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.

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)。

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.

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。

针对卫星导航接收机的欺骗干扰研究

针对卫星导航接收机的欺骗干扰是一种能以较低功率实现有效干扰的相关干扰技术。目前公开的文献均只定性地说明可以通过较高的欺骗信号功率牵引目标接收机跟踪环路,但并未进行精确的定量分析。为解决欺骗干扰在实际应用中的功率控制问题,本文通过建立接收机跟踪模型,理论分析了欺骗信号对接收机实现成功牵引所需满足的信号功率条件。最后通过软件接收机仿真和实际导航接收机实验,验证了理论分析的正确性。

卫星导航系统中多址干扰引起的伪码跟踪误差的分析

本文基于非相干延迟锁定环的伪码跟踪体制,研究多址干扰对伪码跟踪误差的影响,通过理论推导给出了存在多址干扰条件下最大跟踪误差的解析表达式,分析了影响多址误差的多种因素,得到了多址误差随干扰信号频率和相位的变化规律。研究结果可对进一步分析多址干扰影响和克服多址误差提供理论依据。

一种兼顾卫星导航系统星间观测及通信的链路分配算法

卫星导航系统星间采用点波束建立星间链路时,由于星上波束数量小于可建立星间链路的卫星数量,因此便产生了如何有效分配有限波束来建立星间链路的问题。针对该问题首先利用星座运行的周期性提出了一种适用于星间观测及星间通信的拓扑处理方式,并以该拓扑处理方式为基础提出了一种链路分配算法。算法在保证星间观测数量最大化的前提下,以降低整网通信代价为优化目标,尽管为了保证星间观测数量会不可避免地导致通信性能的部分损失,但是仿真结果表明算法的性能整体上优于铱星系统所采用的网状链路分配方法的性能。

IRNSS区域卫星导航系统服务性能分析

分析IRNSS星座结构及特点,通过对印度区域格网点几何精度因子的计算,讨论了IRNSS系统在服务区内的定位精度;以星座值和单点可用性为依据,分析IRNSS星座完整及失效一颗星情况下星座的可用性。结果表明:IRNSS导航系统星座设计合理,具有良好的区域覆盖性,印度及向外延伸2000km区域内的用户可以获得10m左右的定位精度;星座结构具有一定的冗余度,稳定性较好,以PDOP小于6为阈值,在一颗卫星失效情况下仍具有95%以上的可用性。

QStrobe:一种高阶BOC卫星导航信号的无模糊多径抑制算法

二进制偏移子载波(BOC)技术是为解决有限导航频谱资源复用提出的调制技术,BOC信号相关峰的旁瓣导致传统超前减滞后延迟锁定环(DLL)出现跟踪模糊且不利于多径抑制。提出了一种将QBOC旁瓣消除技术与BPSK信号的Strobe抗多径技术相结合的QStrobe算法解决高子载波调制阶数的BOC信号无模糊抗多径问题。利用本地构造的QBOC信号去除相关峰旁瓣,再利用两组不同间隔超前/滞后码的线性组合构造仅有唯一稳定点,且控制延迟误差响应幅度的码跟踪鉴别曲线,实现无模糊的多径抑制。BOC(15,2.5)与BOC(14,2)信号的仿真试验结果表明,QStrobe算法消除了传统超前/滞后DLL的跟踪模糊,比QBOC超前/滞后DLL的6dB衰减多径误差包络面积分别改善51%和70%。

区域卫星导航系统无电离层组合定位精度分析

电离层折射误差是卫星导航系统定位的主要误差源之一。目前使用最广泛、最有效的电离层折射误差改正技术是双频技术。区域卫星导航系统具有3个频率的观测数据,可以形成多种消除电离层一阶项的观测组合以及消除电离层二阶项的观测数据。文中假设各个频率上的观测噪声相同,推导了B1/B2,B1/B3和B2/B3三种消电离层一阶项组合的表达式,其噪声放大因子分别为2.899,3.527和14.286;推导了B1/B2/B3消电离层一阶项且噪声最小组合的表达式,组合系数分别为6.179,-3.826和-1.000,该组合的噪声放大因子为2.865;推导了消除电离层二阶项组合的表达式,组合系数分别为-0.263,-0.749和1.000,该组合的噪声放大因子为35.748。利用实测的伪距数据对5种组合的定位误差进行了计算。定位结果表明,消电离层一阶项且噪声最小的定位精度最高;B1/B2,B1/B3和B2/B3组合定位精度依次降低;B1/B2/B3消电离层二阶项组合虽然消除了电离层二阶项,但噪声放大了35.748倍,因此其定位精度最差。

卫星导航系统功率增强对区域定位服务性能的影响分析

在导航战中,卫星功率增强技术是提高战区军用接收设备抗干扰性能的重要措施。文中以walker 27/3/1星座为例,以满足战区中心4颗可见卫星的最小定位要求为目标,提出基于最优GDOP值准则和基于最少切换次数准则的两种卫星功率增强策略,从卫星功率增强区域的覆盖性、可用性以及控制的复杂性三个方面,仿真分析并比较了两种卫星功率增强策略下的定位服务性能。仿真结果表明,实施卫星功率增强在保证目标区域具备全时段服务能力的同时,还将对全球10～20%的区域形成部分时段覆盖,基于最优GDOP值准则的卫星功率增强策略和基于最少切换次数准则的卫星功率增强策略分别在GDOP值分布和控制复杂性方面具有优势,鉴于上述两种功率增强策略的特点及存在的不足,本文最后提出了一种折中考虑控制复杂度和服务性能的改进方案。

基本星座下北斗卫星导航系统服务性能分析

系统服务性能是卫星导航系统的关键技术指标。在分析可见性、几何精度因子等系统服务性能指标的基础上,采用图形显示技术和计算机仿真技术,设计实现了导航系统服务性能分析软件。重点针对现阶段基本星座下3颗地球同步轨道卫星(GEO),3颗倾斜地球同步轨道卫星(IGSO))的北斗卫星导航系统服务性能进行了仿真分析,对比了北斗卫星导航系统(COMPASS)与GPS兼容后在中国地区测量精度的变化。

导航卫星观测量精度评定法研究

给出了一种导航卫星观测量精度的评定方法,并结合具体算例对该方法进行了实验验证。结果表明,文中给出的方法切实可行,能够对导航卫星的观测量精度进行较为合理的评定,相关研究成果对我国北斗卫星导航系统的测试评估具有一定的参考意义。

北斗卫星导航系统在轨信号监测与数据质量分析

导航信号质量监测平台由全向天线及高增益接收天线单元、监测接收机、下变频器、信号采集存储设备和PC信号质量分析软件组成,实现了在轨卫星的数据层长期评估和信号层精细分析。利用导航信号质量监测平台,对北斗、GPS、GLONASS等卫星信号的时域、频域、调制域、相关域、测量域等质量进行了评估,并对码减载波、码相位相干性和信号相关峰等关键指标进行了具体分析与比较。结果表明:目前北斗系统在轨信号质量与GPS信号质量相当,略优于GLONASS信号质量。

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。

卫星导航系统综合仿真平台设计

差分增强技术能够有效提升卫星导航系统性能,然而公开发行的仿真平台难以全面便捷地研究该技术。设计了以差分和完好性研究需求为导向的综合仿真平台,可灵活配置星座、伪距误差、监测站、用户接收机等参数,具备完好性故障仿真功能,采用与接收机无关的数据交换格式和标准产品3轨道格式输出数据以便于程序间数据交换,可扩展调用用户插件进行数据分析。利用商业导航后处理软件GrafNav评估该平台性能,结果表明该平台输出数据与真实接收机输出数据的定位精度相当,可有效支持差分增强技术的研究。

GLONASS卫星信号模拟器导航电文生成

导航电文的生成是GLONASS卫星信号模拟器研制中的关键部分,获得正确的导航电文信息是接收机实现定位、测速以及授时等功能的前提条件。为了满足接收机测试的需要,GLO-NASS卫星信号模拟器输出信号必须调制正确的导航电文。GLONASS卫星信号模拟器由模拟器仿真软件和信号生成单元组成。主要研究GLONASS卫星信号模拟器的软件部分。在分析GLONASS卫星信号模拟器结构和导航电文结构的基础上,详细介绍了GLONASS卫星信号模拟器中导航电文的生成过程。重点对从R inex文件中读取星历参数并转化成二进制格式导航电文的程序实现进行了深入研究,利用GLONASS接收机对卫星信号模拟器输出的仿真信号进行电文解析和定位解算,试验结果可以验证卫星信号模拟器中导航电文生成的正确性。

卫星导航干扰监测技术的发展现状与趋势

对卫星导航系统各工作频段干扰信号进行监测和分析,有助于干扰源定位、系统问题排查及指导抗干扰设备的研制,是卫星导航系统建设发展的重要内容。在分析国内外发展现状的基础上,对干扰监测的关键技术进行了论述和分析,并给出了其发展趋势及应用前景。

基于SDP4模型的导航卫星仰角及方位角预报

地面站可控天线可以不借助接收机而直接监测导航卫星的信号质量,地面天线伺服系统根据卫星的实时位置计算出仰角及方位角来确定天线的指向。广播星历及历书等常用的计算卫星位置的方法虽误差较小,但其误差随时间迅速扩大,基于该问题,论文论述了双行星历(TLE)结合SDP4模型进行卫星轨道预报方法,利用SDP4模型计算GPS导航卫星的实时位置并预报卫星的仰角及方位角,采用IGS事后精密星历对其角度预报误差进行了评估,同时,还将该方法的预报误差与广播星历、历书、STK高精度轨道预报等方法的预报误差进行了对比.实验结果表明:采用SDP4模型对导航卫星进行位置预报可满足误差要求,且时间有效性长、通用性好,具备实际应用价值。