岸基多星多参数北斗GEO反射信号海面风速反演

开展北斗GEO卫星B3I信号岸基近岸海域海面风速反演研究.在GNSS反射信号相干时间和归一化时延波形面积两个观测量的基础上,本文提出了主成分分析和线性无偏最小方差的多星多参数海面风速反演方法.为了验证北斗GEO卫星B3I信号反演海面风速以及所提方法的有效性,在山东东营青东五验潮站开展了外场试验.试验结果表明反射信号的相干时间能够提供比波形面积更好的反演性能;多星多参数的反演结果比单星单参数的更好;线性无偏最小方差能够提供精度为1.15 m/s的最佳反演结果.

北斗GEO卫星星体多径反射模型的研究

多径干扰是影响北斗GEO卫星的主要误差源之一,为了研究北斗GEO卫星多径误差产生机理,提出了针对北斗GEO卫星星体表面的信号反射模型,并通过基于交叉验证的小波算法对KARR和XMIS站点接收的北斗GEO卫星观测数据进行分析。同时针对反射模型设计出基于"Morlet"连续小波变换的数值优化算法,得到反射参数。KARR和XMIS站的仿真数据表明,文中提出的卫星多径反射模型可以很好地对实测环境中测得的卫星多径进行预测。

卫星轨道参数对北斗GEO卫星多径效应影响的分析

在我国的北斗导航系统以及其他国家的星基导航系统中,地球同步轨道(GEO)卫星不仅用于播发增强信号,还作为测距源使用。同时GEO卫星多径干扰是制约卫星导航系统整体性能的一个不可忽略的因素。通过建立多径衰落数学模型,详细分析了GEO卫星多径衰落的机理,深入研究了卫星轨道参数对多径衰落的影响。通过对不同监测站实测数据的分析,北斗系统中倾斜地球同步轨道(IGSO)卫星和中地球轨道(MEO)卫星的多径衰落特性与其相应卫星的高度角存在相关性,但并未发现GEO卫星的多径衰落也拥有类似的特征。通过分析开普勒多径衰落因子KMPF的第一和第二零陷点的衰落特性,可在一定程度上反映出GEO卫星多径误差的变化。最后通过仿真实验证明了开普勒多径衰落因子对分析GEO卫星多径误差提供了重要的研究手段。

北斗GEO卫星CEI相时延解算方法研究

连线端站干涉测量(connected element interferometry,CEI)是高精度测角技术,在中高轨卫星、月球及深空航天器定轨定位中有良好的应用前景。基于CEI技术特点,提出了一种新的测量方法,即在相干测距模式下利用测距音和载波信号作为信号源进行连线端站干涉测量。构建了CEI试验系统对北斗GEO卫星进行观测,利用相干测距模式下的下行信号解算群时延、相时延。利用北斗GEO卫星精密星历计算的时延理论值,对北斗GEO卫星CEI群时延和相时延结果进行评估。结果表明,相干测距模式下CEI群时延和相时延残差均值分别为0.47 ns、0.08 ns,标准差(3σ)分别4.2 ns、0.13 ns。该项研究验证了相干测距模式下CEI相时延解算的可行性,可为共位地球同步卫星精密相对定位、月球探测器CEI测量提供技术参考。

北斗GEO卫星载波相位单差观测值的周期性分析

高精度的卫星定位测量中,由于卫星在测站上空的重复周期性运动,周期性误差是影响测量精度的重要误差源。恒星日滤波利用周期性误差的特点,提取前一天的周期性误差来改正后一天的定位结果,可滤波处理诸如多路径误差。本文从北斗GEO卫星载波相位观测值站间单差的角度来探讨其周期性特点,通过前后两天站间相位单差观测值进行对比,采用相关性分析方法,验证北斗GEO卫星载波相位单差观测值的周期性特征。

基于改进型第二类无奇点根数的北斗GEO卫星广播星历拟合算法及实现

针对北斗GEO卫星广播星历的拟合及用户算法需要进行轨道面旋转的情况，本文采用一种改进型第二类无奇点根数来代替原有的广播星历参数，给出了用户算法，推导了卫星三维坐标对无奇点根数的偏导数，并利用最小二乘算法对无奇点根数进行了拟合。北斗GEO实测轨道数据试验结果表明，该算法能很好地解决北斗GEO卫星小倾角和小偏心率所带来的拟合失败问题，且16参数的拟合精度优于0．1m。

北斗GEO卫星失效对单历元基线解算的影响

针对北斗二代卫星服务亚太区域需要使用GEO卫星来增加可用卫星数的问题,文中对北斗GEO卫星的数量影响单历元基线解算效果进行了分析。利用依据高度角从大到小顺序逐个剔除北斗GEO卫星来仿真该卫星失效过程,对两条基线数据进行了定位解算,对比不同北斗GEO卫星失效数量对模糊度固定率及定位精度的。结果表明:北斗GEO卫星失效数量与模糊度固定率和定位精度呈负相关,即失效越多,固定率越低定位精度越差。

基于北斗GEO卫星双频观测值连续监测电离层延迟

利用北斗GEO卫星观测数据直接计算电离层延迟。由于GEO卫星具有固定穿刺点和静地的特性,使得观测站监测电离层变化时可不考虑空间变化,并可进行连续不间断监测。通过分析北斗GEO卫星三种频率码伪距和载波相位观测值不同组合,选取B1&B2双频计算电离层延迟为最优组合,采用相位平滑伪距的方法计算电离层延迟TEC,相较其他电离层模型,该方法的优点是不会引入模型误差,可得到连续的高精度的电离层延迟监测结果。

北斗系统GEO卫星伪距多路径误差改正

北斗系统地球静止轨道(GEO)卫星因相对于地面近似静止,其多路径误差相对于其他类型较为严重,且表现出系统波动现象。为提升定位精度,本文在GEO卫星伪距多路径误差特征研究的基础上,采用奇异谱分析方法对其进行修正,并通过伪距单点定位(SPP)验证伪距多路径误差修正效果。选取测站CUT0连续10d的静态观测数据进行修正试验。研究发现,GEO卫星伪距多路径误差序列表现出较强的天重复性,且多路径误差中的系统误差项越大,重复性也越强;在运用奇异谱分析方法修正GEO卫星伪距多路径误差各系统误差项后,多路径组合(MP)观测值和SPP的定位精度均有一定程度提升。

利用北斗GEO卫星观测数据探测中尺度电离层行波扰动

根据GEO卫星的特点，给出了电离层扰动序列的提取方法以及扰动振幅、周期的获取方法，并根据实测的2012—04—16～2012—04—18的观测数据，对探测到的电离层扰动进行了初步分析。实验结果显示，1号GEO卫星在2014—0417T12：30左右探测到扰动，5号GEO卫星和4号GEO卫星分别在2012—04—17T18：50～2012-04—17T20：45和2012—14—18T06：00～2012-04—18T07：23探测到扰动，探测的电离层扰动发生时间及扰动的振幅、周期等传播特性与前人研究基本一致，而且提取的扰动序列不包含多谱勒效应的影响。

利用北斗GEO卫星观测监测深圳市周围地区电离层空间环境

采用非差非组合精密单点定位(precise point positioning,PPP)反演北斗GEO卫星穿刺点位置的垂直方向电子总含量(vertical total electron content,VTEC),利用GEO卫星在时域上穿刺点位置近似固定的特性,反演、分析了深圳市2020年的电离层空间环境参数,并详细评估了该区域VTEC实测值与国际GNSS服务(International GNSS Service,IGS)组织提供的全球电离层模型(global ionosphere model,GIM)电离层产品间的差异。结果表明:在深圳市,北斗GEO卫星的VTEC实测值与GIM产品具有较好的一致性,全年差值的日均值和标准差分别为-0.87 TECU和3.24 TECU,各月份差值的日间时段均值略小于夜间时段,差值的标准差呈现明显的季节性特性,其中,6月、7月、8月份较低。整体上,GIM的VTEC日峰值比实测值的小,全年差值的均值和标准差分别为3.51 TECU和5.98 TECU。

北斗反射信号海风探测数据分析与检定

利用导航卫星反射信号(GNSS-R)进行海风海浪探测为海洋气象提供了一种新的观测手段,数据分析及有效性检定是确定系统探测能力的重要过程.在描述北斗GEO卫星进行海风探测机理的基础上,利用北斗反射信号的相关时间进行了海风的反演.同时针对国家北斗应用项目"基于北斗导航卫星的大气海洋和空间监测预警应用示范工程"在山东进行试验和试运行期间产生的风速观测数据进行分析,并通过与标准数据的对比,确定了该方法的有效性.

凸优化SAR的城区不规则高层建筑反演重构成像

针对城区不规则高层建筑目标三维成像算法进行研究,基于Attributed Scattering Center(ASC)模型,优化不规则复杂体高层建筑的GEO SAR重构算法。利用北斗GEO卫星作为辐射源,机载接收机作为信号接收平台,成像场景反射GNSS信号作为回波信号,建立以稀疏表示系数和字典为凸优化变量的优化模型,提出一种基于变量分裂和增广拉格朗日技术的迭代方法。基于GEO SAR系统进行回波仿真和成像处理,利用TeslaK20C显卡仿真平台,生成建筑物图像并应用于目标成像仿真。仿真结果表明,生成的图像可反映不规则高层建筑结构特点和散射强度差异,具备较好的准确性、完整性与可视性,证明了所构建的高层建筑目标模型能够应用于GEO SAR成像系统的仿真验证。

基于导航卫星反射信号的距离-多普勒图信噪比增强算法

利用全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)与地基接收机构成的双基地雷达探测水上目标,是监测水上交通的新兴手段。利用由地球静止轨道(geostationary earth orbit,GEO)卫星反射信号生成的距离多普勒(range-Doppler,RD)图来实现目标探测。为了提高RD图中运动目标回波信号的信噪比,提出了一种增强回波信号能量的算法。该算法首先将相邻距离元和多普勒元上的回波信号通过距离补偿和多普勒补偿搬移到弱回波信号的位置,然后通过信号累加提高回波信号的能量,从而达到增强信噪比的目的。描述了探测长江货轮的实验,实验结果表明经增强算法处理后,运动目标回波信号的信噪比平均提高了4 dB左右。这一结果验证了利用北斗GEO卫星探测水上目标的可行性。