从《GPS系统星座更新、补充》报告看GPS系统未来发展

1 背景 自1995年全面投入运行以来,在长达20多年的时间里,美国空军不但保证了GPS运行的连续与稳定,还保证了GPS系统高精度定位、导航与授时(PNT)服务的可用性,巩固、提升了美国在全球PNT领域的领先与主导地位,提升了美国的全球影响力,催生了至今仍由美国主导并占据领先地位的全球卫星导航应用产业.美国国家天基PNT执行委员会的研究表明,仅2014年美国GPS商业应用领域产生经济效益就高达676亿~1224亿美元,远远超过了GPS系统研发、维持、发展的投入(至2014年GPS系统的总投入约为370亿美元).     

新工具将提供改进的GPS能力

美军第二天战中队全球定位系统用户操作小组开发出一种新能力,可使作战人员获得实时且更精确的GPS数据。这种新能力利用谷歌地球（Google Earth）软件,向全球地面作战人员显示由GPS运行中心（GPSOC）提供的数据。     

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。     

一种GPS定位信息可用性的实时判定方法

基于GPS接收机输出数据,采用3级AR模型来预测下一时刻的GPS输出值,并与实际的输出值相比较,以一定的检测门限,判断当前时刻定位信息的可用性。通过仿真证明该方法的有效性,为GPS的可用性判定提供了一种方法。     

美太空军发射GPSⅢSV04卫星

2020年11月5日,SpaceX公司用“猎鹰9号”火箭发射了美太空军的GPSⅢ4号卫星(GPSⅢSV04),即GPSⅢ星座的第4颗卫星,为军事和民用用户提供定位、导航和授时(PNT)信号。GPSⅢ卫星旨在帮助美太空军利用新技术和先进能力实现当前GPS星座的现代化。与当前星座中的卫星相比,这些卫星的精度提升了3倍,抗干扰能力提升了8倍。GPSⅢ还增加了新的L1C民用信号,与欧洲的伽利略全球导航卫星系统兼容,将提供更广泛的民用用户连接。随着GPS卫星星座现代化的继续,GPSⅢSV04到位后,轨道上的四颗GPSⅢ卫星将占GPS星座31颗卫星的12%左右。     

基于选星预处理的改进随机抽样一致性RAIM方法

多星座导航能够增加可视卫星数量,改善卫星几何构型,已成为卫星导航定位领域发展的重要方向之一。多星座导航接收机自主完好性监测（RAIM）技术对提高导航系统的完好性具有重要作用。面向多星座导航的完好性监测需求,分析了传统随机抽样一致性（RANSAC）故障检测方法的不足,提出了一种基于最小样本集选星预处理的改进RANSAC RAIM算法。该算法基于最大四面体积法和GDOP值贡献度的选星方法选取具有较好构型的卫星构成卫星子集,取代了传统RANSAC RAIM方法通过遍历构成卫星子集,可有效避免卫星子集中存在较差卫星几何构型的情况,减少子集数量,提升故障检测的准确率。静态和动态仿真实验表明,改进的RANSAC RAIM算法在检测效率和检测准确率等方面明显优于传统方法。     

SINS/GPS制导炸弹俯仰平面制导控制一体化设计

根据SINS/GPS制导炸弹动力学特性,首先推导了俯仰通道的制导控制一体化状态模型.然后在充分考虑制导和控制回路的不确定性基础上,利用terminal滑模控制方法,设计了制导控制一体化状态反馈控制律,所设计的控制器一方面保证制导炸弹满足打击精度和末端落角约束要求,另一方面保证控制回路的稳定性与鲁棒自适应性.采用模糊控制克服了变结构控制项引起的系统抖振.最后,分别进行了极端气动条件与取投放域边界值情况下的某型SINS/GPS制导炸弹六自由度飞行控制弹道仿真,仿真结果验证了此方法的有效性.     

飞机载体的杆臂效应对GPS测速精度的影响

杆臂效应是由于测量体的安装位置与运动载体质心不重合而引起的。从理论上分析了杆臂效应产生的原理,推导得出杆臂效应引起的速度误差公式。通过仿真试验和飞行试验数据分析了飞机载体不同运动状态下,杆臂效应对GPS速度测量精度的影响。通过对杆臂误差补偿后,GPS测速精度得到很大提高。在惯导系统飞行试验中引入该方法,可以科学合理地给出系统试飞评定结果。     

星载单频GPS数据的电离层延迟改正方法分析

利用C/A码单点定位对LEO(Low Earth Orbit)卫星上的电离层延迟改正方法——"电离层比例因子法"进行了分析研究.计算的CHAMP卫星的轨道结果表明:采用电子密度峰值高度(hmF2,F2 region maximum electron density height)平均值和瞬时值计算的电离层比例因子α变化范围分别为0.3~0.4和0.2~0.65之间,两者最大差异可达0.3,相比较而言,hmF2瞬时值的结果更加合理,并且相应的大地高H方向的系统偏差要降低0.05~0.3m左右;与双频无电离层组合的普通单点定位结果相比表明该方法能较好地消除电离层一阶项所引入的H方向上的系统偏差;该方法适用的LEO卫星轨道高度范围大致在200~ 600km之间,当轨道高度超过700km时,该方法并不适用.