卫星导航服务性能评估与干扰监测保障系统设计

卫星导航信号存在固有脆弱性,极易受到有意或无意的电磁干扰,因此开展卫星导航服务性能和干扰信号的监测与评估,对支持导航系统运行服务和保障时空信息应用安全具有重要意义.本文针对卫星导航服务性能监测评估的机理特点,结合干扰监测排查的现实需求,给出了系统建设的总体架构和运行的机制流程,并就系统效能发挥的关键技术进行研究分析,为工程化构建“多源融合、广域覆盖,立体感知、快速响应”的导航应用监测保障系统提供总体指导和技术支撑.

基于信道模拟的阵列导航信号模拟器设计

随着北斗三号卫星导航系统的开通运行,北斗导航终端已经在各行业得到广泛应用,针对北斗导航终端的测试将出现井喷式的发展。本文设计了一种基于信道模拟技术的阵列导航信号模拟器,可应用于批量导航终端的测试检验,相对于传统多频点阵列导航信号模拟器,具有设备构成简单、性价比高的特点,具有很好的灵活性和可扩展性,适用于导航终端研制对批量导航终端的测试检验。

GNSS高动态导航终端检定系统设计及实现

随着特种装备对高精度、高动态性能及姿态测试的新需要,现有检测计量系统已不满足当前的测试需求。本文设计并构建了GNSS高动态导航终端检定系统,创新性地提出利用高精度转台模拟真实运动场景,通过角度编码器、高精度授时接收机保证控制及测试精度,运用转台状态显示及测试评估软件对测试数据进行处理,完成对被测对象的评估,并对建成后系统的关键指标进行了验证试验。结果证明,该系统可实现对导航终端进行高动态、高精度的测试。

PNT体系视角下卫星导航与不依赖卫星导航技术融合发展研究

卫星导航自问世以来以其全天候、全天时、低成本的优势,成为广泛使用的导航定位授时(PNT)方式;但在应用层面,为了规避对卫星导航单一手段的过度依赖,“不依赖卫星导航技术”概念被提出并受到重视,如何准确把握两者之间的关系成为现实而迫切的问题。本文概述了卫星导航技术特征与体系定位,进而基于PNT体系视角,对比分析了惯性导航、匹配导航、无线电导航(除卫星导航外)等典型不依赖卫星导航技术的性能、成本、应用场景;辨析了卫星导航与不依赖卫星导航的关系,明晰了卫星导航作为最大共性需求满足者、体系核心与基石的总体定位,量化分析了卫星导航与不依赖卫星导航技术融合的效能。我国PNT体系的科学发展,需要创新突破不依赖卫星导航技术,促进卫星导航和不依赖卫星导航技术深度融合,同时加快低轨导航系统建设,提升卫星导航性能并最大化体系贡献率。

高精度卫星激光测距在北斗卫星导航系统应用及发展

卫星激光测距(SLR)是卫星轨道测量中精度最高的一种技术,广泛应用于卫星精密定轨、卫星轨道精度检核、激光时间比对等,是导航系统卫星轨道精确测定的重要组成部分。本文结合中国科学院上海天文台SLR系统及北斗卫星国际激光联测,取得全球激光台站观测数据,为实施全球导航卫星系统联合研究提供了条件;发展了100 kHz高重复频率SLR技术并应用于北斗卫星激光观测,标准点数据精度达百微米水平,有效提升了导航卫星激光观测数据质量;同时描述卫星激光测距技术在北斗导航系统其他应用情况,包括卫星独立定轨、广播星历精度检核、星地激光时间比对等。

卫星导航时域自适应抗干扰技术综述

时域自适应抗干扰是导航对抗领域最常规的抗干扰技术之一,可以通过自适应算法生成时域滤波器,在不需要先验信息的前提下应对复杂多变的窄带干扰。随着干扰环境复杂化、干扰手段扩大化,给传统时域抗干扰带来了高抗干扰性能不足、复杂度过高、测距稳健性不足的难题,时域抗干扰技术也在导航对抗升级的同时不断改进和发展。介绍了时域抗干扰的基本概念以及经典算法,对近年来时域抗干扰研究面临的主要问题进行了归纳总结,并分别从提高算法收敛性、降低硬件复杂度以及提高测距精度3个方面给出了技术发展概述。最后,根据对已有技术的总结和面临的工程问题,对未来时域抗干扰技术的发展方向做出了展望。

低轨互联网系统在导航增强服务中的应用前景及挑战

近年来卫星通讯技术迅猛发展,低轨互联网系统依托其传输速率高、能够进行大规模远程数据传输的优势,以及低轨星座自身具有的距离地球近、信号落地功率高、空衰小、几何变化快的特点,有望弥补卫星导航系统在播发速率和信号衰减方面的缺陷,解决当前传统卫星导航系统落地率较低和实时精密单点定位(PPP)收敛时间过长的问题。在具体工程实现上,低轨星座可发挥四个方面的作用:一是作为“天基监测站”实现当前全球导航卫星系统(GNSS)的信息增强;二是可作为“导航信息源”,实现信号增强和信息增强;三是作为卫星导航系统的补充和备份,独立维持时空基准;四是实现卫星通信业务与导航增强业务融合建设,在用户层次实现“通导一体”。将低轨互联网星座导航增强总体设计与GNSS运行服务的现状相结合,实现优势互补,可提供覆盖面更广、精度更高、更加稳健的时空服务。本文简要介绍了国内外低轨卫星发展现状,分析了低轨卫星在导航增强方面特别是在广播星历参数设计和低轨星座构型等方面的关键技术,重点讨论了低轨卫星在天基监测信息增强、信号增强和通导一体方面的应用及效益,总结了低轨互联网卫星导航应用发展的前景及挑战。

阵列型导航天线相位中心控制及群时延校正

导航接收机采用阵列天线波束形成零陷干扰，获得对卫星信号的优质接收，以提高导航定位性能。为了获得更高的导航定位性能，需要校正阵列天线波束形成相位中心变化和群时延波动。本文提出幅相建模改进的MVDR波束形成算法，其指向有用信号方向的载波相位恒为零，实现了对相位中心的控制；波束形成后频带内的相位数据进行差分拟合可以得到群时延特性，进而可对波束形成指向不同方向引起的群时延波动进行校正。仿真得到有用信号方向上阵列天线群时延引入的接收机伪距测量零值，用其进行伪距测量值校正可达1cm的精度。该方法解决了阵列天线波束形成相位中心变化和群时延波动的校正问题，可为高性能导航应用提供技术储备。

北斗三号卫星导航测试系统调研分析

本文通过对国内外北斗三号卫星导航测试系统生产厂家的调研分析,介绍了该系统的组成和功能特性;对北斗三号信号模拟器性能参数进行比对分析,指出国内主要几家生产的北斗三号卫星导航测试系统中存在的优点及不足,并提出建议。

美军导航战的发展研究与启示

随着“导航战”概念的不断发展与演变,美持续推进导航对抗体系建设与指挥体系转型,以谋求PNT信息的非对称优势。从指挥职能体系建设、导航对抗能力提升、演习训练基础搭建、导航对抗实战等方面对美导航对抗体系的发展进行了研究,并进一步围绕以卫星导航系统为核心开展的攻防对抗能力进行了分析。美在加快以GPS为基石的PNT体系建设时,不断结合系列化演习与实战行动,加强导航战攻防能力的提升,应引起我高度重视。

基于机器学习的卫星导航系统全球定位性能评估方法研究

针对卫星导航系统伪距相位、广播星历等观测数据,本文采用特征提取和模型回归等技术手段,从数据类型和观测时间两个维度寻找数据内在特征,挖掘出海量测站数据之间的特征关联,并采用机器学习方法评估卫星导航系统全球定位性能.本文所提出的评估方法在实际测站数据上进行了验证,中国及周边区域12个测站模型定位精度1-平均绝对百分比误差(mean absolute percentage error, MAPE)的均值为92.36%,最差为PTGG站,1-MAPE为89.26%;全球范围120个测站模型定位精度1-MAPE的均值为86.59%,最差为SCOR站,1-MAPE为81.46%,与传统数理统计框架下得到的实测值较为吻合.实验结果表明:基于机器学习模型评估卫星导航定位性能的方法可行有效,机器学习模型在大数据统计分析中具有强评估能力和高泛化性,突破了现仅用传统数理统计的全球定位性能评估思路.

低轨卫星增强卫星导航服务性能分析

选取国内微厘空间低轨星座,通过分析低轨星座和GPS星座高低轨联合导航定位情况下卫星可见数变化、DOP值改善和落地电平大小,深入研究了低轨导航卫星星座对当前GPS导航卫星星座服务性能的增强效果。仿真分析表明,低轨卫星星座可对GPS星座导航服务性能实现约36%以上的增强,卫星可见数提高了约10倍;在信号方面,相同发射功率下落地电平可以提高约25 dB。

基于架空光缆的高稳定频率信号传递技术研究

为解决架空光缆因晃动幅度大和温度变化剧烈引起的相位噪声恶化问题,采用双向传输与预补偿技术,设计了基于电子相位补偿的光纤频率传递方案,在包含30 km架空光缆、总长133 km的实际链路上进行频率传递试验,与单向传输设备相比相位噪声指标提高28 dB;采用双向传输光纤频率传递技术,在包含架空光缆与133 km全部埋地光缆进行对照测试,在5级风力情况下架空光缆传递相较恶化了4 dB,均可以满足架空光缆下频率传递使用需求;经实地试验表明,基于电子相位共轭的光纤频率传递技术可以优化经架空光缆传递后频率信号的相位噪声,为分布式雷达、分布式守时系统及航天测控等系统多站间同步方案提供支撑。

导航卫星精密轨道与钟差确定方法研究及精度分析

介绍导航卫星精密轨道与钟差确定的相关方法,重点研究联合双差与非差GNSS数据处理技术实现精密定轨与钟差估计的原理与实现方法,基于GPS实测数据进行定轨与钟差确定精度分析。结果表明:利用全球均匀分布的30余个测站一天的观测数据,R、T、N方向定轨精度可以达到0.031 m、0.074 m、0.077 m,卫星钟差确定精度可以达到0.22 ns。

BDS卫星天线相位中心改正模型比较

介绍北斗二代卫星系统(BDS)3种卫星天线相位中心改正模型,分析对比不同模型对精密定轨、卫星钟差以及精密定位的影响。结果表明,ESA/ESOC的BDS卫星天线相位中心改正模型在精密定轨、卫星钟差和精密定位方面均优于其他模型结果,建议在北斗高精度数据处理中采用。

导航卫星精密定轨与时间同步技术进展

全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System, GNSS)通过播发卫星钟差和精密轨道信息实现时间和空间基准信息向导航用户的传递.随着高精度原子钟等导航卫星载荷、星间链路等天基/地基监测手段以及数据处理方法等技术的不断更新,卫星轨道和钟差产品的精度和实时性也逐步提升. 2018年12月,北斗三号卫星导航系统正式开通,为'一带一路'国家提供实时高精度、高可靠的基本导航定位服务.综述了北斗导航系统从北斗二号区域系统到北斗三号全球系统精密定轨与时间同步处理面临的困难和挑战,针对上述问题,阐述了北斗运行控制系统的解决途径和实现指标.与GPS等其他GNSS系统进行比较,分析了不同导航系统技术特点.最后展望了精密定轨与时间同步技术未来的发展路线图,为更高精度的GNSS导航定位授时服务提供参考.

RBF神经网络辅助的UWB/INS组合导航算法

针对UWB/INS组合导航中由UWB信号中断导致无法对INS进行误差补偿的问题,提出一种径向基神经网络辅助的UWB/INS组合导航算法:当UWB信号可用时,以单独INS解算的位置信息和INS的角速率、比力值信息作为RBF神经网络的输入,以单独INS与UWB/INS组合解算的位置差值作为RBF神经网络的输出进行训练;当UWB信号中断时,利用训练好的RBF神经网络预测INS的位置误差,并对其误差进行校正。实验结果表明:相较于无辅助的UWB/INS组合方法,加入RBF神经网络辅助机制可提高UWB/INS组合导航模型的稳定性及精度。

河北省次中心城市的选择研究

次中心城市在区域经济发展中发挥着重要作用,在前期合理选择哪些城市作为次中心城市培育对象至关重要。从次中心城市所应具备的内在条件和外在作用考虑,可将次中心城市的形成条件归为两类:自身综合实力和对周围城市的带动能力;然后分别建立了相应的量化模型以及综合评价模型;最后应用此模型对河北省各县市进行了综合定量评价和排序,并选出24个次中心城市培育对象。此项研究可为河北省次中心城市的发展建设提供理论依据。

GPSⅢ星载原子钟长期性能评估

为评估GPSⅢ星载原子钟的长期性能,对其数据特性和时频特性进行分析。结果表明,GPSⅢ星载钟存在相对固定的频率漂移,均值为(4.7±0.1)×10^(-14)/d;拟合噪声整体保持长期稳定,均值为(2.0±0.007)×10^(-10)s,但存在约200d的波动周期;频率准确度在运行前期波动较大,但之后进入相对稳定状态,均值为(7.3±0.5)×10^(-12);千秒稳、万秒稳和天稳的均值分别为(2.5±0.02)×10^(-14)、(5.9±0.04)×10^(-15)和(4.2±0.04)×10^(-15);卫星钟差存在近似于卫星轨道周期1倍、2倍或1/2倍的显著周期项;GPSⅢ星载钟性能较GPSⅡF整体有改进和提升,但除准确度指标之外的整体性能稍逊于BDS-3和Galileo。

综合伪距相位观测的北斗导航系统广域差分模型

我国区域北斗卫星导航系统为用户提供开放服务和授权服务两种服务方式,其中授权服务主要提供一维等效钟差改正数和完好性信息,实现更高精度的服务性能。北斗卫星导航系统提供的实时差分信息是基于CNMC平滑后的伪距观测数据计算,其精度受到残余伪距噪声的限制。为提升系统广域差分服务性能,本文提出了一种广域差分新模型。该模型综合了伪距及相位观测数据,并新增了轨道改正数。模型中经相位平滑的伪距观测值用于定义钟差改正数和轨道改正数的基准,而相位历元间差分观测值用于计算约束差分改正数的高精度相对变化。论文分析了数据采样率、测站个数等因素对新模型的影响,并采用中国区域内的观测站数据对新模型进行精度验证。试验结果表明:(1)基于新广域差分模型的GEO卫星UDRE指标相对原有模型提升了27%,IGSO卫星指标提升了35%,MEO卫星指标提升了24%;(2)基于新的广域差分模型,用户在南北、东西、高程方向的伪距定位精度分别提升了23%、32%和52%,实现了北斗系统用户导航定位三维定位精度优于1m的指标。