北斗导航卫星系统在水利行业的应用与展望

北斗导航卫星系统是我国重要的时空基础设施,建设以来已经广泛应用于社会经济多个领域。智慧水利是新阶段水利高质量发展的最显著标志和6条实施路径之一,北斗导航卫星系统为智慧水利提供了强大的技术支撑,为数字孪生水利建设提供了重要的时空基准和高精度的位置及通信服务。从北斗导航卫星系统的功能视角,选择水利工程变形监测、水利巡检、水文监测数据传输等典型应用场景,分析了北斗导航卫星系统的应用现状;同时,还讨论了北斗遥感技术在水位监测、土壤水分反演和大气水汽反演等方面的应用情况;最后,展望了北斗系统在水利领域的发展趋势,指出其应用场景和领域将持续拓展、应用规模将不断增长,以及与新技术融合应用将不断增强,随着北斗导航卫星系统技术的持续创新和应用范围的进一步扩大,北斗导航卫星系统在未来水利行业中将发挥越来越重要的作用,它将成为加快水利新质生产力、推动水利高质量发展的重要推力。

LEO卫星系统对GSO卫星系统干扰规避技术研究

近年,低地轨道(Low Earth Orbit,LEO)卫星星座繁荣发展,LEO卫星系统和地球静止轨道(Geosynchronous Orbit,GSO)卫星系统同频共用情况非常普遍,同频段内LEO卫星系统需要规避GSO卫星系统的上下行干扰。LEO卫星系统对GSO卫星系统干扰规避方法和策略包含调整指向、更改频率、降低功率和关闭波束。在对系统干扰规避模式及干扰区域情况进行仿真基础上,结合LEO卫星系统特点,提出经过规避区域时切换信关站或者馈电链路关闭下行波束的方案。用户链路结合相控阵天线特点,信令波束通过上注星载相控阵天线波位表实现干扰规避;业务波束通过上注干扰规避区域对应的地面网格编码实现干扰规避,提出不同链路干扰规避实施方案和实现流程。

分布式卫星系统中的物理层安全波束成形算法

针对分布式卫星系统中的安全传输问题,提出两种协作波束成形算法。首先,针对分布式卫星系统采用放大转发协议将来自静止轨道的卫星信号转发至合法用户的场景,构建以最小化分布式卫星系统的总发射功率为目标、合法用户安全速率和非目标用户受到的干扰满足要求为约束条件的优化问题。其次,为求解该非凸优化问题,提出一种基于拉格朗日对偶和半正定规划相结合的协作波束成形算法,并得出最优波束成形权矢量。此外,提出一种基于部分迫零的次优协作波束成形算法,可在不折损系统性能要求的条件下有效降低实现复杂度。相较于传统迫零算法,所提最优和次优算法能够分别节省20 dB和15 dB左右的功率。

数据中继卫星系统体系综述

自20世纪70年代美国开始发展“跟踪与数据中继卫星系统”(TDRSS)以来,数据中继卫星系统已历经50余年的发展。俄罗斯、中国、欧洲等航天国家/地区根据其政治、经济、地理等国情及航天探索发展规划,分别发展出技术体制与形态各异的数据中继卫星系统。同时,随着人类探索太空的脚步迈向深空,地月空间、地火空间的测控与数据中继设施建设也未曾止步。2024年3月20日,探月工程四期鹊桥二号中继星在中国文昌航天发射场成功发射升空,鹊桥二号中继星作为探月工程四期后续的“关键一环”,将架设地月新“鹊桥”,中国数据中继卫星家族进一步发展壮大。本文回顾了各国/地区数据中继卫星系统发展概况,并对深空数据中继卫星体系展开介绍。

2023年国外导航卫星系统发展综述

2023年,国外共进行3次导航卫星发射活动,均获成功,发射导航卫星3颗,分别为美国第三代导航卫星全球定位系统(GPS-3)第六颗卫星、俄罗斯格洛纳斯-K2(GLONASS-K2)导航卫星首星,以及印度首颗第二代导航卫星--印度区域卫星导航系统-1J(IRNSS-1J)

基于全球导航卫星系统应用的光频原子钟发展现状与可用性分析

随着光频原子钟技术迅速发展,光频原子钟不确定度已超越微波原子钟性能4~5个数量级,达到了10^(−19)数量级,在可靠性和小型化方面也不断提升,使得未来全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)搭载光频原子钟成为可能。介绍了几种GNSS光频原子钟的工作原理及国内外的研究进展,从稳定度、集成度及影响稳定度的因素等方面总结了几种光频原子钟的性能,并将四种光学时钟(离子光钟、光晶格钟、双光子跃迁光频原子钟、基于碘调制转移谱光频原子钟)与目前GNSS上搭载的四大导航系统进行比较,讨论了光频原子钟的应用潜力,并提出了各光频原子钟的发展建议。针对提升离子光钟和光晶格钟可靠性的需求,提出了通过提高激光器和超稳腔的稳定性、降低核心器件环境敏感性的建议。针对提升原子束光频原子钟稳定性的需求,提出了提高原子束利用率、进一步迭代实验等方案。针对提升双光子跃迁光频原子钟和调制转移谱光频原子钟的长期稳定性的需求,提出了结合真空技术及人工智能降低频率漂移率的解决方案。

电动力绳系卫星系统长期离轨动力学建模与控制设计方法

本文针对电动力绳系卫星系统的长期离轨问题,研究离轨过程中系统的非线性动力学建模以及离轨控制设计方法。基于哑铃模型假设,进行系统的姿态动力学建模。为提高动力学建模精度,计入电动力、大气阻力和地球J_(2)摄动等动力学载荷对系统轨道运动的影响,采用修正的非奇异轨道要素描述系统的轨道动力学。针对离轨的动力学控制问题,提出了常值电流输入、方向可变的电流输入和最优控制三种电流控制设计方法,通过系绳电流设计调节电动力载荷实现离轨机动。在最优控制设计方法中,构建了带非线性约束的动力学反问题,基于非线性规划算法求解该反问题,得到最优控制参考轨迹,通过闭环反馈跟踪修正电流进行离轨。另外,提出了一种基于能量的电流开关控制策略辅助离轨,以保持系统姿态稳定和高效地利用电动力。为高效离轨对系统进行了动力学设计,并通过仿真算例对比分析了控制方法的离轨效率,验证了控制方法的有效性。

基于北斗导航卫星系统的轨道交通应用关键技术研究

随着社会信息化的加速推进,我国独立研发的北斗导航卫星系统(BDS),在全球导航卫星系统(GNSS)中的地位与日俱增。北斗的技术特性和应用前景为国家信息基础设施建设提供了坚强的支撑。本文主要针对北斗导航卫星系统在轨道交通中的关键技术应用进行深入研究。从轨道交通的定位服务、安全相关应用到非安全相关应用,全面剖析了北斗在该领域中的价值与重要性。研究表明,通过精确的定位和高可靠性的导航信息,北斗已在轨道交通中发挥出不可替代的作用。

商用密码在基于北斗卫星系统的野外作业人员安全保障系统中的应用

商用密码作为一种安全可靠的加密技术,可以有效地保障北斗卫星系统中的信息安全。文章主要探讨了商用密码在基于北斗卫星系统的野外作业人员安全保障系统中的应用,包括商用密码的体系结构、加密算法、安全策略以及实际应用案例。

高精度伪卫星系统关键技术研究与应用

随着智能化时代的到来,人们对定位、导航和授时(positioning,navigation and timing,PNT)性能提出了越来越高的要求,例如准确性、完整性、连续性、稳健性等。虽然全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)具备全球、全天候的PNT功能,但是GNSS信号到达地面时非常微弱,面临着遮挡、欺骗和干扰3大问题,无法在物理遮挡、电磁干扰等复杂环境中正常使用。

测绘工程中全球导航卫星系统在地理空间信息采集中的应用探索

地理信息技术主要包括地理信息系统(GIS)、遥感(RS)、全球定位系统(GPS)组成,其主要是收集资源环境、水文气象、地质地理等数据信息。在地理空间信息采集中应用全球导航卫星系统,则可以有效提高信息数据采集工作质量,全面提高信息收集精度和覆盖范围,有效提升数据信息的应用效果,其对于我国地理空间技术发展起到重大推动作用。本文重点分析全球导航卫星系统基本工作原理和应用特点,深入研究全球导航卫星系统技术要点,总结全球导航卫星系统在地理空间信息采集中的应用措施,希望对从事相关工作人员予以参考和借鉴。

高精度全球导航卫星系统在区域地形测绘中的应用研究

论述全球导航卫星系统,简称GNSS,其作为取得地理数据的便捷有效手段,被地形测绘领域广泛采用。本论文聚焦对GNSS在地形测绘中精确应用的透彻研究。利用GNSS数据处理方法,结合地理信息系统,简称GIS的相关技术,以此提高地形测绘的精度和效率。相较传统的地形测绘工艺,GNSS的技术不止能明显提升测绘精确度,同时能大幅降低野外作业的时间和费用。此外,还探讨了GNSS技术在高山、峡谷、森林等复杂地形的应用效果,得出其在这些环境下的显著优越性。我们的研究有望为更广泛、更深入地利用GNSS技术进行地形测绘提供理论依据和技术支持。并且,GNSS可以为城市规划、灾害救援、环境保护等领域提供高精度的地理信息,具有广阔的应用前景。

北斗卫星系统在渡槽变形监测中的应用

与传统的变形监测方法相比较,北斗卫星系统变形监测具有高精度、实时、动态、连续监测等传统监测方法所不具备的优势,这也为其在长距离工程建筑物的变形特征提供了得天独厚的条件。采用北斗卫星系统对东雷抽黄二期总干渠洛河渡槽进行了变形监测,数据处理结果为最弱点点位中误差为±1.8 mm,最弱边相对中误差为1/337 000。同时应用GPS卫星测量数据进行了网平差,平差结果为最弱点点位中误差为±2.0 mm,最弱边相对中误差为1/235 000,两种卫星系统网平差后坐标成果最大差值为1.9 mm,表明,北斗卫星系统在该项目中精度较好,优于GPS卫星观测数据。

基于多卫星系统的负荷通信频谱资源动态分配与管理策略研究

随着多卫星系统的发展,频谱资源管理成为提高通信效率和系统可靠性的关键问题。本文研究了多卫星系统中负荷通 信频谱资源的动态分配与管理策略,旨在优化频谱资源的利用,提高通信系统的整体性能。通过分析多卫星系统的频谱资源管理 挑战,提出了基于认知无线电的频谱感知技术和动态分配与优化算法,并探讨了这些技术在多卫星通信系统中的应用,包括系统架 构设计、数据传输技术以及信道分配与干扰管理。通过仿真实验验证了所提方案的有效性和实用性,为多卫星系统负荷通信的稳 定运行提供了重要支持。

非对地静止轨道卫星系统轨道特性参数容限规则出台

近年来,随着卫星发射和制造技术的日渐成熟,商业卫星呈现出井喷的发展趋势,致使卫星频率和轨道资源紧缺的问题日益凸显,对于在近地轨道运行的非对地静止轨道(non-GSO)卫星来说,更是如此。为进一步提升卫星频率和轨道资源使用的科学性、公平性,2023年世界无线电通信大会(WRC-23)对non-GSO卫星系统的轨道特性参数容限作出了新规定,以避免不合理部署可能带来的卫星频轨资源浪费和卫星运行风险。

基于北斗卫星系统的地质灾害监测系统软件设计与实现

随着北斗卫星导航系统(BDS)的发展,其在地质灾害监测领域的应用逐渐受到关注。本研究旨在探讨和实现基于北斗系统的地质灾害监测软件,着重于北斗系统相较于GPS等传统卫星导航系统的显著优势。北斗系统提供了更广泛的卫星覆盖、更高的定位精度和增强的保密性,这些特点使其在监测地质灾害方面显示出独特优势。研究采用了一系列高精度定位技术和物联网技术,结合地理信息系统(GIS),以实现地质灾害的实时动态监测。在软件设计方面,我们采用了模块化的结构设计,确保了系统的易部署性和简便设置,以适应不同地质监测场景的需要。研究结果表明,基于北斗系统的地质灾害监测软件能有效提高灾害预警的准确性和响应速度,对地质灾害的预防和应对具有重要意义。文章总结了北斗系统在地质灾害监测中的应用优势,并展望了软件设计的未来发展方向和潜在改进。

非对地静止轨道卫星系统建立多边磋商机制

2023年世界无线电通信大会(WRC-23)审议通过了一项决议,决定在非对地静止轨道(non-GSO)卫星系统之间建立多边磋商机制,以协调non-GSO卫星系统对对地静止轨道(GSO)卫星系统相关业务集总干扰(根据一定的计算方法所得的干扰总和)的计算,为后续规划建设non-GSO系统的国家预留空间。

航天宏图一号合成孔径雷达卫星系统及应用

一、背景,卫星遥感是体现国家科技水平的重要标志,卫星数据更是支持国家数字经济发展的重要资源。当前全球航天产业正处于能力和市场快速发展的鼎盛时期,大量社会资本的涌入,让过去以国家为主导的航空航天领域正在发生变革。航天宏图信息技术股份有限公司(以下简称航天宏图)综合考虑、深入调研并围绕卫星互联网新业态,应用需求特点以及当前在轨卫星资源结构,发力高分遥感,进行遥感应用全产业链构建的布局尝试,统筹建设女娲星座。航天宏图一号卫星星座作为女娲星座首发星,是航天宏图建设的高精度合成孔径雷达(SAR)卫星系统,具备高精度地形测绘、高分宽幅成像、高精度形变监测等能力,可全天候对地成像。

中继星典范——跟踪与数据中继卫星系统

美国宇航局的跟踪与数据中继卫星系统(TDRS)的发展,主要是为载人航天服务的。它的提出、部署和服役,其实比SDS还晚几年。战略收缩的产物。早期美国宇航局载人航天的测控活动,是靠全球布站来实现的。在其巅峰时期,美国宇航局维护着3个全球地面站网络。

非对地静止轨道卫星系统后里程碑程序规则出台

根据2019年世界无线电通信大会(WRC-19)第35号决议,非对地静止轨道(non-GSO)卫星系统网络资料在提交国际电信联盟后有7年的规则有效期,nonGSO卫星系统最晚需在有效期后的7年内,于不同时间节点完成相应百分比的部署任务(被称为“里程碑部署”)。为解决完成里程碑部署后卫星因故障或使用寿命到期等原因不能继续使用却仍占用频轨资源的问题。