低轨导航星座多普勒定位模型及性能分析

相较于北斗、GPS等全球卫星导航系统(GNSS),低轨道卫星(LEO)具有更加显著的多普勒频移效应,有助于增强GNSS定位、导航和授时(PNT)服务性能。针对当前可用的LEO导航信号少,无法满足地面用户瞬时定位的问题,研究提出了基于一个由288颗LEO卫星构成的Walker星座,选取仿真了9个全球均匀分布的地面站多普勒观测值,建立了瞬时多普勒定位数学模型,并评估了其潜在的服务性能。结果表明:在中低纬度地区,LEO可视卫星为10~15颗左右,多普勒定位精度因子(PDOP)达到500~600;而在中高纬度地区,LEO可视卫星数达到30颗以上,对应的PDOP值降至180左右。静态多普勒定位可实现厘米至分米级精度,动态定位可实现瞬时分米至米级精度,高纬度地区的定位性能显著优于中低纬度地区。

星链机会信号定位方法

为了有效克服利用传统低轨星座卫星定位的缺点,提出一种星链机会信号定位方法:通过实测数据对星链导频信号进行分析;利用星链11.325GHz和11.575GHz频点信号实现星链双频导频信号瞬时多普勒频率提取,并建立瞬时多普勒定位数学模型。实验结果表明:在观测时长小于5 min的情况下,可以实现优于15 m的二维定位精度;该方法在保持同等定位精度的情况下可有效降低观测时长,提高定位效率。

基于铱星机会信号的定位技术

全球导航卫星系统(GNSS)到达地球表面的信号弱,易受干扰,并且需要投入大量的基础设施,而机会信号可有效弥补这方面的不足。针对目前陆基机会信号(广播、数字电视和移动基站等)存在的覆盖性、可用性限制,提出了利用铱星系统实现天基机会信号定位。通过对铱星信号的通信体制进行深入研究,建立了瞬时多普勒定位数学模型,提出了利用铱星信号的单音信号获取多普勒频率信息,并结合轨道预测模型计算的卫星轨道信息实现铱星定位的方法。实测数据验证结果表明,利用实际铱星信号能够实现精度优于200 m的定位。研究成果对基于机会信号的定位技术的理论研究及应用具有参考意义。

基于ORBCOMM卫星机会信号的定位技术

为摆脱对全球导航卫星系统(GNSS)的依赖,克服其有意或无意干扰情况下无法工作等问题,可采用机会信号(SOP)实现定位,低轨卫星机会信号具备信号功率高、覆盖性广及无需增建基础设施等优点。提出了利用轨道通信卫星(ORBCOMM)系统实现天基机会信号定位。通过对ORBCOMM卫星机会信号的通信体制进行深入研究,实现了利用ORBCOMM卫星机会信号获取多普勒测量信息,建立了瞬时多普勒定位及其几何精度因子的数学模型,并采用卫星TLE数据结合轨道预测模型获得的卫星轨道信息实现ORBCOMM卫星机会信号定位。实测结果表明:利用ORBCOMM卫星机会信号可实现精度优于140 m的定位。研究成果对基于天基机会信号定位技术的理论研究及应用具有重要意义。