精准时空感知赋能数字经济发展

当前数字经济的发展愈发依赖于精准时空信息,分析了通信导航融合感知网络对实现精准时空感知的作用与挑战,介绍了我国在通导融合研究方面取得的突破性进展,阐述了隐嵌信噪定位技术对5G网络定位性能的提升、异构多网多源融合对定位鲁棒性的保障,对北斗与5G深度融合的增量效应进行了讨论。从精准时空感知如何赋能数字经济发展的角度对通信导航融合网络做出进一步规划。

北斗三号系统卫星自主完好性监测技术

完好性对于全球卫星导航系统(GNSS)来说至关重要,关乎到其能否被放心应用。卫星自主完好性监测(SAIM)技术,是完好性监测技术发展的前沿趋势,国内外卫星导航系统均竞相发展。介绍了北斗三号系统SAIM技术设计与实现的重要意义,从功能设计和实现原理两个方面,阐述了北斗三号SAIM技术体制。针对SAIM实际在轨监测数据的正态分布特性服从程度和长期稳定性等问题,随机选取某一颗中圆轨道(MEO)卫星自2020年7月31日北斗三号系统正式开通服务以来至2021年7月31日连续1年期间的监测数据,得到真实在轨监测数据的分布特性。最后,提出了告警门限优化、分级告警策略设计、星历完好性自主监测等方面的后续发展必要性建议,旨在为北斗系统更好地为全球用户提供更优质的完好性服务提供参考。

GPS/BDS组合导航系统的精密单点定位模型

为了改善单卫星导航系统由于卫星数量较少,导致定位误差高的问题,设计全球定位系统(GPS)/北斗卫星导航系统(BDS)组合导航系统的精密单点定位模型:线性组合处理GPS与BDS的伪距和载波相位观测值,并构建GPS/BDS组合导航系统的组合观测值;接下来利用协方差成形自适应卡尔曼滤波方法,对组合导航系统导航过程中的卫星钟差、电离层延迟等误差实施滤波;再利用滤波处理后组合导航系统的广播星历,获取卫星轨道以及钟差;然后利用经验模型修正对流层延迟,获取相位观测值与伪距的综合改正数;最后利用综合改正数修正组合导航系统的观测方程,构建精密单点定位模型。实验结果表明,GPS/BDS组合导航系统采用所构建模型进行精密单点定位,不同方向定位误差均低于10 cm,证明了提出模型的有效性。

“北斗+5G”天地一体化系统赋能文旅行业发展探析

北斗系统具有高精度、全球覆盖、全天候监测等优势,可以为室外应用提供精准的定位和导航服务,5G网络则具有高速、低延迟、大容量等特点,能够为有5G网络覆盖的区域提供更稳定、更快速的数据传输和网络定位服务,将北斗系统与5G系统综合运用,可以充分发挥各自的特点和优势,实现更快速、更准确的联合定位服务。基于北斗与5G的天地一体化系统在文旅行业的应用,能够为文旅行业的交通出行、景区导览、饮食安全、非遗保护、应急救援等提供定制化、精准化的服务,推动文旅行业的跨界融合发展,并促使文旅行业个性化服务迈向更高的层次。

电力北斗应用体系设计与应用研究

随着北斗卫星导航系统(BeiDou Satellite Navigation System, BDS)的成熟,电力北斗应用不断拓展和深入,并构建起较为完整的应用体系.本文对电力BDS应用体系架构进行了研究设计,重点介绍了电力北斗在规划建设、设施设备管理、营销、调度控制及物资后勤管理等五方面的应用,并对电力北斗应用未来发展趋势进行了分析,提出了相应的发展建议.

汽车直连卫星一体化终端的设计与实现

汽车车载T-Box作为人与车、车与外界的通讯设备,可以实现拔打电话、收发短信、语音控制、语音播报等功能,增强了用户体验及服务。本文研究基于天通通信、北斗短报文通信、双频导航于一体的车载终端设备。在地面基站信号较弱的环境下,通过双频导航和陀螺仪计算汽车方位,可以实现天线自动指向卫星,进行天通数据流量通信和北斗短报文应急通信,达到较好的应急通信质量。同时详细描述了该一体化终端的设计思路。

基于BDS/INS的列车组合定位建模仿真方法研究

基于北斗卫星导航系统(BDS)的列车定位可减少列控系统地面设备,降低建设成本。然而列车运行环境复杂多变,如车站、隧道等场景可能导致卫星信号被遮挡,仅依靠BDS难以保障列车定位的连续性和准确性。为此,采用卡尔曼滤波算法实现BDS与惯性导航系统(INS)的组合解算,以提高列车定位的连续性和定位精度。采用基于Simulink的形式化建模方法,根据BDS/INS组合定位架构及其数据处理算法仿真逻辑,构建完整的BDS/INS组合系统仿真模型,利用青藏铁路现场采集的数据验证组合定位模型及算法的有效性。仿真结果表明:基于BDS/INS的列车组合定位在隧道场景下仍能输出定位结果,保障了列车定位的连续性;在开阔场景下,与单BDS定位模式相比,BDS/INS组合定位北向精度提高11.20%,东向精度提高4.17%,水平方向精度提高9.41%。

多普勒积分辅助BDS三频周跳探测

针对单频多普勒积分对低采样率数据周跳探测精度较低的问题,提出一种基于北斗卫星导航系统(BDS)三频观测数据的多普勒积分辅助伪距相位组合的周跳探测方法:利用多普勒积分计算历元间伪距变化量,大大减弱多路径效应的影响;并通过选择最优的三频组合系数构造宽巷相位和窄巷伪距组合周跳检测量,提高多普勒积分对低采样率数据的周跳探测精度。实验结果表明,提出的组合方法可以弥补各自的周跳探测盲点,对于不同采样率数据,不仅能有效探测和修复大小周跳、连续周跳和不敏感周跳,还可以准确地辨别1个周期以上的周跳和粗差,具有良好的周跳探测性能。

北斗高性能导航与应用课程思政教学模式研究

课程思政是高校践行立德树人根本任务的重要途径,针对北斗高性能导航与应用课程中思政教育元素不充足、学科交叉融合不紧密、学生创新意识不浓厚和社会资源利用不充分的问题,该文提出将“自主创新、开放融合、万众一心、追求卓越”的新时代北斗精神运用到课程教学当中,通过他人故事与现身说法结合、正面典型与反面案例结合、个体探索与集体研讨结合和课堂学习与实践练习结合的新型教学模式,全面提升新时代人才培养质量。落实培养社会主义事业的建设者和接班人、德智体美劳全面发展的人、担当民族复兴大任的时代新人这一立德树人根本任务。

北斗单频星基增强服务性能初步评估

针对北斗单频星基增强服务(BDSBAS-B1C)实际服务性能指标尚不明确的问题,提出一种BDSBAS-B1C服务性能监测评估方法:开发一套BDSBAS-B1C服务性能分析软件;并结合2022年1—4月的观测数据对BDSBAS-B1C的覆盖范围、可用性、连续性、定位精度和完好性等服务性能关键指标进行初步评估。结果表明,BDSBAS-B1C的I类垂直引导进近服务可用性和连续性在中国内陆区域能够达到99.99%以上,而在中国边界区域会有所下降,水平定位精度约为1.1 m,高程定位精度约为2.1 m,较全球定位系统(GPS)标准定位提升了约46%和43%,评估期间没有发生误警、漏警事件。

多检测统计量联合的T-RAIM故障检测方法

针对最小二乘接收机自主完好性监测算法中,故障检测概率随着可见卫星颗数的增加而降低的问题,在接收机授时自主完好性监测(T-RAIM)场景下提出一种多检测统计量联合检验的完好性算法:理论分析该方法的检测性能,并仿真验证在北斗卫星导航系统(BDS)和BDS加低轨系统场景下的故障检测能力。结果表明,在相同虚警概率的情况下,该算法能够有效提高故障检测概率,单BDS场景下故障检测率平均可提高34.4%,BDS加低轨场景下故障检测概率平均可提高12.1%。

海洋通导一体化系统的发展与趋势

随着万物互联智能时代的到来,需对通信与导航进行相互赋能,构建通导一体化的泛在网。面对水下通导技术分离发展的情况,本文梳理了水下通信和导航的发展脉络,发现:水声通信是水下远程通信的主要方式,但其效果远弱于陆基无线电通信,水下光学和电磁波通信能提供稳定的近程通信服务;水声导航技术是应用最广的水下导航技术,国外商业公司形成了系列化的产品,国内相关单位在关键技术指标上也实现了“并跑”。目前,中美日等国家/地区均在加速研究海洋通导一体化系统,取得了浅海试验组网成果、厘米级精度的大地测量成果、局部海域米级精度的导航成果以及中尺度海域千米级精度的定位成果,但尚未形成通导一体化的成熟体系。

北斗卫星导航产业发展态势的多维度预测方法

针对北斗市场发展过程中不同维度市场产值的预测需求,从整体产值、产业链、上市公司市值等3个不同维度构建了北斗市场产值预测模型。从整体市场产值预测需求出发,研究对比了不同预测模型的产值预测方法及精度,得到不同数据情况下的模型选择参考;基于产业链的产值发展数据,采用不同的经济预测模型,实现单一产业链或整体产值的统计预测;基于上市公司市场产值的预测方法,对特定上市公司、整体北斗市场等不同维度和层次的市场产值进行跟踪和预测。最后,通过实验验证分析了不同模型和方法的精度和可行性,分析在不同数据基础和预测需求条件下的适用方法,为满足不同维度的北斗市场产值预测提供数据和决策支持。

基于多星座GNSS的高轨航天器组合导航性能评估

高轨航天器采用多星座GNSS(包括BDS、GPS、Galileo、GLONASS)导航时存在可见卫星数少、定位误差大和难以保证持续性等问题,而随着北斗三号全球卫星导航系统的正式开通,有了更多提供导航服务的在轨卫星,能大幅增加高轨航天器可用的卫星数量并显著改善其定位性能。针对典型中高轨道航天器场景,开展了基于含北斗三号的多星座GNSS的组合导航定位性能仿真和评估。仿真结果表明,基于紧组合定位算法的典型高轨航天器可以获得米级的定位精度,与松组合定位模型相比,在可见卫星数量较少时仍可保证误差不发散,验证了当前多星座GNSS背景下典型高轨航天器应用紧组合定位时的误差水平,特别是基于并行遗传算法(Parallel Genetic Algorithm,PGA)下的GNSS/SINS紧组合算法可进一步改善定位精度。

海上组合导航中北斗定位误差处理方法研究

本文针对海上捷联惯导与北斗卫星导航系统松组合导航的场景,研究了北斗定位误差的处理方法。通过分析北斗定位误差的来源,指出北斗定位误差在局部区域、短时间内存在常值偏离。该常值偏离可以通过地面差分站发布的差分数据补偿。现阶段,北斗系统的地面差分站主要集中在国境内重点区域,对于没有布设地面差分站的国境外区域尤其是海洋区域,常用方法是将北斗定位误差看作噪声来处理。但是,这种方法会牺牲组合导航的精度。本文提出采用卡尔曼滤波状态扩维方法,将北斗定位的常值偏离纳入滤波器状态进行估计,以提高组合导航精度。由仿真算例可知,该方法可有效提升定位精度。

BDS-3 PPP/INS紧组合周跳探测及修复方法

针对载波相位观测值在实际测量中存在整周数跳变的问题,提出一种BDS-3PPP/INS紧组合周跳探测及修复方法:在北斗三号卫星导航系统(BDS-3)精密单点定位(PPP)/惯性导航系统(INS)紧组合模型基础上,构建星间历元差分宽巷检测量及星间差分电离层残差检测量,以实现INS辅助BDS-3周跳探测与修复;分析可知,星间历元差分宽巷检测量利用INS短时间高精度特性,求得卫星—接收机几何距离,但无法探测等周周跳,而星间差分电离层残差检测量可消除几何距离误差,但无法探测特殊比例周跳,所以将2种方法联合实现优势互补,可以实现对所有周跳的探测以及探测后的瞬时修复。实验结果表明,所提方法在连续历元或一定中断时长内能够探测大、小、等比、特殊比例周跳,同时在中断10 s内可以实现周跳探测后的完全修复,20 s内实现部分修复。

面向北斗异构星座的多参考一致性检验方法

针对卫星导航地基增强系统(GBAS)中多参考一致性检验(MRCC)方法应用于北斗卫星导航时存在故障监测灵敏度较低的问题,提出一种面向北斗异构星座的MRCC方法。该算法通过顾及北斗异构星座与不同卫星高度角区间的观测量质量差异性,采用分区网格化构建思想,改进阈值模型构建策略。采集实测北斗观测数据,人为在测试时段内的全部可见卫星上加入阶跃、缓变、加速度等典型故障对所提方法进行性能测试。阶跃型故障测试中,改进方法相对于传统方法能够探测到变化幅值更小的阶跃型故障;缓变型与加速度型故障测试中,改进方法能够更快地实现故障监测。结果表明,改进方法更适用于基于北斗卫星导航的接收机异常观测量监测。

基于靶场CORS的试验区北斗数据质量分析

自2011年国际GNSS服务(International GNSS Service,IGS)启动多GNSS实验项目(Multi-GNSS Experiment,MGEX)以来,多GNSS兼容和互操作成为研究热点,我国率先发起国际GNSS监测评估系统(International GNSS Monitoring and Assessment System,iGMAS)旨在对GNSS的运行状况和性能指标进行监测评估.鉴于此,本文从用户使用端出发,通过对连续运行参考站(continuously operating reference station,CORS)的数据完整率、周跳比、伪距多路径、载噪比(carrier to noise ratio,CNR)和伪距测量精度进行量化分析,探讨了基于靶场CORS系统进行试验区北斗数据质量监测与评估的方法,为高精度武器试验鉴定提供科学、可量化的卫星环境精度指标.

铁路新型列车运行控制系统技术创新及应用

列车运行控制系统(简称列控系统)是铁路安全运输的关键,也是提高运输效率的重要技术手段。我国西部铁路受自然条件限制,对列控系统提出轨旁设备少、维护工作量小、运输效率高的需求,因此研制了适用于西部铁路、具备移动闭塞功能的新型列控系统。介绍新型列控系统的研究背景、设计原则、主要功能结构与工作模式,重点分析系统采用的多源融合列车定位、列车完整性检查、站区一体化控制、移动闭塞等7项创新技术,并提出系统后续发展完善的展望。

北斗+低轨通导一体位置服务网络与低空经济应用

国家对于低空经济发展的政策扶植逐步加强,使得低空经济近年来呈加速发展之势,但是目前的通信、导航和监控基础设施,无法满足未来无人机城市物流、巡检等新的低空应用的泛在精准可信的位置服务和高容量低延时通信需求。文章分析低空经济发展对于通信导航监视基础设施的需求,研究北斗+低轨通导一体化服务网络的关键技术,提出导航信息增强服务、快速精密定位服务和通导一体化服务三种类型的北斗+低轨通导一体化服务手段,构建北斗+低轨通导一体化位置服务网络的基本架构,并对未来北斗+低轨通导一体位置服务网络在低空经济中的应用进行了设想。