功能;第三,本系统充分考虑自动化、通用化与一体化设计。提出的基于高轨卫星导航接收机的自动化地面测试系统能够在地面测试阶段对高轨卫星导航接收机进行充分验证,并充分考虑测试实施,从自动化、通用化、一体化方面提升测试效率,减少人为操作失误导致的质量问题,解决人工判读带来的误判漏判问题。     

轨道面旋转角对GEO卫星广播星历参数拟合的影响

广播星历参数拟合是建立卫星导航系统的一项关键技术,星历用户算法的简洁高效直接决定了用户导航定位的效率。在基于GEO、IGSO和MEO三类卫星的北斗二代导航定位系统中,GEO卫星的广播星历参数拟合是迫切需要解决的难点之一。基于广播星历参数的最小二乘解法,推导出了轨道面旋转角对广播星历参数的影响表达式,分析了轨道面旋转角的大小对广播星历参数拟合稳定性的影响。计算结果表明,通过增加轨道面旋转角不仅很好地解决了GEO卫星广播星历参数超限的问题,而且确保了广播星历参数拟合算法的精度和可靠性。     

基于模糊理论的卫星导航系统综合效能评估研究

根据卫星导航系统的功能，建立了卫星导航系统综合效能评价指标体系，运用模糊数学和层次分析法，建立了多级模糊综合评价模型，并利用实例说明了评估方法和过程，取得了满意的结果。     

导航卫星铷钟环境温度控制与飞行性能分析

结合铷钟对其工作环境温度的要求,介绍了导航卫星铷钟小舱热控设计中的高精度加热控温方法,并对铷钟小舱在GEO卫星和IGSO卫星上的飞行数据进行分析。导航卫星铷钟工作环境温度控制满足-5～10℃的范围要求,光照期温度控制稳定性达到0.2℃/d,GEO 卫星、IGSO 卫星在阴影期温度控制稳定性分别达到0.8℃/d、0.3℃/d。     

基于累计加电时间的小卫星正样研制阶段可靠性问题统计及筛选评估方法

基于航天东方红卫星有限公司已经发射入轨的几十颗小卫星的研制统计数据,研究发现了小卫星正样研制阶段可靠性问题的分布规律。提出的双对数正态叠加分布模型很好地描述了该分布规律,分别针对首发星和装备星给出了分布经验公式。在分布规律研究结果的基础上,给出了基于累计加电时间的小卫星出厂前可靠性问题筛选率评估方法,并根据筛选率评估结果分别对首发星和装备星的出厂累计加电时间确定依据给出了建议。