星下点观测的星载卫星导航反射信号海面风矢量极大似然估计

该文针对星载全球导航卫星反射计(GNSS-R)镜面反射信号对海面风向不敏感导致海面风向反演难问题,分析非镜向海面散射信号特征,提出星下点非镜向观测模式,定义该模式下海面风矢量敏感特征观测量,在此基础上提出基于星载GNSS-R海面风矢量极大似然估计(MLE)反演算法直接利用两颗及以上导航卫星的星下点非镜向散射信号进行海面风矢量的反演,并提出风矢量搜索算法提高反演效率。通过搭建星载GNSS-R仿真平台验证算法的可行性和评估算法性能。结果表明:所提算法可直接利用非镜向独立观测模式下的多颗导航卫星散射信号反演得到海面风速和风向;多星观测可消除观测几何导致的模糊解从而将海风风向4个模糊解降至2个模糊解,但无法消除海浪谱的对称性导致的海面风向模糊解。在2~25 m/s的风速内,当信噪比(SNR)大于11 dB时,3星观测的风速均方根误差(RMSE)优于2 m/s,风向的均方根误差优于15°。

全球导航卫星系统-声呐组合观测模型分类体系

本文回顾了海底大地测量全球导航卫星系统-声呐观测模型近二十年来的发展,以声速误差处理为主线给出了全球导航卫星系统-声呐观测模型的分类体系,按函数模型、随机模型和约束条件进行了归纳,探讨了未来发展方向。研究表明:测距定位模型无需现场声速剖面测量,但需解决声速垂向梯度影响的有效参数化估计或改正问题;海底大地测量更为关注声速时空变化对观测值影响,为此推荐采用声速场误差加性补偿模型及其导出的声速场参数间接估计模型;海底局域网阵列存在类似共模环境误差,具有提升海洋环境参数估计及海底定位精度的能力。

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。

全球导航卫星系统反射信号几何关系数值分析

采用光学近似几何模型研究全球导航卫星系统反射信号(GNSS-R)的几何关系,对反射信号经不同路径传播所产生的等延迟区和等多普勒区进行了分析,对等延迟线和等多普勒线进行了数值推算和仿真。给出了几何模型中不同参量变化对等延迟区和等多普勒区影响的仿真结果。指出卫星高度角、接收机高度和速度是导致等延迟线和等多普勒线变化的主要因素。在此基础上,讨论了在遥感实际应用中等延迟区和等多普勒区的有效作用范围及提高时延多普勒分辨单元的方法。

北斗卫星反射信号岸基海面高度反演精度的评估

北斗B3I信号作为新一代民用码,相较于北斗B1I信号,具有码速率更高、码片宽度更窄等特点。目前,利用北斗卫星导航系统反射测量(BDS-R)技术对北斗B3I信号进行海面高度反演的研究较少。基于此,在2020年9月7日山东威海附近海域,接收B1I/B3I双频段的直射和反射信号数据,分别采用时延-多普勒(DDM)和载波相位延迟进行岸基海面高度反演。通过实测的同比数据验证反演精度,在信号特性和测高方法2个维度评估北斗B1I和B3I信号海面高度反演的性能。结果显示:采用DDM测高方法,B1I频段和B3I频段的反演结果与实测数据的平均绝对误差和均方根误差分别为1.18 m、1.48 m和0.84 m、1.10 m;采用载波相位延迟测高方法,B1I频段和B3I频段的反演结果与实测数据的平均绝对误差和均方根误差分别为0.12 m、0.15 m和0.10 m、0.12 m。由于信号特性差异,B3I频段的DDM测高结果相较于B1I频段的测高结果精度提高了28%;B3I频段的载波相位延迟测高结果精度略优于B1I频段,两者差异不明显。实验对北斗B1I和B3I信号特性和测高方法导致的反演精度差异的评估,证明了B1I和B3I反射信号均能适用于海面高度反演的需求。

基于进退法的全球导航卫星系统反射信号镜面反射点的估计算法

通过研究全球导航卫星系统反射信号(GNSS-R)几何关系及其镜面反射点算法,确定镜面反射点问题为一维单峰凸函数极值搜索问题后,提出基于进退法的镜面反射点估计算法,并论述了进退法在镜面反射点位置估计中的理论可行性。该算法摒弃了传统算法思想中用角度去确定镜面反射点位置信息所带来的一系列问题和缺陷,转而采用计算最短反射路径长度来确定反射点的位置,不仅降低了算法的复杂性,更提高了镜面反射点的计算准确性。采用英国UK-DMC卫星于2004年11月16日测到的海洋数据来验证进退法的正确性,利用MATLAB仿真软件对进退法与传统算法进行了仿真结果分析。实验仿真结果表明:进退法可以正确估计GNSS-R镜面反射点的位置信息,并且具有迭代次数少,运算速度快,算法效率高的特点。

全球卫星导航姿态测量新方法研究

在全球卫星导航姿态测量过程中,由于初始化时间较长,姿态调整性较差,所以提出了一种快速测姿新方法。首先从所有整周模糊度中选取两个作为主模糊度,利用其与基线俯仰角、航向角之间的关系解得对应从模糊度,从而将搜索空间降为二维。同时利用基线长度、伪距精度和加速度计俯仰辅助等多种约束条件进一步限制了主模糊度搜索范围。最后通过列基线残差进行比率检验固定模糊度,并完成姿态解算。试验结果表明,新方法搜索空间小,初始化时间短,能使卫星导航得到高精度的姿态信息。

俄罗斯全球导航卫星系统(GLONASS)现状与展望

俄罗斯全球导航卫星系统(GLONASS)的结构与 GPS 相近,是一种基于无线电导航的卫星系统。它可为全球各地或近地球空间提供全天候三维位置、速度测量和时间信息。但由于俄罗斯持续金融危机,经济恶化,缺乏足够的资金用于 GLONASS 的维持,使这一耗资30亿美元、历时10年发展起来的系统几经濒临瓦解。普京执政后,GLONASS 的境况大有好转。一方面,普京执行恢复俄罗斯大国地位的政策,强调要加强与美国在太空中抗衡,并组建了世界上第一支航天部队等一系列强硬政策和措施,从而将 GLONASS 放在重要的战略地位来发展。另一方面,俄罗斯继续积极寻求国外对 GLONASS 投资,与中国和印度签署了共同发展GLONASS 的协议。此外,为了满足系统运作的要求,加强了 GLONASS 的补网工作。2000年10月13日发射了三颗卫星,使在轨卫星达到13颗,接近该系统正常作业的要求。俄罗斯还决定在2001年再发射6颗卫星,2004年前至少发射15颗卫星以补充 GLONASS 系统的完整性。GLONASS 将有可能进入自运营以来状态最好、发射卫星最多的时期。本文将 GLONASS 的卫星状态和最新政策作一介绍,并对今后发展趋势做了几点预测。

全球定位系统和全球卫星导航系统伪距综合法

论述了综合GPS、GLONASS伪距测量值获取定位信息的滤波方法。GPS、GLONASS的坐标系、时间系统、工作频率不同 ,不同卫星的方位、高度各不相同 ,因而其测距的系统误差也各不相同 ,通常的方法是用GPS和GLONASS的钟差 2个参数来描述不同系统卫星的系统误差 ,需用 5颗卫星来定位 ,且精度受限。采用扩展状态维数 ,对不同卫星的系统误差进行在线估计的滤波方法 ,可以有效地改进卫星定位的精度。同时既可以用多星定位 ,充分利用测量信息 ,也可在任一系统的 1颗卫星可用时 ,给出测者的最优估计位置信息 ,改进了双星系统的导航性能。

星载GNSS-R冰冻圈反射面高度测量关键技术研究

在全球气温逐渐上升,温室效应日益严重的背景下,占地球陆地总面积约一半的冰冻圈逐步受到不可逆转的影响。世界各大洋持续变暖,南北极冰雪加剧消融等将导致海平面上升,同时也增加极端灾害性天气发生的频率,对数亿居住在沿海低洼地区的人类带来不可估量的影响。因此,对冰冻圈进行高时空分辨率的监测需求日益迫切,但目前传统雷达高度计产品在时空分辨率方面尚不能满足需求。全球卫星导航系统反射测量技术(global navigation satellite system reflectometry,GNSS-R)发展20多年,因其具有高的时间和空间分辨率及低成本等优点,展现出巨大的发展潜力。其中GNSS-R测高应用有望以低成本的方式实现下一代高度计的目标,即高时空分辨率的中小尺度海平面观测,但现有的GNSS-R测高方法应用于冰冻圈测量时,存在精度差和误差难以改正等问题。鉴于此,论文对GNSS-R测高方法中的观测几何求解和空间大气影响改正等进行了深入的理论方法与应用研究,并将其应用于冰冻圈反射面高度测量。主要研究内容和结论如下。

全球导航卫星系统的测高研究

以美国全球定位系统（ＧＰＳ）为代表的全球导航卫星系统（ＧＮＳＳ）具有广阔的应用领域，特别是能够在全球范围和近地空间，全天候地提供飞行器的位置、速度和时间信息。根据卫星定位的基本原理，飞行器的高度测量是通过ＷＧＳ８４地心回连（ＥＣＥＦ）直角坐标转换而来的，其间由于地球引力场的不规则性，引入了２～６ｍ的误差。现研究了ＣＰＳ测高的基本原理，分析了利用差分技术提高测高精度的可能性，提出了利用附加的已知点修正方法，给出了两种测高公式及其误差估计，并由实测数据计算验证，精度提高了一个到两个数量级。

浅谈卫星导航定位系统在工程测量中的应用

北斗卫星导航定位系统是由我国自主研发的全球卫星导航系统.随着北斗卫星系统的发展,目前其已在国防、生活、工程测量中得到了广泛的应用,其中在工程测量中的应用尤为突出.文章结合美国全球定位系统(GPS)的数据精算,分析比较了北斗卫星导航系统与GPS组合的定位精度.通过分析北斗卫星导航系统与美国全球定位系统(GPS)的结合在工程测量中的实际应用,采用多系统的定位,极大地提高了工程定位测量的精度,增强了测量数据的可靠性.

基于二次解重扩算法的全球卫星导航系统抗干扰误差分析

为了提高全球卫星导航系统(GNSS)干扰控制的情况下对载波相位测试造成的影响,提出了一种基于二次解重扩算法的GNSS抗干扰误差分析方法。对卫星信号载波频率进行了精确估计,同时利用该频率完成二次解重扩计算,有效降低抗干扰处理过程产生的相位偏差。仿真实验分析得到:通过一次解重扩处理再以频率精估方式获得的载波频率可以达到所需的估计性能。DR会引起较大载波相位误差,利用频率精估方法得到准确频率估计值之后,可以有效缩小重扩信号和卫星接收信号载波频率的差异性。当阵列误差增大后,由PI引入的载波相位测量误差也明显增加,MVDR算法也会因为阵列误差而产生载波相位测量误差。

全球卫星定位系统在航道工程测量中的应用

全球卫星定位系统（GPS）从问世至今已近30年，随着其导航与定位技术的迅速发展，GPS的定位精度发生了令人瞩目的变化。目前，GPS技术正以其极强的适应性，广泛应用于工程建设的各个领域。本文概要阐述GPS技术在航道工程测量中的运用。

论在水道测量中动态全球卫星定位系统是如何应用的

水下地形以其不可见性,复杂多变性的特点给测量工作带来诸多不便。传统的测量水深方法要求岸上观测人员与测船上测深仪操作者在瞬间同时进行作业,造成了很大的时间差,严重影响测深精度。随着全球卫星定位系统实时技术的出现和发展,并以平面定位精度可达毫米级。在测绘领域中得到了广泛的应用,在水深测量中与传统光学方法比较具有精度高,速度快,施测区域广,不受通视条件限制的特点,同时可以指导航向,保证了断面间距,测点间距符合要求。

基于地磁与卫星组合的高旋弹丸滚转角高频测量及系统误差计算研究

为了研究地磁与卫星组合测量的系统误差并提高其测量频率,利用高旋弹丸的飞行特性,建立了基于小攻角及单轴旋转假设的弹丸滚转角及其角速率的高频测量方法,并推导了其滚转角及其角速率计算的系统误差方程。通过建立以俯仰角为变量的仿真模型,完成了组合测量系统在全域范围内实时变化的系统误差计算。经6自由度(DOF)外弹道仿真验证,在排除弹轴与地磁矢量的较小夹角区域后,其整体滚转角误差小于±5°,角速率误差小于±5°/s.在中小射角发射条件下,地磁与卫星组合的滚转角计算方法能够满足高旋弹丸的高频高精度的滚转角测量。

定时测距导航卫星系统/全球定位系统(NAVSTAR/GPS)简述(一)

最近拜读了本校唐继权先生编著的《全球定位系统(GPS)测量》教材,受益匪浅。第一,它对本校传统测量教学是一个度的突破、质的转变;第二,为本校同行中有这方面高科技人才而感到兴慰;第三,授于唐先生教诲的弟子将是有幸。从1988年开始,由Wild Leitz china Limited向我省测绘专家全面介绍GPS技术。事实上,世界上先进国家在1987年以前已利用GPS技术完成了对南极考察的测绘工作。十余年来,GPS技术迅速发展,南方测绘仪器公司研制的NGS—200开创了我国GPS机的先列。为了使更多的人了解当今先进的测量技术,本文就GPS系统、GPS基本原理、GPS接收机、POPS—后处理软件、NGS—200GPS等五个方面进行分别阐述。

地基北斗GEO卫星直反信号功率测量偏差分析

针对接收天线方向性造成的北斗地球同步轨道(GEO)卫星直反信号功率测量偏差进行研究。给出地基场景下实际天线接收的直反信号及其功率表达式,讨论天线方向性造成的北斗GEO卫星直反信号功率测量相对偏差,设置具体观测场景进行仿真分析。理论与仿真结果表明:具体场景和时刻下的北斗GEO卫星直反信号功率测量偏差为固定偏差,由天线对干扰信号的抑制性能、天线架设高度和反射面介电常数共同决定;相对偏差的大小随着天线对干扰信号抑制性能的增强而减小,随着天线架设高度的变化在某一范围内波动,也会随着反射面介电常数的变化而变化。

定时测距导航卫星系统/全球定位系统(NAVSTAR/GPS)简述(二)

3 GPS接收机 GPS接收机有各种类型及规格,其原理大致类同,主要由四块电路板构成。以徕卡公司生产的WM102接收机为例,见图1。

基于黄金分割法的卫星导航信号镜面反射点预测研究

针对利用全球导航卫星系统(GNSS)反射信号进行遥感时镜面反射点位置获取精度低、迭代次数多、计算速度慢的问题,提出了基于黄金分割法预测镜面反射点的预测方法。研究了镜面反射点的特性及其几何关系,通过计算仿真,发现镜面反射点预测是一维单谷凸函数极值搜索问题。将卫星发射机和接收机的位置作为搜索区间,根据黄金分割法的搜索原则插入新的搜索点,依照路径最短原则逐步缩小搜索区间来获取镜面反射点的位置。实验仿真结果表明,所提出的算法具有精度高、反射路径最短、迭代次数少、收敛效率高以及运算速度快的特点。