Galileo高精度定位服务的空间信号误差及精密单点定位评估

Galileo高精度定位服务(high accuracy service,HAS)利用E6B信号向全球用户播发免费精密卫星轨道、钟差和码偏差改正信息,在卫星高精度实时应用领域有重要意义.评估其空间信号误差及精密单点定位(precise point positioning,PPP)性能是用好HAS的重要前提.基于2023年12月1日至31日的HAS轨道钟差产品进行评估测试,Galileo卫星轨道产品在径向(R)、切向(A)和法向(C)的均方根误差(root mean square error,RMSE)分别为3.24 cm、7.40 cm和6.85 cm,GPS分别为4.52 cm、8.19 cm和6.71 cm;Galileo钟差产品的标准差(standard deviation,STD)为0.16 ns,GPS为0.26 ns.基于欧洲10个测站PPP的实验结果表明:Galileo在E、N、U方向的定位精度分别为6.44 cm、4.65 cm和11.36 cm,GPS分别为7.42 cm、5.78 cm和12.04 cm,联合定位分别为4.11 cm、3.10 cm和7.56 cm,HAS可以满足高精度定位需求.

Galileo短时突发搜救信号载波跟踪的锁相环设计

Galileo搜救信号转发器搭载于Galileo导航卫星,能实现对全球遇险用户信号的转发,这种搜救信号具有突发、短时的特点,一般的F/PLL跟踪环无法对其进行有效的载波跟踪并完成解调。文中提出一种利用载波辅助的锁相跟踪方法,通过理论分析和MATLAB仿真可知,此锁相环能在约50m s内达到同步,可以有效地完成Galileo搜救信号的解调。

Galileo三频非组合PPP相位小数偏差估计与模糊度解算

欧洲的Galileo目前已经有28颗在轨可用卫星,具备全球精密定位能力,并且所有卫星均能够播发多频信号,多频信号融合有望进一步改善精密单点定位(precise point positioning,PPP)模糊度固定解性能.本文研究了Galileo三频非组合PPP相位小数偏差(fractional cycle bias,FCB)估计与模糊度解算(ambiguity resolution,AR)方法,并将其结果同双频非组合PPP模糊度固定解与浮点解结果进行了对比分析.结果表明:利用155个全球分布的地面跟踪站数据进行FCB估计,单个频率上的FCB估值序列标准差(standard deviation,STD)优于0.04周;双频PPP浮点解在E、N、U方向收敛时间分别为32.0 min、10.0 min、43.5 min,双频PPP固定解收敛时间分别减少到30.5 min、8.5 min、32.0 min,三频PPP固定解收敛时间分别进一步缩短到16.5 min、8.0 min、32.0 min.

基于加窗互模糊函数估计的卫星搜救定位技术

【目的】随着卫星技术的不断发展,将卫星应用于地面信息网络低覆盖区域进行人员搜救已普及,卫星搜救定位技术作为人员和设施位置指示的有效手段,广泛应用于海上、航空和个人遇险救援行动。而全球卫星搜救系统的发展和研究中,搜救源高精度和快速的定位是其主要目标。【方法】针对卫星搜救信号突发特点,采用双星时频差定位作为卫星搜救定位方法,其所需的到达时间差(TDOA)和到达频率差(FDOA)参数估计是提高定位精度的关键。为了提高双星时频差定位技术的参数估计性能和定位精度,文章提出了一种基于时域加窗的互模糊函数(CAF)时频差估计搜救定位技术方案,通过时域加窗CAF来提高时频差估计的精准度,并利用估计值代入双星时频差定位方程组从而解算出搜救信号源位置,即通过高效地提高时频差参数估计精度达到定位精度提高的目的,以准确找到搜救源。【结果】仿真结果表明,加窗下的CAF时频差参数估计方法可用于搜救定位中,能够获得精确时频差估计值,且加入傅里叶变换后可以减少参数估计时间,进而优化定位性能。将时差误差控制在4μs内、频差误差控制在0.2 Hz以内时,定位精度可以达到千米量级。【结论】文章所提方案并入卫星搜救定位技术后定位性能得到改善,能够支持卫星搜救定位技术在搜救系统中的应用,算法结构简单,复杂度低,具有实际可行性。

Galileo空间信号误差和标准定位性能初步分析

具体分析导航定位精度各类影响因素的大小,进而评估Galileo定位性能,为Galileo导航定位用户和系统下一步建设提供参考。以精密轨道和钟差产品作为参考,分析广播星历轨道精度钟差精度,并统计分析两者对用户定位的综合影响,即空间信号误差（URE）的大小。结果显示,轨道误差的均方根误差切向在2m以内、法向在1m以内、径向优于0.5 m,钟差均方根在3ns以内,URE（1σ）约为0.82 m。仿真分析全球Galileo卫星的可见性及位置精度衰减因子（DOP）值的大小,并采用实测数据对用户环境设备误差（UEE）的主要成分进行分析和统计。分析评估Galileo系统的标准定位性能,在全球范围内标准三维定位精度（1σ）为3.8~6.4m。

GPS和Galileo空间信号仿真及分析(英文)

介绍和详细分析了GPS和Galileo的空间信号。将Galileo空间信号结构及特性与GPS进行了比较,对接收机接收天线接收的射频信号进行下变频并予以分析。为避免信号混叠,仿真中先采用带通滤波器对射频信号进行滤波,然后采用过采样(过采样因子等于8)进行下变频处理。GPS和Galileo信号通过功率归一化加上高斯白噪声产生。对GPS采用的C/A码和Galileo采用的BOC(1,1)码进行比较,发现后者的中心波峰较窄,尽管这一特点使接收机的跟踪处理更为复杂,但提供了较好的接收性能,尤其在多路效应情况下也更为有效。仿真结果为GPS/Galileo双频软件接收机捕获和跟踪算法设计提供了很好的理论基础。

伽利略搜救信号检测算法设计

根据伽利略搜救信标信号的特点,利用纯载波段和位帧同步段信息,提出采用广义似然比检验（GLRT）和极大似然（ML）估计方法实现搜救信号检测,同时得到信号到达频率（FOA）、信号到达时间（TOA）和信息位宽的粗略估计值.仿真与硬件实现后的测试结果表明,当接收信号载噪比为34.8dB·Hz时,无虚警且正确检测概率可达0.97以上,指标优于系统要求的0.95.

基于高增益接收系统的Galileo E1信号质量评估方法研究

Galileo系统在E1频点采用Interplex调制方式播发导航信号,由于缺乏E1信号功率分配和伪码序列等先验信息,一般的研究人员只能开展有限的信号质量特性研究.针对该问题,提出一套基于高增益天线的空间信号质量评估方法,实现了E1授权信号的解析,完善了E1信号评估体系.运用相关功率法来解决信号分量功率比问题,采用跟踪结果解决相位偏差估计问题,提出加权组合平均和码相位平均相结合的新型时域波形分离方法,克服了电文和码多普勒对时域波形特性评估的影响,采用S曲线过零点偏差(S-curve offset Biases,SCB)等参数进行信号测距偏差定量评估.通过该方法对Galileo GSAT-0214卫星进行了评估,结果显示:该卫星E1各信号分量SCB小于0.2ns,测距性能优异,其复用效率达到了97.8%,优于GPS L1信号和北斗三号系统(BDS-3)B1信号.

Galileo E1导航信号质量分析与评估

对高增益天线采集的3颗伽利略导航卫星播发E1民用信号进行质量评估,详细介绍码片波形、功率谱、相关函数和S曲线偏差和峰均比等导航信号分析方法,针对同频率、同相位、同带宽导频与数据分量基带波形相互缠绕问题,提出采用多周期累加平均算法获得单分量基带信号,同时提出功率补偿算法解决多路复用信号功率分配导致相关损失难以计算的问题。Matlab软件分析结果表明,提出的算法可行有效,最后得出综合因素对测距精度的影响,在0.15码片的相关间隔内,Galileo E1民用信号的测距误差不超过0.42 ns。此研究方法与研究结果对我国全球卫星导航系统的建设具有借鉴意义。

Galileo系统指标和导航信号结构

介绍了Galileo系统的工作指标、载波频率、信号体制和导航数据格式 ;并与GPS、GLONASS系统进行了比对研究 。

伽利略搜救信号关键参数估计的克拉美—罗界

本文考虑信息位宽的不确定度,研究了伽利略搜救信号信息位宽、到达频率(FOA)和到达时间(TOA)估计的克拉美—罗界(CRB).首先推导了计算Fisher信息矩阵各元素的通用公式,然后推导得到了伽利略搜救信号Fisher信息矩阵各元素的计算表达式.具体计算时,利用单位冲激函数的性质和Parseval定理,将单位冲激函数的平方和转换到频域进行计算,得到了信息位宽、FOA和TOA估计的CRB的解析结果.数值分析和Monte Carlo仿真结果表明,该CRB具有有效性,可以用于评估信息位宽、FOA和TOA估计算法的性能.

Galileo系统的频率和信号结构

根据近期公布的由Galileo信号任务组制订的Galileo频率和信号结构计划,列出了Galileo选用的频率和信号结构,包括数据调制、伪随机噪声码扩频的实施等,它考虑了和GPS系统的全兼容和相互共用问题,但对码序列选择、导航电文格式内容等方面尚未确定,有待今后进一步研究确定后公布。

欧洲Galileo系统的信号结构和服务性能

Galileo计划提出后遭遇艰难曲折,但终天在2001年4月初步批准,其定义阶段的工作已大部完成。本文引伸欧洲公布的Galileo任务高级定义文件(HLD),参照其他近期的欧洲资料对其服务类型、频率计划、信号结构、服务性能等方面概要介绍。最后,附以简短评述,引起同仁们关注其进展。

Galileo E1-B/C仿真信号合成通道设计

针对Galileo信号合成中超长测距码生成以及功率控制的硬件实现难题,设计了双口RAM的重载查表式测距码生成器,同时,基于CBOC副载波特性,提出了比例因子功率控制的优化方法,并进行了仿真实验对比。结果表明:该方法设计的信号合成通道极大地节约了内存空间和硬件乘法器资源,单片FPGA内信号合成通道的集成数量扩大1倍以上,合成的Galileo信号具有理想CBOC信号特征,且接收机定位解算正确,解决了仿真信号的硬件实现难题。

实际伽利略搜救信号参数估计的Cramer-Rao界

考虑调制不对称度和信息位宽的不确定度,研究了实际伽利略搜救信号信息位宽、到达频率(FOA)、到达时间(TOA)估计的Cramer-Rao界(CRB).推导了伽利略搜救信号Fisher信息矩阵中各元素的计算表达式,利用单位冲激函数的性质和Parseval定理,将单位冲激函数的平方和转换到频域进行计算,得到了信息位宽、FOA和TOA估计的CRB的解析结果.数值分析和Monte Carlo仿真结果表明,CRB具有有效性,可以用于评估上述参数估计算法的性能.

伽利略搜救信号FOA和TOA估计的克拉美-罗界

该文考虑信息位宽的不确定性,研究了单个伽利略搜救信号FOA(Frequency Of Arrival)和TOA(Time Of Arrival)估计的克拉美-罗界(CRB)。推导了伽利略搜救信号Fisher信息矩阵元素的计算表达式,利用单位冲激函数的性质和Parseval定理,将单位冲激函数的平方和转换到频域进行计算,得到了FOA和TOA估计的CRB的解析结果。数值分析,Monte Carlo仿真及实测结果表明,上述CRB具有有效性,可以用于评估上述参数估计算法的性能。

一种国际搜救信标信号模拟系统的设计与实现

为了测试国际搜索与救援卫星转发器,设计了一种406 MHz国际搜救信标信号模拟系统,该系统采用了计算机控制和数字调制技术,通过基于FPGA的直接数字频率合成(DDS)实现对射频信号频率、BPSK相位跳变时间和射频发射时间等参数的精确控制。测试结果表明,该系统能够模拟射频搜救信标信号的各种工作参数,具有良好的灵活性。

基于正交调制器TRF370333的Galileo导航信号实现

Galileo导航系统信号体制具有多波段性,在各波段上分配的信号带宽很宽,最宽可以达51.150MHz。为解决宽带信号调制问题,提出了采用TI公司生产的高性能正交混频器TRF370333,使信号从基带直接变到射频。介绍了整个调制方案,实际测试结果表明该方案能够有效、可靠地产生Galileo导航信号。

Galileo卫星导航系统单频模拟软件信号源的设计

Galileo卫星导航系统作为欧洲唯一计划建设的卫星导航体系,对它的研究有着十分重要的意义。Galileo模拟信号源既可以为Galileo接收机的设计与测试提供良好的仿真环境,同时也可为Galileo系统新技术新方案的验证提供平台。本文针对Galileo E1频段信号提出了一种基于C++软件平台的中频模拟信号源设计框架。文章在给出中频信号数学模型及模拟软源的设计原理框图的基础上,进一步将设计按功能分为5部分,分别为伪随机码产生,导航电文生成,信号MBOC调制,环境和误差模拟以及信号量化部分,详细的给出前3部分设计思路与流程是本文的重点。最后通过输出信号频谱仿真结果、捕获验证结果以及数据恢复的验证结果证明了模拟软源设计的正确性。

Galileo E1 OS信号捕获方法研究

为了获得较好的捕获性能,解决Galileo E1 OS(开放服务)信号捕获过程中遇到的2个问题:信号功率利用不够充分,以及捕获结果的多峰错锁与相位模糊问题,设计了一种利用BPSK-like技术的双通道信号捕获方法。将此方法应用于实测信号,捕获结果主峰明显、几乎无旁瓣,捕获性能理想。