可重构智能超表面在卫星导航系统中的应用展望

高中低轨复杂大型星座是下一代全球卫星导航系统(GNSS)的发展方向,尤其是低轨卫星的大量部署,对卫星段和地面段的波束扫描天线在成本、重量及功耗等方面提出了更高要求,传统的电扫相控阵天线和机械扫描天线均无法较好地满足需求。近些年,可重构智能超表面(RIS)因其可低成本、低功耗地控制波束传播方向而被极大关注,并在下一代移动通信中被视为能够提升网络容量和覆盖范围的主要关键技术之一,利用RIS来解决卫星导航系统中的天线问题具有较大的潜力,但同时也面临诸多挑战。基于下一代卫星导航系统的发展需求,本文简要介绍了RIS的基本原理及目前的发展现状,重点分析了RIS在卫星导航系统中的应用前景,并提出了需要解决的核心关键技术。

GALILEO全球卫星导航系统的体系结构

GALILEO全球卫星导航系统目前处于开发和确认阶段,其系统体系结构的方案在不断地设计和修改。理解其体系结构,对于我国能够更好地参与GALI-LEO系统的建设,发展我国的科技与国民经济具有重要的意义。本文对目前的GALILEO体系结构做了全面介绍。

俄罗斯全球卫星导航系统 志在提升人类生活质量

在中国快马加鞭建设北斗卫星导航系统的同时，俄罗斯也在加紧建设和完善本国的全球卫星导航系统（GLONASS），并通过开展国际合作和制订相关的法律法规，大力向民用推广。请看GLONASS系统总设计师描绘的未来导航生活。

北斗三号全球卫星导航系统建成开通

2020年7月31日,习近平总书记向世界宣布北斗三号全球卫星导航系统正式开通,标志着“北斗”的“三步走”发展战略圆满完成,“北斗”迈进全球服务新时代。8月3日,北斗三号全球卫星导航系统建成开通新闻发布会在国务院新闻办公室召开,介绍了北斗三号全球卫星导航系统建成开通有关情况,并发布了服务接口控制文件。

北斗三号全球卫星导航系统正式开通

2020年7月31日,北斗三号全球卫星导航系统建成暨开通仪式举行。中共中央总书记、国家主席、中央军委主席习近平出席仪式,宣布北斗三号全球卫星导航系统正式开通。8月3日,北斗三号全球卫星导航系统建成开通新闻发布会召开。会上介绍了北斗三号全球卫星导航系统建成开通有关情况,发布了相关服务的接口控制文件。

北斗导航系统在高速公路控制测量中的精度分析

北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System,以下简称BDS)是着眼于国家安全和经济发展需要,由中国自行研制的全球卫星导航系统,也是继美国GPS、俄罗斯GLONASS之后的第三个成熟的全球卫星导航定位系统。BDS目前已广泛应用于社会的各个领域,如交通运输、森林防护、消防救援,测绘与地理信息等。

COSMIC-2近实时廓线反演对流层延迟及其质量分析

为了进一步提高全球大气探测和极端天气预报的精度,提出一种气象、电离层与气候星座观测系统2代(COSMIC-2)近实时廓线反演对流层延迟方法:指出随着气象、电离层与气候星座观测系统2代(COSMIC-2)掩星探测深度的加深,通过掩星手段为地表全球卫星导航系统(GNSS)观测站提供近实时先验天顶对流层延迟(ZTD)产品成为可能;采用COSMIC-2掩星Level 2近实时产品wetPf2大气湿度廓线获取掩星ZTD,并以欧洲中期数值天气预报中心第五代再分析资料(ERA5)作为参考,分高程、纬度、季节评估其反演精度。结果表明,COSMIC-2掩星反演天顶对流层延迟ZTD整体精度较高,10 km高程以下全球定位系统(GPS)信号反演ZTD精度较格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)信号更优;掩星反演ZTD精度随高程增加而提升,在0~1 km高程范围内精度最低,均方根(RMS)分别为11.33 mm(GPS)、11.54 mm(GLONASS);中低纬度区域(25°N—35°N)反演ZTD精度低于低纬(15°N—25°N)和中纬(35°N—45°N)区域,其中中纬区域精度最高,RMS分别为4.74 mm(GPS)、4.70 mm(GLONASS);掩星反演ZTD精度同样受季节影响,GPS/格洛纳斯全球卫星导航系统(GLONASS)双模信号均在夏季反演精度最差,冬季反演精度最高,冬季RMS分别为4.15 mm(GPS)、4.18 mm(GLONASS)。

热带典型海洋区域CYGNSS风速产品质量评估

为了评估旋风全球卫星导航系统(CYGNSS)海面风速产品在热带海洋上的精度及稳定性,本文在分析CYGNSS不同版本、不同等级的数据产品,以及其生成过程、时空分辨率、适用度等基础上,以全球热带系泊浮标阵列与美国国家飓风中心(NHC)提供的实测风速数据为参照,选择大西洋、印度洋,以及太平洋中、东部热带典型区域为研究区,从有效数据量、不同精度指标等多方面重点对v2.1与v3.1版本的L2级风速产品进行了质量评估。结果表明:相比较于v2.1,v3.1中、低风速产品在各研究区的有效数据量平均提升约40%,与浮标实测风速的均方根误差减小了43%以上;高风速产品与NHC飓风监测数据的均方根误差减小了27%以上;在不同风速条件下的海面风速产品均与参照数据表现出了更高的相关性。本文研究成果可为用户在精准选择CYGNSS数据产品进行海面风场探测领域的研究及应用提供参考。

VSC可控震源导航系统在地震勘探中的应用

成熟的可控震源导航配套技术是高效采集地震资料的保证。本文详细介绍了VSC导航的功能、实现方式以及在地震施工中的应用情况。VSC导航四年的施工实践证明,其高可靠性完全能满足当前高效采集的所有施工方法,也极大地提高了地震资料采集的效率。

先验信息约束的车载GNSS RTK/IMU紧组合导航算法

针对传统RTK/IMU组合导航系统在复杂环境中的模糊度固定率低导致其精度和可靠性较差的问题,文中提出一种先验信息约束的车载GNSS RTK/IMU紧组合导航算法。该算法首先构建一种基于IMU辅助伪距一致性检测的GNSS质量控制模型,以识别并剔除粗差较大的伪距观测量,接着提出一种附加先验长度信息约束的GNSS模糊度解算方法,提高GNSS模糊度解算的成功率,最后,将RTK与IMU输出的数据通过EKF进行紧组合滤波融合,从而提高组合导航系统在复杂环境中的精度与可靠性。实测车辆实验数据表明,提出算法相对于传统RTK/IMU紧组合导航算法,在三维位置和速度上的精度提升率达到36.36%和14.29%;与基于IMU位置信息约束的RTK/IMU紧组合导航算法相比,提升率分别达到26.31%和20.00%。

北斗三号基本系统空间信号质量评估

全球卫星导航系统(GNSS)空间信号(SIS)质量直接影响了用户使用性能。北斗三号卫星不同于北斗二号卫星,将继续播发北斗二号老信号,同时新增播发B1C,B2a等新信号,多频多信号多分量的信号体制较北斗二号更为复杂,对导航卫星信号质量控制提出了较大挑战。2018年底北斗系统完成了18颗卫星组网,完成北斗三号基本系统建设并开始提供全球服务,有必要对北斗三号在轨卫星空间信号质量进行量化评估。传统空间信号质量评估方法侧重于单项的定性评估,而针对北斗三号复杂的信号体制,缺乏系统的、定量的分析结果。该文对标北斗系统接口控制文件(ICD),从功率特性、频域特性、时域特性、相关域特性和信号一致性等方面研究了不同参数配置对评估结果的影响,形成了一套面向新型调制方式和多频多分量复用信号的量化评估方法。基于40 m大口径天线的空间信号质量评估系统,对18颗MEO卫星进行了长时间监测跟踪和数据采集,首次对北斗三号卫星空间信号质量进行了全面量化评估。结果表明:北斗三号卫星空间信号质量良好,18颗MEO卫星一致性较好,符合ICD指标要求,可满足服务区内用户需求;评估方法可用于对后续导航卫星空间信号质量的量化评估。

基于自适应噪声方差的卫星定位故障检测法

不同观测环境的实际观测噪声可能存在较大差别,因此,固定的噪声方差矩阵可能使基于卡尔曼滤波故障检测法的故障检测效果下降。对此,提出自适应噪声方差的卫星定位故障检测算法,利用滑动窗内的历史新息实时估计观测噪声方差矩阵,在此基础上构建故障检测量与识别量对故障进行检测与识别,利用不含故障的新息更新状态向量并解算出定位结果。实验结果表明:所提算法在静态模式下,可100%检测和识别的最小单阶跃故障为3 m,对持续时间为100 s、斜坡故障增长速率为0.2 m/s的斜坡故障识别比率为51.4%,可100%检测和识别的最小多故障为4 m;在动态模式下,可100%检测和识别的最小单阶跃故障为10 m,对持续时间为200 s、斜坡故障增长速率为0.2 m/s的斜坡故障识别比率为66.25%,可100%检测和识别的最小多故障为12 m。所提算法性能优于基于最小二乘和卡尔曼滤波的故障检测法。

卫星导航信号数学仿真技术研究

针对卫星导航信号模拟源研制过程中的多体制、多系统导航信号中时空基准的一致性、多系统兼容性数学仿真难题,在分析导航信号结构、特点的基础上,研究了观测量和导航电文的生成方法,并根据多系统参数之间的时间和空间关系,提出了利用时间系统和坐标系统的转换参数解决多系统、多体制信号数学仿真的时空一致性和兼容互操作问题,并对多系统多体制信号的兼容与互操作仿真进行研究。

GNSS地面运行控制系统的发展与启示

本文对卫星导航系统的地面运行控制系统进行了深入分析,对GPS和GALILEO的地面运行处理系统的组成,体系结构进行了详细描述。对GPS地面运行处理的发展演化过程及未来发展趋势进行了分析和研究,对GALILEO系统的未来发展也进行了跟踪分析。根据对两大地面运行控制系统的发展历程和发展趋势的归纳、总结得到了一些启示,对建设我国地面运行控制系统具有一定的借鉴意义。

卫星导航信号稳定性分析方法研究

全球卫星导航系统空间信号分析是系统设计阶段与运行过程中的一项重要工作。首先给出了基于全球卫星导航系统监测接收机观测量的空间信号稳定性分析方法,然后通过数字仿真实验证实了方法的可用性,最后以北斗系统地球同步轨道卫星的实测伪距数据为例,从原始伪距观测数据、伪距拟合残差与伪距拟合残差标准差3方面对信号稳定性进行了分析,实验结果进一步验证了本文方法的可行性与有效性。方法对于保障卫星导航信号的连续性与可靠性具有一定意义。

多系统GNSS观测数据质量检测与分析

在全球卫星导航系统的研究和应用中,高质量的GNSS观测数据能为后续的数据分析和处理提供可靠的保障。以iGMAS和MGEX跟踪站采集的四系统多频点观测数据为研究对象,从数据处理角度深入分析了数据质量评估的相关指标,并按照不同系统间的频点差异,对各类型GNSS采集设备进行了对比分析。

陀螺转子轴承含油保持架质量的控制

采用聚酰亚胺材料制造陀螺转子轴承保持架时，为提高轴承的寿命和可靠性，对聚酰亚胺含油保持架质量控制指标进行了分析，并作了相应的试验，得出结论是含油率和油保存率应定为质量考核指标。附图５ 幅，参考文献２篇。

不同环境下手机GNSS数据质量及PPP性能分析

为了进一步提高智能手机的定位精度,提出一种不同环境下智能手机全球卫星导航系统(GNSS)数据质量及精密单点定位(PPP)性能的分析方法:通过可见卫星数、数据完整率、数据中断次数、载波噪声密度比(C/N0,文中简称为载噪比)、多路径5个指标对小米8手机在开阔、信号塔、河边、树荫和高楼5种不同环境下的GNSS数据质量进行对比分析;随后测试其在不同环境下的PPP性能。结果表明:在可见卫星数方面,全球定位系统(GPS)与北斗卫星导航系统(BDS)观测卫星数明显较多;在数据完整率方面,L5/E5a频率信号相对L1/E1频率信号更易受环境因素的影响;对于数据中断情况,L5/E5a频率信号发生中断的次数在开阔、信号塔、河边和树荫4个不同环境下分别比L1/E1频率信号增加了95%、89%、54%和32%;对于载噪比,不同环境下的L1/G1/B1/E1频率信号C/N0均与高度角呈明显正相关关系,而L5/E5a频率信号C/N0与高度角无明显相关关系;在多路径方面,小米8手机的多路径均方根误差是天宝大地型接收机的5倍多,表明手机内置的线性极化天线对多路径的抑制能力较差;另外,河边和高楼环境下的多路径误差明显增大;在定位性能方面,使用单双频混合PPP模型在静态开阔环境下小米8手机三维定位精度可达1.45 m,相比信号塔、河边、树荫和高楼环境分别提高了6%、42%、44%和94%,动态PPP三维定位精度相比静态下降到2.35 m。

GNSS观测值域增强PPP定位中综合改正数质量控制算法

若全球卫星导航系统(GNSS)观测值域综合改正数中存在粗差或周跳则不可避免地会影响精密单点定位(PPP)增强的定位结果.针对综合改正数中可能存在的异常,对综合改正数质量控制方法开展研究并提出异常识别与控制算法.该算法根据综合改正数特点,利用经过频间和二阶历元间差分后的综合改正数组合值采用中位数法进行异常识别与定位,并对使用该异常值的卫星采用模糊度重新初始化、降权或剔除方法进行控制处理,以减少异常值对结果的影响.以平均边长为26 km的部分香港连续运行参考站(CORS)组成的参考网以及科廷大学提供的零基线数据对该方法验证,结果表明:对30s采样间隔的数据该方法能够有效探测出差分组合值中大部分1周以上的较大异常和部分1周以内的异常,有效控制部分异常值对定位结果的影响.