GNSS卫星轨道机动探测技术进展

针对轨道机动探测是各种空间任务的共性关键技术,是全球卫星导航系统(GNSS)精密定轨定位数据处理的首要工作,在卫星导航领域具有重要的研究意义,尤其是中国多星座构型的北斗卫星导航系统,轨道机动频繁,影响更为严重的现状,研究分析全球卫星导航系统(GNSS)卫星轨道机动探测技术的进展:概述轨道机动的概念、机动方式和机动时间;归纳整理目前GNSS卫星轨道机动探测中常用的技术方法,包括基于卫星轨道的探测方法、基于卫星广播星历的探测方法以及基于观测值的探测方法;总结各类卫星轨道机动探测方法的特点,并统计分析GNSS卫星的轨道机动频次与时段,指出随着GNSS卫星轨道机动探测方法的不断完善,实时及事后卫星轨道机动探测问题都得到了显著改善,促进了GNSS服务性能的进一步提升;最后,总结现有轨道机动探测方法的优势与局限性,展望GNSS轨道机动卫星数据处理中尚须进一步解决的重要问题。

面向服务的新一代卫星导航系统空间段关键技术

为持续提升卫星导航系统的服务性能、满足用户更加专业和多元的需求,世界各国均在持续开展卫星导航技术的研究,加紧推动新一代卫星导航系统的规划部署。本文系统梳理了当前世界各国面向服务的卫星导航系统空间段技术最新发展情况,对空间段技术发展特点进行了总结,基于对系统服务性能贡献度和密切相关度的分析,提出了四大类空间段创新技术,分别为:时空基准技术、高精度高完好信号播发处理技术、可信导航技术、高集成全数字化载荷实现技术,给出了基本要求与关键技术,可为我国卫星导航系统后续研究与工程化应用提供参考。

地基BDS/GNSS水汽监测在水利领域的研究进展与展望

地球上几乎所有的水汽都集中在对流层,水汽含量对全球气温、降水等气象要素都有很大的影响,在一定程度上可以影响地球气候变化,在全球范围内调节热量平衡.对对流层水汽监测、水资源管理、极端天气预警和气候变化研究等具有十分重要的作用.在北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System, BDS)/GNSS技术持续发展和完善的过程中,BDS/GNSS大气可降水量反演(precipitable water vapor,PWV)逐渐成为一种新型的水汽探测技术,相较于传统水汽探测技术可实现对水汽高精度、近实时的监测.本文对BDS/GNSS PWV反演的发展历程及研究现状进行了系统地综述,阐明其反演原理与方法,主要从高精度水汽监测、降水短临预报、气候变化及旱涝监测方面分析地基BDS/GNSS水汽监测在水利领域中的应用与发展方向.

GNSS卫星导航地基增强系统与位置云服务关键技术

针对地基增强系统自主研发了高精度增强参考站网络位置服务平台,通过与国际上代表性的平台系统比测,结果表明:网络RTK服务的初始化时间基本一致,相同测试点两个系统的精度相当,均实现了厘米级的RTK定位.北斗与GPS联合数据处理结果表明:联合解的57条基线在X、Z方向均优于1 mm,Y方向优于2 mm.与北斗和GPS单独解算相比,联合解算分别有55条和53条基线精度得到了改善,占总体的96.5%和93.0%.针对大规模CORS网络的多模GNSS数据融合、处理与位置服务问题,提出了建立位置无关服务和资源池的位置云服务的思想,实现数据处理与分析能力共享、多样性服务、广域无缝定位连接,为广域分布式CORS网络的信息获取、共享、处理和分析等提供了全新的理论基础.

基于地球GNSS和导航增强星的地月空间导航方法

针对载人登月及无人月球探测后续任务中亟须突破的高精度实时自主导航需求,拥有GNSS自主导航能力具有重大意义,符合未来月球探测任务简便、低代价导航发展趋势。而将地球GNSS导航直接应用到地月空间导航场景所能提供的实时导航能力有限,无法满足高精度导航应用的需求。因此,提出了一种基于地球GNSS和导航增强星的地月空间导航方法,通过仅增加一颗月球空间导航节点,在播发导航信号的同时,分别建立与地球GNSS导航星座和月球用户之间的双向时间同步链路,将钟差与位置误差进行解耦,实现月球用户的高精度实时三维绝对导航。仿真结果表明,该方法能大幅提升月球用户的几何精度因子,可获得优于50m的实时定位精度,具有很强的实用性。

GNSS/INS组合导航中IMU参数设定与优化

针对惯性测量单元(IMU)参数设置不合理导致全球卫星导航系统(GNSS)/惯性导航系统(INS)组合导航无法充分发挥IMU性能的问题,提出了一套IMU参数设定与优化方案,建立了以GNSS短期中断期间导航漂移误差统计值、理论估计精度一致性以及IMU误差参数估计稳定性为评估对象的考核准则,使优化后的IMU参数可以确保GNSS/INS组合导航解算中状态预测方差阵的准确性,实现预测信息与观测信息权重合理分配,进而保障GNSS/INS组合导航最优性能。实测验证采用ADIS16465和ICM206022款典型车规级和消费级微机电(MEMS)IMU进行性能测试分析,测试结果表明:初始IMU参数与GNSS/INS组合导航算法适配度较低,无法得到最优组合导航结果;优化后,IMU参数在保障组合导航最优性能基础之上,也可实现理论估计精度与实际精度高度一致。

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。

卫星导航欺骗干扰检测与抑制技术综述

全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)欺骗式干扰具有隐蔽性强、危害性大的特点,对GNSS造成了严重的安全威胁。介绍了生成式和转发式欺骗干扰的原理和关键技术,总结了现有的欺骗式干扰检测方法和抑制方法,并从成本、性能、复杂度、研究重点等方面对现有技术进行了详细分析。以性能和成本为指标,对比分析了现有干扰攻击、检测和抑制方法。最后,对未来欺骗式干扰防御研究值得关注的问题进行了展望,以期为后续研究提供思路。

基于北斗卫星导航系统的高精度监测在石化行业的应用

提出了基于北斗地基增强站、监测流动站与高精度连续监测系统的联合应用,为石化行业提供高精度安全监测解决方案,实现全天候连续可靠的实时在线监测,通过石化某油库的实际应用结果,证明方案的可靠性和稳定性。

GNSS全球卫星导航系统发展概况及最新进展

随着卫星导航技术的不断进步,GNSS全球卫星导航系统得到了快速发展和广泛应用。概述了GNSS系统的发展历程及研究现状,介绍了目前全球四大卫星导航系统GPS、GLONASS、Galileo和COMPASS的概况与最新进展,讨论了GNSS系统未来的发展方向。

地基伪卫星导航系统的伪距精度估计方法

地基伪卫星导航系统的伪距和伪距变率精度对评估系统的导航性能或其信息与其他系统导航信息的融合意义重大。目前的伪距和伪距变率精度估计方法基本上都是针对卫星导航系统的,并且没有充分考虑地基伪卫星导航系统自身的特点。通过构造伪距和伪距变率精度观测量,利用地基伪卫星导航系统可产生较差定位构型的特点,提出了一种在外测系统定位定速精度较差且存在杆臂长度的情况下仍然能够获取准确估计量的伪距和伪距精度估计方法。仿真结果表明所提方法可有效地估计出伪距和伪距变率的精度而且具有较强的适用性。

基于接收机钟差约束的地基伪卫星导航改进方法

采用地基伪卫星对飞行器进行导航时,由于布站场地有限不可避免地会出现定位构型差的情况,当仅用伪距和伪距变率进行定位定速时,若采用典型的单历元卫星定位定速算法,那么对飞行器的定位定速精度就会比较差。通过分析发现,地基伪卫星导航系统用户接收机钟差和钟差变率的求取不准确很大程度上影响了定位定速精度。针对这种情况,提出了通过提高地基伪卫星接收机钟差和钟差变率的求解精度来提高定位定速精度的方法。首先根据接收机钟差和钟差变率的模型得到它们的观测方程,然后将其加入到单历元定位定速方程组中参与定位定速解算,仿真结果表明了该方法的可行性和有效性。

全球导航卫星系统(GNSS)竞争格局和发展趋势研究

全球导航卫星系统(GNSS)的概念在不断地扩大并深化,也引起了GPS、GLONASS和GALILEO系统之间的竞争,从而推进了技术进步和应用开拓,以及产业发展。本文主要结合三大系统近期进展和未来计划作一评述,并得出若干有益的结论。

基于PSO与AFSA的GNSS整周模糊度种群融合优化算法

载波相位测量是实现全球导航卫星系统(Global navigation satellite system, GNSS)快速高精度定位的重要途径,而准确解算整周模糊度是其中的关键步骤之一.粒子群算法(Particle swarm optimization, PSO)收敛速度快但易陷入局部最优,人工鱼群算法(Artificial fish swarm algorithm, AFSA)全局优化性能好但收敛速度慢,因此融合两种算法的优点,提出一种GNSS整周模糊度种群融合优化算法(PSOAF).首先,通过载波相位双差方程求解整周模糊度的浮点解和对应的协方差矩阵.然后,采用反整数Cholesky算法对模糊度浮点解作降相关处理.其次,针对整数最小二乘估计的不足通过优化适应度函数来提高算法的收敛性和搜索性能.最后,通过PSOAF算法对整周模糊度进行解算.通过经典算例和试验研究表明:PSOAF算法可以更快地收敛于最优解,搜索效率也更为出色,解算的基线精度可以控制在10 mm以内,在短基线的实际情况下具有较高的应用价值.

北斗卫星导航系统在气象行业的应用

北斗卫星导航系统在气象行业应用广泛,北斗三号正式对外提供服务更是为GNSS气象学发展带来了新契机。随着北斗系统的建设,GNSS在气象行业的应用逐步国产自主化,业务安全性和行业智能化水平得到显著提升,在行业内已经向北斗体制转变。本文介绍了北斗系统在高空气象探测、水汽电离层气象探测、反射信号遥感探测和气象信息传输等领域的应用。随着北斗GNSS的不断完善和发展,以及更加先进的接收机研发与更新,北斗系统在气象行业的创新应用将继续为构建实时无缝隙的全球三维立体气象要素场作出贡献。

欧美月球GNSS规划现状分析综述

月球是地球最重要的天然卫星,当前国际上正在迎来新一轮月球探索高潮,数十个机构和商业团队正在规划月球探索任务,并设想在未来实现航天员长期驻月,围绕月球的“太空竞赛”刚刚开始。月球GNSS(基于现有的地球GNSS以及新的环月卫星通信导航基础设施的月球卫星通信导航定位技术)是空间基准科研的基础,能够提供航天器着陆定位以及月面(及其覆盖空间)定位、导航与授时等服务,同时可以将月球作为试验场,将导航工具包扩展到更远的目的地(如火星)。对欧美近期发布的月球GNSS规划进行了整理归纳,其中包括美国月球GNSS接收机实验(LuGRE)计划和欧洲月光(MoonLight)计划,以及美国中远期月球通信中继和导航系统(LCRNS)计划,这些计划可以为我国开展月球GNSS规划提供参考。

GNSS/伪卫星组合定位实现飞机高可靠性高精度进场着陆导航

本文针对飞机高可靠性高精度应用,提出了GNSS/伪卫星组合差分定位方法。在这种定位方法中,先使用伪矩观测量来辅助解算载波相位模糊度,然后再使用差分载波相位观测量最终定位,达到了厘米级的定位精度。通过地面实测数据,验证了这种定位方法的正确性。

基于新型SQM的GNSS欺骗式干扰检测技术

GNSS在基础设施应用的定位、导航、授时领域具有重要的战略意义.鉴于GNSS信号落地功率极低、民码结构透明等特点,民用卫星信号极易受到干扰和欺骗攻击,使得GNSS在获得广泛应用的同时也受到严重的干扰问题.本文针对传统信号质量监测(signal quality monitoring,SQM)检测量检测概率低和可靠性差的问题,提出一种无需使用跟踪支路载波相位信息的新型SQM检测量,将检测数据值进行滑动平均处理,减少异常波动值造成检测虚警率增高的情况,并推导了检测量的统计分布特性,设置在无先验信息下的计算门限与测量门限,能够避免出现在欺骗与真实导航卫星信号相对载波相位为π的整数倍时,检测失效的情况.在美国德克萨斯大学奥斯汀分校的公共数据库TEXBAT(texas spoofing test battery)的实采信号上进行的对比实验结果表明,所提基于I、Q支路能量变化的双重门限SQM检测算法在不同实采信号场景下均能够在较短的时间内以较优的准确度检测出欺骗攻击.研究成果对未来抗欺骗通信设备开发具有一定的参考价值,不仅能够有效提高检测性能,且无需对接收机硬件结构进行大规模的改变.进行大规模的改变.

卡斯卡迪亚慢滑移信息的GNSS时空探测

针对断层慢滑移时空分布信息探测困难的问题,基于全球卫星导航系统(GNSS)坐标序列,提出一种利用多通道奇异谱分析(MSSA)探测卡斯卡迪亚消减带慢滑移事件时空分布的方法:根据慢滑移分量的振荡特点确定窗口长度,采用时间迟滞矩阵对协方差阵进行增广,以提高对异常信息的识别能力;对振幅归一化获取空间响应,通过快速傅里叶变换分析慢滑移频谱特征。结果表明,卡斯卡迪亚消减带2007-01-05—2007-02-23和2008-04-22—2008-06-14发生了2次慢滑移事件,2次事件呈东南、西北区域的反向运动特征,且东南部响应程度明显高于西北地区;频谱特征显示,慢滑移信息表现为低频特征,且主要为随机游走噪声。研究结果可为板内地震前兆性信息探测提供参考。

卫星导航电文的编码纠错法──GNSS导航信号的收发问题之六

基于对GPS L1/L2信号导航电文纠错编码不足的分析,本文主要论述了"循环冗余纠错法"(CRC)的超群纠错能力,以及其在GPS L5信号、GLONASS L3信号和Galileo F/NAV导航电文中的应用。