“北斗时代”离我们越来越近——来自第一届中国卫星导航学术年会的声音与成果

初夏的北京繁花似锦。5月19日,在曾创造奥运会历史上“无以伦比”盛世规模的北京奥林匹克公园内,中国第一届卫星导航学术年会隆重开幕。会议规模之大,参会人数之多,是很多人没有料到的。     

北斗三号卫星共视时间比对性能分析

为评估现阶段北斗三号卫星共视时间比对性能,基于中科院国家授时中心(NTSC)和捷克光电研究院(TP)各自保持的国家时间基准系统,开展了基线长度约7500 km的北斗三号卫星亚欧共视时间比对试验。首先从单站北斗卫星可视数及其卫星高度角两方面进行了分析,然后利用频率响应法确定Vondrak滤波平滑因子后对共视比对数据进行了降噪处理,最后将北斗三号卫星共视时间比对结果与北斗二号卫星及GPS共视时间比对结果进行了比较。结果表明：在当前北斗全球组网阶段,北斗三号卫星在中捷共视可视卫星数比北斗二号卫星少的情况下,其共视时间比对精度达到1.16 ns,较北斗二号提升约19%,10000 s以内的时间和频率稳定度也优于北斗二号。     

一种同轨区域集中的北斗卫星自主导航算法

基于北斗三号卫星配置规划,提出了一种同轨区域集中的北斗卫星自主导航算法.利用Ka星间链路指向切换灵活特性与激光链路高速通信特性,并克服激光终端异轨面通信困难,指向切换不便等缺陷,算法设计将轨道面内各卫星采集的Ka双向测距信息利用激光星间链路传入轨道面主卫星中,从而将测距信息集中处理并完成轨道面内各卫星的轨道信息更新.并...     

载人飞船回收着陆搜救系统优化设计

设计由国际救援示位标、着陆搜寻信标机、北斗短报文收发终端、铱卫星手机、信标天线及天线网络组成的回收着陆搜救系统,进一步提升载人飞船回收着陆搜救系统的可靠性。该系统首先通过飞船上的国际救援示位标及配套信标天线和天线网络,将位置信息通过国际搜索和救援卫星系统(COSPAS-SARSAT)转发至搜救控制中心,完成载人飞船的初步位置锁定。救援直升机/越野车/救援船根据位置信息赶赴返回落点现场,通过装载的243定向接收仪接收着陆搜寻信标机发出的信标信号,完成定向,并从不同方向锁定和实时跟踪信标,缩小搜救范围。配置着陆搜寻信标机和铱卫星手机,分别实现基于243 MHz的半双工的模拟话音通信和基于铱卫星系统的全双工的数字语音通信。通过配置北斗短报文收发终端,利用已有的北斗二号和北斗三号导航星座,实现位置信息的获取和转发。配置闪光灯及海水染色剂作为辅助救援手段,进一步提升陆上和海上的搜救可靠性。文章设计的系统支持正常及自主应急返回的着陆搜救任务,适应陆地及海上搜救的需求,已经成功应用于神舟十二号～神舟十四号载人飞船的回收救援,能有效提升定位精度和缩短救援时间。     

BDS-3 PPP模糊度固定实现及精度评估

精密单点定位(PPP)模糊度固定(AR)能够显著提升精密定位的收敛速度和精度。通过在BDS-2和BDS-3之间添加系统间偏差的方法实现BDS-3的模糊度固定,并基于全球MGEX测站静态、仿动态数据和车载实验数据全面评估了BDS-3模糊度固定的效果。结果表明,相对于浮点解,BDS-3 PPP模糊度固定能够显著提升PPP的精度,在东北天3个方向上静态解算精度提升依次为37.4%、26.2%和20.1%;仿动态解算精度提升依次为38.3%、27.2%和11.1%;车载动态实验BDS-3模糊度固定精度在三维方向上综合提升为40.4%。此外,模糊度固定后,以浮点解稳定后的两倍定位精度为基准,在东北天方向上,静态定位时间提升程度依次为63.5%、64.0%和40.3%;仿动态定位时间提升程度依次为58.7%、56.8%和25.4%;车载实验在三维方向的收敛时间为30.0 min。以上结果证明了所提方法的有效性及BDS-3模糊度固定的性能提升。     

北斗/GNSS 实时 PPP增强系统应用性能分析

无人驾驶及辅助驾驶系统等与生命安全密切相关的导航应用均需要高精度、高可靠位置参考服务。构建的北斗/GNSS 实时 PPP增强系统由主控站、注人站,以及北斗/GNSS(Global Navigation Satelite System)实时 PPP 定位增强终端组成,通过系统端完好性监测及接收端高级自主完好性监测算法,保障了基于实时 PPP 的高精度定位可靠性性能。依托所搭建的试验平台开展测试分析,结果表明,北斗/GNSS 实时 PPP 收敛定位精度可达到 10 cm。所构建的实时 PPP增强系统可提供危险误导信息概率满足10-水平,连续性风险概率满足10-水平的完好性能力。     

“北斗+5G”联合定位与误差校正技术

在边坡、城市峡谷、高架等复杂的公路交通定位环境中,存在海量多样的定位需求与复杂的定位环境,北斗信号穿越建筑空间时强度被削弱,产生严重的信号反射和衍射,使得北斗卫星信号难以到达和有效使用,系统可用率下降,无法提供可靠的定位服务。结合第五代移动通信网络（5G）系统高密度部署的特点,提出了一种北斗+5G联合定位模型以及基于最小二乘残差Helmert后验加权的误差校正方法。在复杂公路交通环境中,可以改善可见卫星数少的问题,优化卫星的几何构型,提高用户终端定位精度,能够为用户终端提供高精度、全天候、连续、实时的定位服务。实验表明,北斗+5G联合定位模型能够大幅提升复杂公路交通环境下的定位性能。     

基于北斗卫星的纳秒级全球授时系统

北斗三号系统的基础服务可以为全球用户提供精度优于20ns的信号,更高精度的时间同步应用,需要如GNSS共视、全视、PPP或卫星双向时频传递等专用方法,成本高,并且需要专业维护,只适合小范围应用。在研究了各种高精度时间比对技术的基础上,基于国家授时中心的标准时间UTC(NTSC),提出了基于北斗卫星实时共视、实时全视和实时PPP多种技术互补融合的纳秒级全球授时方法。结合时延绝对标定与分段标定组合的设备时延标定,以及振荡器动态驯服等技术,建立了标准时间远程复现系统,由服务端和用户端两部分组成。服务端由国家授时中心维护,用户仅需要安装一台标准时间复现设备,并通过互联网或北斗短报文信道自动持续从服务端获取服务数据,即可在本地恢复出溯源至标准时间UTC(NTSC)的时间频率信号。系统可为全球用户提供与UTC(NTSC)偏差小于5ns的1PPS信号,以及万秒频率稳定度优于5×10^-13、相对频偏小于5×10^-14的10MHz信号,授时A类不确定度优于2ns。目前已经为多个行业提供服务。     

北斗三号系统PPP-B2b信号定位服务模型及性能分析

给出了PPP-B2b信号定位的观测模型和随机模型,详细阐述了PPP-B2b增强改正模型和参数估计模型,并进行了静态和动态定位实验。结果表明：对于单系统,在30min的收敛时间内,北斗三号定位精度可以达到水平0.118m(静态)、0.176m(动态),高程0.208m(静态)、0.423m(动态)以内,GPS定位精度可以达到水平0.113m(静态)、0.163m(动态),高程0.206m(静态)、0.377m(动态)以内;对于北斗三号/GPS双系统,在20min的收敛时间内,定位精度可以达到水平0.092m(静态)、0.122m(动态),高程0.158m(静态)、0.312m(动态)以内。无论是收敛性还是定位精度,均能满足北斗三号精密单点定位服务指标的要求。