星座双频测距测速自主定位与守时

传统星座自主导航主要以星间相对测距为主.该技术定位精度有限,同时缺乏有效的手段克服星座的整体旋转.该文在测距模型的基础上,将测速信息、传播延时和时钟误差纳入模型中,分析了电离层对测距的影响,推导了星间测距位置与时间的解耦模型.提出利用GPS辅助测量来固定星座的位置基准和时间基准.通过Matlab仿真实验表明:测速信息的引入能够进一步提高卫星的位置估计精度,同时GPS辅助测量可有效克服星座的整体旋转.

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%。

双频双星座地基增强系统精度和完好性算法

针对单频单星座地基增强系统(GBAS)无法满足飞机III类精密进近与着陆导航性能需求的问题,提出了将北斗导航卫星系统(BDS)与全球定位系统(GPS)进行融合,构建一种新型的基于GPS/BDS的双频双星座GBAS。首先,分析了GBAS的工作原理,并对Hatch滤波器的误差进行了分析,给出了一种适用于双频GBAS的无码载偏离载波相位平滑伪距算法;然后,对机载完好性算法进行了研究,给出了H0和H1假设下的机载保护级计算方法;最后,进行了系统验证实验,实验结果表明,单星座GBAS不能满足飞机III类精密进近与着陆导航的性能需求,GPS和BDS融合后可见卫星个数得到提升,优化了卫星几何分布,进而使得系统的可用性由80.6081%提升到大于99.9999%。

双频多星座北斗星基增强系统多路径误差特性研究

为了验证北斗星基增强系统(BeiDou Satellite Based Augmentation System,BDSBAS)多路径误差特性与国际民航双频多星座(Dual-Frequency Multi-Constellation,DFMC)星基增强系统多径误差模型的符合性,首先从导航系统信号特征出发,比较了北斗卫星导航系统(Beidou Navigation Satellite System,BDS)、全球定位系统(Global Positioning System,GPS)和伽利略卫星导航系统(Galileo satellite navigation system,GALILEO)频点信号特征;然后基于国际民航双频多星座北斗星基增强系统多路径误差模型的要求,提出一种双频多星座北斗星基增强系统多路径误差特性验证方法;最后,通过航空天线群延时试验以及实测数据对其符合性进行验证。结果表明:(1)BDS,GPS和GALILEO双频信号特征基本一致;(2)试验使用的航空天线符合DO-373天线群延时特性要求;(3)BDS,GPS和GALILEO多路径误差曲线变化趋势基本一致,双频多星座北斗星基增强系统多路径误差特性符合国际民航组织(International Civil Aviation Organization,ICAO)多路径模型要求。

北斗/GPS兼容接收机双频RAIM算法研究

接收机自主完好性监测(receiver autonomous integrity monitoring,RAIM)算法因具备独立自主、快速告警等优点被广泛应用于航空领域。由于传统RAIM算法仅在故障星出现粗大伪距偏差时才具备较高的检测与识别率,因此难以满足高精密航空飞行安全需求。为了提升完好性水平,从改善卫星空间构型与提升测距精度出发,提出一种组合星座双频RAIM算法。该算法建立了北斗/GPS双频伪距观测模型,在考虑同颗卫星双频信号伪距观测噪声相关性与伪距偏差在不同频点间扩散现象的条件下,继承奇偶矢量方法实现了故障检测与识别,提高了算法对于小伪距偏差的敏感度,图形与数据化仿真结果证明了该算法的有效性与可行性。

北斗二代混合星座数据质量分析

随着北斗导航系统的发展,北斗二代导航系统已经建设完成,可以为亚太地区的用户提供导航与定位的服务。北斗导航系统与其他导航系统相比,混合星座的设计以及国产星设备的不同,将导致北斗数据质量评估出现差异性与复杂性。本文基于双频IGS连续跟踪站数据,从数据完整率、信噪比、多路径等常规数据质量评估指标方面实现对北斗二代混合星座的数据质量评估,并与GPS数据质量做对比分析。结果表明:北斗二代不同数据质量出现差异性,总体数据质量较好,与GPS相当。

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.

北斗星基增强系统双频多星座服务性能研究

针对北斗星基增强系统(BDSBAS)双频多星座(DFMC)服务模式完好性及可用性问题,利用中国地区广域分布的地面监测站实测数据,对BDSBAS双频服务伪距域及定位域性能进行分析。结果表明:BDSBAS DFMC模式伪距域完好性优于99%,经双频改正后的BDS和GPS卫星伪距残差分别为0.44 m和0.68 m。DFMC BDS单系统增强模式水平和垂直定位误差均方根值(RMS)分别为0.71 m和1.15 m,相对于BDS单点定位三维精度提升13.9%;DFMC BDS+GPS双系统定位模式为0.65 m和1.15 m,相对于BDS+GPS双系统单点定位提升11.6%。测试时段内中部区域测站一类精密进近(CAT-I)可用性大于99%,满足民航应用要求;边缘地区测站可用性有所降低,BDS单系统定位模式为92%~99%,BDS+GPS双系统定位模式为96%~99%。相比于BDS单系统增强模式,双系统增强模式能够改善星座构型,降低定位保护级,提升定位连续性和系统可用性,同时也会导致危险误导信息(HMI)风险提高,定位域完好性降低。

GBAS进近服务技术演进

概括介绍了GBAS进近服务类型及技术,总结了基于单频实现Ⅰ类、Ⅱ/Ⅲ类精密精进的GBAS进近服务类型GAST C和GAST D的要点、国际标准现状和应用实施情况,详细介绍了SESAR DFMC GBAS概念框架下GAST F的技术要点,并重点分析和介绍了播发原始观测量的技术体制下实现DFMC GBAS的解决方案,包括算法处理流程、回退模式、电文和数据链路容量,为兼容北斗的DFMC GBAS的技术发展提供参考。

FY-3气象卫星降水探测能力分析与展望

降水是全球能量/水循环中的重要过程。本文着重分析FY-3气象卫星降水探测能力,展望风云卫星后续规划中降水探测技术的发展前景。分析表明,以FY-3降水星为主星,与其他FY-3极轨卫星组成的FY-3气象卫星降水探测体系,在设计层面上,从载荷类型、数量、通道设置等方面均优于由美国发起并已在轨运行的全球降水测量(Global Precipitation Measurement,GPM)计划核心星的设计性能。FY-3降水星设计装载Ka/Ku双频降水测量雷达,卫星轨道设计覆盖南北纬50°范围内的中低纬地区,对影响我国区域的台风暴雨等强对流天气系统结构具有三维探测能力。FY-3气象卫星星座的降水探测能力为气象防灾减灾提供了基础支撑。

BDSBAS时间基准互操作方法研究与性能测试

卫星导航星基增强系统(Satellite-Based Augmentation System,SBAS)由不同国家建设,所增强卫星星座和参考时间系统不尽相同,因此,星基增强系统时间基准之间的兼容互操作一直是国际民航组织(International Civil Aviation Organization,ICAO)星基增强系统标准研究中的重要技术问题。介绍了星基增强系统网络时(SBAS Network Time,SNT)的概念和研究现状,结合国际民航组织星基增强系统标准与建议措施(Standards and Recommended Practices,SARPs),对星基增强系统网络时间兼容互操作问题进行了分析和研究,并给出了目前最新的联合解决方案。在此基础上,对北斗星基增强系统地面状态进行了升级,并开展了服务性能初步测试。结果表明,北斗星基增强系统单频(Single Frequency,SF)星基增强系统网络时间和双频多星座(Dual-Frequency Multi-Constellation,DFMC)星基增强系统网络时间与参考全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)时间基准之间的最大偏差分别为37 ns和0.17μs,满足国际民航组织标准要求;服务性能基本符合APV-I等级要求,证明了北斗星基增强系统时间基准互操作的可行性和可靠性。

ARAIM技术研究进展

随着多星座卫星导航系统和双频技术的发展,高级接收机自主完好性监测(ARAIM)技术应用于更高阶段的精密进近成为可能。首先介绍了与ARAIM相关的3个重要内容:完好性性能要求、完好性支持信息、威胁类型及缓解方法。然后,对ARAIM国内外相关技术研究进行了综述,从故障分类、星座配置和ARAIM可用性及其预测3个方面。最后,结合ARAIM现阶段的发展,对未来的研究进行展望。

基于GPS的地基增强系统机载端完好性算法研究

针对地基增强系统(GBAS)非完好性事件的极端性,开展GBAS完好性算法研究,给出H0和H1假设下的机载端保护级计算方法,并分析GBAS中引起"虚警"和"漏警"两类非完好性事件的主要误差源。实验结果表明,机载端伪距经过差分校正后其位置精度优于1 m,可用性大于99.9999%,满足CATⅠ精密进近着陆导航需求。同时,进行非完好性事件仿真验证的结果表明,卫星几何分布和电离层风暴是引起"虚警"和"漏警"的主要误差源,未来CATⅢGBAS需将单星座扩展为包括北斗在内的多星座,将单频升级为双频,其中多星座可以优化卫星的几何布局,双频可以消除电离层风暴的影响。

基于北斗三号新频点的多路径误差特性验证方法研究

提出一种北斗三号新频点多路径误差特性验证方法,并通过接收机天线群延时实验以及实测数据验证其与国际民航组织给出的多路径误差模型的符合性。结果表明:1)实验使用的接收机天线符合DO-373天线群延时特性要求;2)在B1c/L1、B2a/L5和双频组合情况下,BDS与GPS的多路径误差曲线的变化趋势基本一致,即BDS与GPS多路径误差特性基本一致;3)BDS在B1c、B2a以及双频组合情况下的多路径误差特性符合国际民航组织多路径误差模型要求。