基于LEO增强的COMPASS系统设计及性能分析

针对COMPASS系统的PNT(Position,Navigation,and Timing)性能在全球不均匀的现状,提出采用48星极轨或玫瑰星座的LEO(Low Earth Orbit)通信卫星对COMPASS系统进行性能增强的方案,并对其覆盖性能及各纬度带的平均覆盖仰角进行分析。在此基础上,研究并探讨了LEO星座通信卫星增强的导航系统组成和原理,并以位置精度因子和可见卫星数为指标,对比分析两类LEO星座增强下的导航系统性能。     

CAPS卫星导航系统定位精度分析方法研究

卫星导航系统的定位精度主要受伪距测量的精度和卫星的空间几何分布两方面的影响.GPs等相同轨道分布的卫星导航系统一般采用DOP(几何精度因子)来分析定位精度.我国的转发式卫星导航定位系统CAPS是由GEO商用通信卫星以及一定数量的倾斜轨道通信卫星(IGSO)组成的混合星座导航系统,转发地面控制站信号,实现导航定位等功能.由于不同轨道卫星轨道误差不同,用户得到的卫星轨位精度和测量伪距精度也不相同,因此定位精度计算时必须考虑这种差异.本文引入加权几何精度因子(WDOP)的概念,对CAPS的定位精度进行了分析.通过仿真实验可以看出,由加权几何精度因子计算所得的定位精度能更真实地描述定位精度状况.     

导航星座对高轨特定目标导航方法

针对当前各种高轨飞行器对导航需求日益增强的情况,提出一种导航星座对高轨特定目标飞行器进行导航的方法。该方法需要在导航星座卫星配备全数字相控阵天线与指向可调的高增益导航天线。相控阵天线接收目标飞行器发射的用于波达方向(DOA)估计的信号,并对该信号的DOA进行估计,使距飞行器较近的多个导航星座卫星估计得到飞行器相对于自身的相对方向。以该方向为基础,导航卫星可以调节自身的高增益导航天线并使其指向特定目标飞行器,发送导航电文信息,从而使导航星座自主实现对高轨目标飞行器的导航任务。假定导航卫星相控阵天线装配于卫星对天面上,以此为基础对同步轨道的目标飞行器同导航星座各卫星相控阵天线的可见性进行了仿真分析,并在目标可见的基础上对二维DOA估计精确度进行了计算,验证了方法的可行性。     

面向区域的GEO红外预警卫星部署研究

面向区域的地球同步轨道(GEO)红外预警卫星能为特定区域反导作战提供及时可靠的预警信息,想定了预警区域的经纬度范围,提出以空域覆盖性能和定位精度为性能准则部署GEO预警卫星。首先基于GEO卫星对地覆盖模型建立了卫星空域覆盖性能模型;然后分析GEO卫星与特定预警区域的空间几何关系,以几何精度衰减因子(GDOP)为定位精度衡量指标,建立了GEO星座对预警区域的定位精度模型;最后通过仿真综合分析了不同卫星部署方式对空域覆盖性能和定位精度的影响,给出了面向区域的GEO红外预警卫星部署的指导性结论。     

一种MEO星座的覆盖性能及组网方案分析

地球静止轨道(geostationary earth orbit,GEO)卫星轨道位置资源稀缺已久,巨型低轨卫星星座的发展浪潮使得低轨轨道资源也变得空前紧张,中地球轨道(medium earth orbit,MEO)星座作为GEO和低地球轨道(low earth orbit,LEO)星座的折中,必将成为各国博弈的角逐场,参考世界各MEO星座和我国国情,提出了一种(6+4)MEO星座方案,并使用STK(Satellite Tool Kit)软件对星座覆盖性能、星际链路特性和信关站选址及覆盖性能进行了仿真分析,该方案通过地面站中继实现轨道间通信,有效规避了利用星际链路实现轨际通信时存在的各种问题,使系统得到简化、可靠性得到提高,在全球低轨卫星轨道资源紧张的形势下具有很强的战略价值。     

BD-2几何精度因子仿真分析

＂北斗二号＂卫星导航定位系统（简称BD-2）是我国自主研制的新一代卫星导航系统。基于STK软件建立了BD-2的星座模型,并着重从星座的整体覆盖性能、对于我国境内及我主要战略方向的覆盖情况、星座中三种卫星对于GDOP的影响情况和星座的冗余性四个方面进行了仿真分析。针对仿真分析中发现的问题和不足,提出了完善BD-2的几点建议。     

全球覆盖稳定拓扑LEO/MEO双层卫星激光网络设计

利用覆盖带法,设计了全球连续覆盖低轨道(LEO,lowearth orbit)/中轨道(MEO,mediumearth orbit)双层卫星光网络结构。LEO层是一个零相位因子walkerdelta星座,系统具准静态的Mesh逻辑结构。MEO层由赤道和极地轨道两个轨道组成,补充了LEO层对赤道地区覆盖的不足。覆盖性能结果表明,该网络上升轨道卫星对全球提供99.9%的平均覆盖,对我国提供100%的覆盖。链路性能仿真表明,双层卫星网络结构网络拓扑稳定,相邻节点仰角变化范围小,非常适合激光链路,与国外同类型星座相比所需卫星数少。     

GNSS空间覆盖性仿真分析

全球导航卫星系统（GNSS）对空间用户的应用价值在于GNSS信号对空间的覆盖性能,这不仅取决于星载信号发射器的信号辐射角范围,而且取决于用户自身的最小观测角。针对该问题,对GNSS空间覆盖性原理进行了分析,给出了判别依据,然后对GPS、GLONASS、GALILEO系统、北斗区域服务系统、“北斗”全球导航系统及“北斗”与其他GNSS组合共8种仿真方案,不同轨道高度用户的空间覆盖性进行了仿真。在实际应用中,可以根据仿真结果针对不同的应用任务选取不同的卫星星座或选取多星座互操作,以保证最大同时可见卫星数,从而更好地提升GNSS卫星星座的应用价值。     

BDS/GPS组合导航RAIM可用性分析

采用RINEX数据实验比较了北斗卫星导航系统(BDS)和全球定位系统(GPS)电离层Klobuchar模型在BDS/GPS组合导航中的性能。选择相对较优的电离层模型分析了基于卫星星座类型和卫星类型两种加权情况下,单一北斗、单一GPS与BDS/GPS组合导航系统在非精密进近(NPA)阶段和一类垂直引导进近(APVⅠ)阶段的RAIM可用性。实验表明,在BDS/GPS组合导航中,BDS的Klobuchar模型在中国区域内能修正大量的电离层误差,相比于GPS的Klobuchar电离层模型,电离层延迟修正有0-3.4364 m左右的提高。对于两种加权RAIM算法,在NPA阶段,单一导航RAIM可用性为90%左右,BDS/GPS组合导航的RAIM可用性达到100%。而在APVⅠ阶段,单一导航不具备APVⅠ能力,组合导航APV I阶段RAIM可用性达到100%,具有提供APV I应用的能力。      

低轨卫星定位的导航卫星可见性与GDOP分析

针对全球卫星导航系统对低轨卫星定位的动态观测几何问题,对于不同低轨卫星轨道高度、不同截止高度角和不同卫星导航系统的情形,进行了导航卫星可见性分析,并在此基础上分析了几何精度因子（GDOP）。低轨卫星高度在几百km内变化时对可见性与几何精度因子的影响很小,而不同截止高度角则影响较大;另外与采用单个GPS系统相比,采用GPS—Galileo组合卫星导航系统对低轨卫星定位时,可见导航卫星数目明显增加,GDOP数值减小,且即使在截止高度角较大时也能得到较好的GDOP。     

卫星导航空间信号用户测距误差评估方法

空间信号（SIS）精度是卫星导航系统的基本性能之一,而卫星的用户测距误差（URE）是SIS 精度的重要指标。基于轨道误差及钟差误差研究了GPS（全球定位系统）和BDS（北斗卫星导航系统）的SIS URE评估方法,并利用实测数据评估了GPS和BDS的SIS性能。验证结果表明：GPS的SIS URE均优于2.2 m,BDS SIS URE除GEO-01和GEO-04卫星外均优于2.5 m,符合GPS 标准定位服务性能规范（2008年）及北斗卫星导航系统公开服务性能规范（1.0版）对SIS URE的指标要求。     

基于分布式星群的双层星座设计

当前,陆地通信系统已无法满足日益复杂的信息需求,利用空间信息网络实现全球范围内的无缝覆盖和高效容量传输成为研究热点。现有卫星通信系统以单层星座为主,缺少高低轨卫星之间的协同。提出了一种基于分布式星群的双层星座设计,以基于分布式星群的低轨卫星作为网络架构的基础,采用星间链路实现低轨卫星之间的通信,通过高轨卫星实现中低纬度地区覆盖性能加强。仿真结果表明,所提方法在仅依靠在国内部署卫星地面站的前提下可实现全球多重覆盖。     

一种新的卫星导航系统快速选星方法

 从几何精度因子(GDOP)与星座几何布局的关系出发,提出了用于多星座卫星导航系统的快速选星方法——几何布局选星法.该方法以满足定位要求为前提,按卫星在星座中均布为原则来进行选星.仿真结果表明,相对传统GDOP选星法,计算量减少99%以上,而GDOP满足要求,同时,选星数较少且简洁快速,有效满足了选星求解的实时性和精度要求.     

北斗三号卫星伪距测量误差特征分析

随着卫星导航系统广播星历和钟差参数的精度提升,下行导航信号伪距测量误差对于用户定位授时精度的提升益发显著。由于独特的卫星星座和系统体制,北斗二号卫星伪距测量与仰角呈现线性相关的变化特征,且幅度显著于 GPS 卫星,是北斗二号服务性能提升的关键瓶颈。 随着北斗三号系统的建设,空间星座逐步以 MEO 卫星为主。本文利用 iGMAS 公开数据全面评估北斗卫星下行伪距测量的多路径误差特征,结果表明,北斗三号卫星伪距多路径误差随仰角变化的趋势已得到明显改善,峰峰值为±1m,分布较为随机,与 GPS 卫星特征类似。     

基于STK的双层卫星星座设计及仿真

轨道与星座的设计是整个卫星通信系统设计的基础,合理的轨道设计与星座配置方案可以显著提高系统的整体性能。结合GEO卫星处理能力强,LEO卫星星地时延小的特点,以提供全球实时接入为目标,提出了一种由LEO卫星提供全球覆盖的GEO/LEO双层卫星网络星座设计方案。运用卫星覆盖带分析方法,确定由48颗LEO卫星完成全球覆盖。通过在STK仿真环境下进行计算机仿真验证,得到所设计的卫星星座可完成全天时全球覆盖。     

SIMULATION AND ANALYSIS OF PERFORMANCE ON THE COMPASSTM ENHANCED BY GEO AND IGSO

Positioning accuracy of the Global Navigation Satellite System (GNSS) can be analyzed by Positioning Dilution Of Precision (PDOP).In order to enhance the navigating performance of Asia and the Pacific areas,this paper analyzes the next generation BeidouTM navigation satellite system (CompassTM) enhanced by Geostationary Earth Orbit (GEO) and Inclining GeoSynchronized Orbit (IGSO).As global navigation satellite system,CompassTM must be robust enough to avoid system layoff,when some nodes are not available.So,the CompassTM enhanced by GEO and IGSO constellation is proposed and analyzed its PDOP proformance,this paper shows some exciting results of performance of CompassTM enhanced by GEO and IGSO.From the simulation results,we can found that:when more than fifteen satellites are invalid,the enhanced system could be operating normally.     

卫星导航系统数据传输优化技术OPNET仿真

卫星导航系统由空间段、地面段和用户段3部分组成。地面段由主控站、监测站、注入站和与之互联的高性能通信网络组成,承担空间段导航的控制和星座管理,为用户安全可靠地使用整个系统提供保障服务,而高性能的互联通信网络则为地面段的数据传输提供了具有服务质量保证的平台。文中通过OPNET仿真软件,针对地面段中数据传输交换的通信质量管理问题,根据各站发送的各类信息重要性不同的特点,建立基于帧中继技术和基于帧中继甚小地球站卫星通信网络数据传输网络场景,对数据是否采取优先级传输进行仿真测试,通过数据分析,为高性能的卫星通信网络优化部署提供有意义的建议。     

基于数字变频处理的GPS/BDS双模捕获

全球定位系统(Global Positioning System,GPS)与“北斗”定位导航系统(Beidou Navigation Satellite System,BDS)的双模导航能够提高定位稳定性与精确性,但通常在前端硬件设计中需要建立双通道对GPS和BDS射频信号分别进行处理,极大地增加了硬件设计复杂度以及功率的消耗。针对双通道硬件设计的复杂性问题,提出了在Matlab环境下对GPS/BDS双频信号进行数字变频处理的方法。该方法将硬件中的变频功能在软件中实现,从而降低了硬件设计的复杂度且保证了算法与不同全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)以及前端硬件的兼容性。实验结果表明,在不同的单通道硬件设计下,利用该方法能够成功在软件中消除与L1或B1的频偏得到捕获信号,并捕获到GPS/BDS可见卫星信息。