北斗三号全球导航卫星系统服务性能评估:定位导航授时、星基增强、精密单点定位、短报文通信与国际搜救

本文给出了北斗三号全球导航卫星系统定位导航授时、星基增强、精密单点定位、区域短报文通信、全球短报文通信和国际搜救共6类服务的测试评估方法,并利用实测数据对各类服务的核心指标进行了评估。结果表明,定位导航授时服务方面,空间信号测距误差0.23 m(RMS),空间信号可用性99.44%,空间信号连续性99.99%,PDOP可用性100%,B1C信号全球定位精度水平方向1.31 m、垂直方向2.13 m(95%),B1C信号全球定位可用性99.93%,B1C信号授时精度14.7 ns(95%);星基增强服务方面,定位精度水平方向1.03 m、垂直方向2.60 m(95%)、具有垂直引导能力的一类进近(APV-I)可用性100%;精密单点定位服务方面,定位精度水平方向0.17 m(95%)、垂直方向0.22 m(95%)、平均收敛时间9 min;区域短报文通信服务成功率99.6%,服务容量1530万次/h(上行)、935万次/h(下行);全球短报文通信服务成功率96.46%,服务容量40万次/h(上行)、21万次/h(下行);国际搜救服务方面,搜救信号接收成功率98.3%(发射功率37 dBm)。

美国国家定位导航授时体系结构转型计划概况

简要介绍了美国国家定位导航授时体系结构实施计划的转型任务选择原则、转型路线图及相关任务、计划执行思路,及其在推进美国定位导航授时行业实现更强大的未来"目标定位导航授时体系结构"所起的作用。重点分析了美国国家PNT体系结构实施计划中的未来PNT技术发展方向与重点,为我国相关PNT技术发展提供参考。

基于体系结构的定位导航授时系统鲁棒性设计研究

介绍和分析了美国基于国家定位导航授时体系结构的"多现象学"和"导航与通信的协作"支撑要素,集多种导航手段与资源,包括应对空间环境造成的自然干扰的监测预报预警系统实现定位导航授时系统更好的可用性和鲁棒性,为我国未来定位导航授时系统设计提供参考。

面向综合定位导航授时系统的天地基脉冲星时间研究

中国综合定位导航授时(positioning navigation timing,PNT)体系是以北斗卫星导航系统(BeiDou navigation satellite system,BDS)为核心的多源信息融合系统,高精度的毫秒脉冲星计时能够增强BDS时间基准的长期稳定性,并能维持未来深空用户的时间基准.本文提出了一种改善BDS时间基准长期稳定性的脉冲星时地面服务系统,概述了该系统的初步设计与功能,同时研究了天地基脉冲星时建立方法,利用3颗毫秒脉冲星的国际脉冲星计时阵(international pulsar timing array,IPTA)地面射电、“中子星内部成分探测器”(neutron star interior composition explorer,NICER)空间X射线计时数据以及500 m口径球面射电望远镜(five-hundred-meter aperture spherical radio telescope,FAST)模拟数据,分析了天地基脉冲星时的稳定性.研究结果表明,基于IPTA数据的PSR J0437-4715地基脉冲星时的年稳定度为3.30×10^(-14),10年的稳定度为1.23×10^(-15).脉冲星红噪声会降低脉冲星时稳定性,PSR J1939+2134地基脉冲星时的年稳定度为6.51×10^(-12).同时研究发现脉冲到达时间(time of arrival,TOA)的精度是制约天基脉冲星时稳定性的重要因素,基于NICER空间X射线计时数据的PSR J1824-2452A天基脉冲星时年稳定度为1.36×10^(-13).最后模拟分析了FAST将来对脉冲星时的贡献,在不考虑红噪声的影响下,基于FAST的PSR J1939+2134地基脉冲星时的年稳定度为2.55×10^(-15),10年稳定度为1.39×10^(-16),20年稳定度为5.08×10^(-17),显示了FAST强大的脉冲星观测能力.FAST计时观测将有力地提升中国地基脉冲星时系统建设水平,也能增强中国综合PNT系统时间基准的长期稳定性.

“转型计划”下的美军定位导航与授时能力发展

2013年8月，美国空军航天司令部发布《弹性和分散空间体系白皮书》，分析了美国军事航天的战略环境。美国认为，不论自己的空间作战能力如何强大，只要存在对空间系统依赖的短板，敌方必然会发展非对称的空间攻击能力．给美国造成致命一击。为此，美国军方提出了“美国未来军事航天系统将从以大型空间系统为主，转变为构建‘弹性和分散空间体系’（即本文中的“转划计划”），以提升空间系统的弹性（即抗毁能力）”，许将作战能力、弹性和经济可承受性作为评估未来军事航天系统的重要指标。

定位导航授时微系统技术

在卫星导航拒止情况下,定位导航授时微系统技术能够为用户提供精确的定位、导航、授时服务。文章介绍自主导航授时微系统技术的内涵、定位和作用;阐述了定位导航授时微系统技术构成,分析了国内外定位导航授时微系统技术的发展现状及趋势。研究表明,跟踪国内外定位导航系统性能及系统技术的研究动态,对我国定位导航授时微系统技术的发展具有重要借鉴意义。

2021年外军定位导航与授时领域发展综述

全球导航卫星系统(GNSS)是提供定位导航与授时(PNT)服务的重要手段。可替代GNSS技术作为GNSS不可用时持续提供PNT的一种新方法,成为各国研究的重要方向。文中聚焦2021年度国外PNT领域的发展,以PNT体系的发展为统领,从战略规划、技术及装备应用层面概述国外基于导航战制定的相关规划、取得的技术进展及开展的相关系统装备级验证试验。

2022年外军定位导航与授时领域发展综述

以美国为首的世界军事大国仍以提升对抗环境下的弹性定位导航授时能力作为发展目标。在系统和技术发展方面,持续推进导航卫星的升级换代和卫星导航新技术的验证,发展卫星导航拒止环境下的其他可替代PNT技术,并探索研究装备技术。在装备部署和运用方面,基于多导航源融合应用进入装备试装和能力验证。

中国北斗导航系统综合定位导航授时体系发展构想

大家都知道时间和空间是宇宙万物的基本属性,据统计大概有85%的信息与位置和时间相关。从科学技术的发展史来看,在需求牵引和技术推动的作用下,人们一直在寻求更多的技术先进来获取空间位置和时间位置的手段。

五花八门的定位导航授时系统

美国国家PNT体系结构草拟的2025年演变基线体系结构包括下述天基和陆基系统及其增强服务。 全球定位系统（GPS），通常包括一个由24颗卫星组成的空间段及其相关控制段和用户段。它为世界各地的用户提供核心PNT能力。

像新鲜空气一样宝贵——浅析美国国家定位导航授时(PNT)体系结构

为解决目前导航手段众多但缺乏一体化定位导航授时（PNT）体系结构指导的问题，美国国防部和运输部于2006年联合发起了一项国家PNT体系结构研究。在30多个军民商用户部门和政府机构的大力支撑下，2008年9月，美国国家安全航天办公室发布了《国家定位导航授时（PNT）体系结构研究最终报告》。该项目研究的目的是“制定一个全面的国家层面的PNT体系结构，到2025年左右提供更有效和更高效的PNT能力，并为现存的各种PNT系统和服务探索一条渐进的发展道路”。

美国《弹性定位导航授时参考架构》报告解读

卫星导航系统作为当代人类社会使用最广泛、最便捷、最有效的高精度、高实时、高可靠定位、导航和授时手段,自问世以来深刻改变了人类社会的生产生活方式,颠覆了军事领域的战争形态和作战样式。目前,全球有四大全球导航卫星系统(GNSS),即美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧洲“伽利略”和中国“北斗”,为全球用户提供定位、导航与授时(PNT)服务,广泛应用于现代社会的诸多领域,对于保障电网、通信基础设施、交通、精准农业、金融服务和应急服务等关键基础设施的可靠运行至关重要。

认识“北斗一号”卫星定位导航系统

此文简述了我国“北斗一号”卫星定位导航系统在组成、功能、精度及应用等方面的一些特点,旨在使大家了解它、熟悉它和应用它。

冷原子导航授时技术

美国空军在《技术地平线——2010-2030空军科学技术愿景》（Technology Horizons-A Vision for Air Force Science ＆ Technology During2010-2030）报告中对冷原子技术有这样一段描述：“发展小型化的冷原子惯性测量装置与时钟，以及其他芯片级定位导航授时技术是确保在GPS拒止区域使用高精度导航与授时能力的基础。”

大规模低轨星座多普勒定位算法

基于典型的Starlink星座构型,对大规模低轨星座多普勒定位算法展开研究。实验结果表明,理想条件下低轨星座多普勒单点定位精度可以在3~6 m。为保证米级的定位精度,低轨卫星的位置精度和速度精度应为米级每秒或厘米级每秒。C频段信号受到的电离层误差若不做改正,将导致定位精度变差2 m左右。对流层误差将使得定位结果变差几十米。此外,使用轨道高度为550 km的低轨卫星的多普勒频移定位时,接收机的初值误差应小于300 km,否则部分历元将不能收敛到正确的接收机位置。

构建微型定位导航授时体系,改变PNT格局

定位导航授时(PNT)是关乎国家战略的军民两用技术。传统的卫星导航系统易受干扰和遮挡,惯性导航存在误差积累问题,其提供的PNT服务均存在固有缺陷。以MEMS技术为基础的芯片原子钟和微惯性测量组合,与卫星导航技术相结合,形成微型定位导航授时单元。微型定位导航授时单元以精确的芯片原子钟为时钟基础,发播定位导航授时信号,搭建PNT网络。微型定位导航授时单元可以由微纳卫星、无人机等载体携带,数量可选、布局能控、组网灵活,克服了传统PNT存在的问题,改变PNT格局。

国家综合PNT体系中的罗兰C导航系统

根据国际、国内构建国家综合定位、导航和授时(PNT)体系和国外增强罗兰(Enhanced Loran-C navigation system,eLORAN)技术及其应用进展情况,分析讨论罗兰C导航系统(远程、低频、脉冲相位距离双曲线导航系统)的eLORAN现代化进程,探讨采用分布式局域eLORAN监测差分站技术,获取并发送实时发播时间改正、系统信号完整性以及地波二次相位因子(ASF)改正等相关信息到用户终端,提升罗兰C导航系统的PNT精度及其服务品质。此外,特别提出研制用户终端的小型化、模块化、智能化、芯片化工作,对拓展国产罗兰C系统应用和建设国家综合PNT体系的重要性。

陆基远程和超远程无线电导航系统发展现状与趋势

高频电磁环境日益复杂,为了提高定位导航授时(PNT)系统的可靠性,需要研发不依赖于卫星导航的陆基无线电导航系统.陆基无线电导航系统具有工作频率低、发射功率大等特点,可靠性高,不易被干扰,可以作为卫星导航系统的备份,因此,发展建设陆基无线电导航系统对于构建稳健可靠的国家PNT体系、保障国家安全和国民经济的发展具有重要意义.文中就国内外陆基远程及超远程无线电导航系统的发展现状及趋势进行了分析.

一种北斗联合低轨星座的导航增强方法研究

单纯依靠北斗导航系统提供定位导航授时服务,存在卫星信号落地功率低、易受遮蔽和阻断的不足。针对此问题,研究了一种北斗联合低轨星座实现导航增强的系统架构;提出了一种新的适应严重遮蔽或干扰条件下,基于到达时间(TOA)和到达频率(FOA)联合观测的定位解算算法;对高中低轨混合星座条件下的覆盖特性和精度衰减因子进行了仿真分析。分析结果表明,用户可见星数平均增加了64.2%,位置精度衰减因子(PDOP)平均改善了28.7%。研究结果可为下一代北斗的论证设计与研制建设提供参考借鉴。

基于5G移动通信系统融合定位的关键技术与系统架构演进

第5代(5G)移动通信系统驱动着互联网应用向物联网和工业互联网的方向发展.随着各类新型终端(如增强现实/虚拟现实设备、低功耗传感器、无人化智能机器设备)接入网络,5G应用对定位服务的需求持续增长,并且在定位场景、定位精度、定位安全性等方面出现了差异化、多样化的需求.基于5G网络提供的通信能力,可以融合5G带内定位、卫星定位、视觉定位等多种定位手段,从而大幅提高复杂环境下室内外综合定位系统的覆盖范围与定位精度.本文从系统架构和关键技术两个方面介绍了5G融合定位领域研究的最新进展,重点分析了5G带内无线定位和5G融合定位的技术路线,并展望了面向6G的时空服务系统的架构演进与技术挑战.