国际星基增强系统发展现状及趋势

为推动GNSS在高生命安全领域的应用,出现了以星基增强系统(Satellite-Based Augmentation System,SBAS)为代表的增强手段,全面提升了GNSS服务的精度、完好性、连续性和可用性.美国、日本等国家及欧洲均已启动了SBAS性能提升工作,从单频增强系统向双频增强系统进行过渡,以期进一步提升星基增强服务能力.本文对国际SBAS的组成、服务性能、进展情况和后续发展规划进行了总结,并重点介绍了我国北斗星基增强系统(BeiDou Satellite-Based Augmentation System,BDSBAS)的系统架构、服务能力、应用验证评估工作和国际化推进情况.随着国际民用航空组织(International Civil Aviation Organization,ICAO)最新版国际民用航空公约附件10的生效,BDSBAS已成为国际认可的星基增强服务系统.后续,为了推动BDSBAS在高生命安全领域的应用,需要尽快完成民航应用验证评估工作,使得BDSBAS跻身正式服务行列.

星基增强系统码噪声和多路径误差处理方法研究

星基增强系统(Satellite-Based Augmentation System,SBAS)利用伪距测量校正值实现对导航卫星的差分完好性增强,码噪声和多路径误差处理精度是影响系统服务性能和用户定位精度的重要因素.本文详细介绍了三种不同的原始伪距码噪声和多路径误差处理方法,包括单频平滑方法、码噪声和多路径改正方法(code noise and multipath correction,CNMC)以及广域增强系统(Wide Area Augmentation System,WAAS)使用的码噪声多路径方法(code noise multipath,CNMP),并通过正式运行的SBAS数据,验证了不同的码噪声和多路径误差方法对于用户定位精度的影响.结果表明:CNMP能够有效消除SBAS服务性能评估中的原始伪距码噪声和多路径误差影响,相较于CNMC方法,全球参考系统(wide-area reference station,WRS)站点95%水平定位精度提升0.2 m,95%垂直定位精度提升0.47 m.

附加周期和神经网络补偿的实时钟差预报模型

考虑到多项式模型拟合残差中仍存在显著周期信号及其他系统误差影响,提出构建一种多项式结合周期项与BP神经网络的北斗(BDS)超快速钟差预报模型,并利用实测超快速钟差数据进行算法测试验证。数值算例结果显示:利用本文模型得到的北斗超快速钟差产品,相比国内i GMAS超快速钟差产品(ISU)与德国地学中心超快速钟差产品(GBU),预报精度在3 h,6 h,12 h和24 h四个方面分别提升了26.14%,16.46%,12.68%和10.58%及10.34%,13.85%,8.17%和14.41%。

GNSS实时高精度增强处理系统设计与实现

对比分析了精密单点定位(PPP)、网络实时动态差分定位(NRTK)以及PPP-RTK这3种卫星导航高精度定位技术的特点,详细介绍了PPP-RTK的技术框架,设计开发了基于PPP-RTK技术的全球导航卫星系统(GNSS)实时高精度增强处理原型验证系统,并对主要定位精度和收敛时间指标进行了测试验证。经测试,静态和动态定位精度达到分米级,静态收敛时间小于3 min。

基于非差模型的GPS卫星实时钟差估计精度分析

通过分析实时钟差估计的解算过程,实现了基于非差模型的GPS卫星实时钟差估计,利用区域和全球数据、最终和实时轨道分别求解实时钟差,并将其结果与IGS实时钟差产品进行对比,分析GPS卫星实时钟差产品的精度。算例表明:采用IGS最终轨道产品实时解算卫星钟差,平均钟差精度达到0.2ns;采用IGS实时轨道产品实时解算卫星钟差,平均钟差精度达到0.25ns;IGS实时钟差产品平均钟差精度达到0.2ns以内。实时估计的钟差和IGS实时钟差产品精度差异有很大一部分是由于双方采用的钟差解算策略不同造成的,IGS实时钟差产品和IGS实时轨道产品是同一软件求解得到,符合性更好,且两种实时钟差产品在精度评定时选择IGS最终钟差产品为参考,这对IGS实时钟差产品的评估也会有利。

区域测站数对BDS实时卫星钟差估计的影响分析

地面测站的数量及分布会影响实时卫星钟差估计的精度和可靠性。鉴于目前BDS主要为亚太地区提供服务,均匀选取中国区域内8~24个实时监测站,分析区域测站数与BDS实时卫星钟差估计精度的关系。结果表明,当测站数小于16个,IGSO/MEO卫星在中国区域内被观测的弧长不全,实时钟差精度和定位精度较差;当测站数达到16个,中国区域内可观测的BDS卫星弧长覆盖饱和;当测站数达到17个及以上,实时钟差精度达到0.15ns,平面定位精度达到0.3m以内,高程定位精度达到0.4m以内,且钟差和定位精度随着测站数的增加不再明显提高。

一种用于北斗卫星导航系统监测站的远程集中监控管理技术

北斗卫星导航系统监测站基本都是处于无人值守的状态,为了加强监测站远程监控管理能力,减少运行维护人员上站次数,节省人力、物力成本,设计了一套监测站远程集中监控管理系统,采用目前主流的B/S架构,从监测站本地和远程两个方面共同实现多层次、全覆盖的监控与管理,提高了监测站自主监控管理和自动化运行能力,保障了监测站长期稳定、可靠和自动运行。

BDS在轨卫星钟性能评估与对比

从卫星钟基本特性、频率稳定度、钟差预报精度等方面对BDS三种类型卫星钟(RAFS-1、RAFS-2、PHM)进行综合对比分析,结果表明:PHM卫星钟性能指标显著优于RAFS;RAFS-2卫星钟性能指标显著优于RAFS-1,频率稳定度指标和钟差预报精度提升了1倍左右,且RAFS-2卫星钟增加了相位连接功能,保证了在轨卫星钟在调整过程中不会影响时间频率服务。

不同基准钟对BDS实时钟差估计的影响分析

BDS原始观测量是站星之间的相对时间延迟,在实时卫星钟差估计过程中需要引入一个基准钟,求解该基准约束下的钟差产品。基于两种不同的基准约束条件实时估计BDS卫星钟差,并从实时钟差的估计精度、钟差频率特性(频率漂移率、频率准确度、频率稳定度)及钟差预报精度等方面分析其对BDS实时钟差估计的影响。算例结果表明,在两种不同的基准模式下,估计得到的BDS实时卫星钟差性能基本一致,在实际使用中可根据情况采用不同的基准钟进行钟差估计,为BDS实时卫星钟差估计时基准钟的选择提供了参考。

北斗星基增强系统单频服务区域可用性评估

在研究美国广域增强系统(WAAS)与欧洲地球同步导航重叠系统(EGNOS)服务可用性评估方法的基础上,基于连续8天的实测数据对当前北斗星基增强系统(BDSBAS)单频服务一类垂直引导进近(APV-I)的区域可用性进行了初步评估。评估结果表明,受系统实际播发的卫星完好性参数有效性与电离层格网点(IGP)分布的限制,中国大陆APV-I 99%可用性覆盖率仅为49%,且在中国陆地边界和沿海地区性能迅速劣化;进一步仿真验证了在当前IGP均可用的条件下,APV-I 99%可用性理论最大覆盖率为96.22%,而在增加高纬度IGP后,覆盖率进一步提升为100%,可以解决中国高纬度地区可用性较差的问题。

一种用于北斗卫星导航系统监测站的故障监测与诊断设计

监测站是北斗卫星导航系统(BDS)地面监控部分的重要组成之一,设备类型和数量众多,在长期运行过程中,随着运行时间累积、设备老化,各种设备出现故障不可避免。为了保障BDS整体长期稳定运行,必须最大限度减少监测站因设备故障造成的运行中断时间,这对于设备故障的快速检测和定位就显得尤为重要。基于此,设计了一种用于北斗卫星导航系统监测站的故障监测与诊断方法,从设备故障的自动监测和智能诊断两个层次来进行故障处理,能够快速检测和定位出故障设备和原因,及时更换故障设备或模块,使监测站尽快恢复正常运行。

北斗星基增强系统双频多星座服务覆盖范围评估

双频多星座(DFMC)服务已成为星基增强系统(SBAS)未来能力提升的重要方向之一,相关国际标准也将在2023年11月正式发布。北斗星基增强系统(BDSBAS)是全球范围内唯一持续播发DFMC增强服务测试信号的星基增强系统。在详细介绍SBAS DFMC服务可用性和保护级计算方法的基础上,利用实测的BDSBAS B2a增强电文对BDSBAS DFMC增强服务的一类垂向引导进近(APV-Ⅰ)/垂向导航信标性能(LPV)和决断高度200英尺垂向导航信标性能(LPV-200)等级的服务覆盖率进行了初步评估。评估结果表明,当前BDSBAS DFMC增强服务能够实现对中国及周边广大区域的服务覆盖,且双系统(BeiDou navigation satellite system和global positioning system, BDS+GPS)增强服务的APV-Ⅰ和LPV-200等级99%可用性覆盖率比单系统(BDS)增强服务的覆盖率分别提升16%和32%。

GNSS广域差分改正数估计方法研究

随着我国北斗三号基本系统的正式运行,基于地面监测站的广域差分增强系统成为进一步提升卫星导航定位精度的手段之一。在码噪声多径误差修正(CNMC)的基础上,使用等效钟差方法实现GNSS卫星轨道与钟差误差的解耦,并依据卫星轨道运动的动力学特性,引入希尔差分方程描述卫星轨道误差变化,实现对轨道误差的实时卡尔曼滤波估计。基于GPS实测数据,对改正前后的用户等效测距误差(UERE)和定位精度进行了对比研究。实验结果表明,采用该方法,UERE标准差由改正前的0.456 m减小至0.227 m,降幅达到50.22%;整体水平定位误差(95%置信区间)由0.981 m减小至0.782 m,垂直定位误差(95%置信区间)由1.991 m减小至1.131 m,分别提升了20.29%和43.19%,差分改正效果明显。

我国煤矿开采技术发展的方向探讨

随着经济和科学技术的发展, 现代化的技术慢慢取代原有的技术, 尤其是对于矿产的开采工作, 由于矿产资源越来越有限, 所以如何节约环保的开采矿产就成了重要的问题之一. 煤矿开采对我国经济发展有很大的促进作用,如何更安全环保的开采煤矿成了亟待解决的问题. 在现代化的煤矿开采中, 开采技术也与传统技术有很大的差异, 越来越先进.本文将对我国我国煤矿开采技术发展的方向进行探讨.

BDS13号卫星星载原子钟在轨特性分析

北斗C13号卫星由于存在故障，2014年底停止提供服务。2016年10月12日原C15号卫星改变编号为C13号卫星继续提供服务，其运行轨道由原先的MEO轨道变换至1GSO轨道。本文针对C13卫星星载原子钟相位、频率、频漂及拟合残差和频率稳定度指标进行了评估分析，利用56个月的GBM精密钟差数据分析了C13号卫星变换前后的星载钟特性指标并评价了现阶段其在轨服务性能。数值结果显示，变换后C13号卫星经过星载钟在轨调整，其星载原子钟的频漂、拟合残差及稳定度均趋于稳定，已达到卫星原子钟设计标准，能够为导航定位授时提供正常服务。