基于低轨通信星座的全球导航增强系统

针对我国难以全球建站实现全球连续监测,以及当前全球卫星导航系统(GNSS)精密定位收敛速度慢的难题,提出一种基于低轨全球通信星座的全球导航增强系统。该系统不需独立建设,可与低轨通信星座融合发展。低轨卫星既可作为“天基监测站”,又可作为“导航信息源”。结合正在发展的低轨鸿雁全球通信系统进行仿真分析,作为“天基监测站”时,通过配置高精确度GNSS接收机,采用“地面区域监测网+天基全球监测网”的观测体制,实现中高轨导航卫星与低轨通信卫星的联合精密定轨与钟差确定;作为“导航信息源”时,可降低几何精确度因子(GDOP)值和缩短精密单点定位首次收敛时间,相比只利用北斗单系统,在收敛时间方面具有显著优势,收敛时间从30 min缩短到5 min以内。     

面向通导共生的低轨卫星机会信号定位管理

通导共生是指通信和导航信号共存于卫星生态环境中。针对定位或通信的单一功能低轨卫星星座,在定位或通信信号不可用时难以快速进行定位管理的难题,提出了应用扩展卡尔曼滤波器算法,对低轨卫星通导共生星座的机会信号进行定位解算,突破定位管理对单一导航系统的依赖。首先,介绍了卡尔曼滤波的基本原理,结合低轨卫星多星座定位管理算法,提出了一种基于机会信号的卡尔曼滤波定位管理算法;其次,分析了所提算法的优点,包括提高定位精度、提高定位效率、提高定位稳定性等;最后,进行了实验,验证了所提算法的有效性。结果表明,所提算法能够有效地提高定位精度、定位效率、定位稳定性,为低轨卫星通导共生星座定位管理提供了一种有效的解决方案。     

低轨卫星导航系统多场景多普勒定位解算方法

低轨卫星及快速响应卫星非常适合作为导航源为地面用户提供独立于GNSS的导航定位服务,为了解决用户在不同低轨卫星可见数量条件下的连续定位解算问题,并避免传统伪距定位体制所需要解决的高精度星间时间同步问题,提出多种不同可见星数量条件下仅利用卫星多普勒观测信息的定位解算方法。仿真结果表明,该方法在大部分区域内都能够满足优于20 m的三维定位误差。     

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.     

面向高轨航天器的北斗导航特性分析

利用卫星导航信号实现高轨航天器的自主定轨与导航已成为当前国内外的研究热点， 高轨星载导航接收机面临可见卫星数少、接收导航信号微弱、动态性较大等问题。针对以上问题， 分析了高轨环境下星载导航接收机获取到的信号功率、可见星数、DOP 值及多普勒频移状态。首先建立了北斗星座模型与高轨航天器动力学模型，构建星间测距链路，对高轨卫星的可见性进行了仿真分析，结果表明当星载接收机功率为-177 dBw 时，可见星数能达到 4 颗以上，能满足定轨需求；然后对高轨卫星的定轨精度进行了仿真，DOP 值的均值为 15.657 8；最后对导航卫星和高轨卫星之间的多普勒频移进行了分析，仿真的多普勒范围为±14 kHz。相关研究结果可支撑高轨航天器星载接收机的开发。     

低轨卫星扩频信号分析方法

针对低轨(LEO)卫星高速运动引起的多普勒频移,分析了低轨卫星直扩通信信号的扩频参数侦察技术,提出了基于分段累积相关的伪随机(PN)序列周期估计方法及PN码字、PN码初始相位、多普勒频移三维空间搜索方法。理论推导和实践证明,该方法不需先验知识,可通过FFT实现快速计算,运算复杂度低,可对低轨卫星扩频信号参数进行有效侦测。     

混合星座卫星导航系统定位精度分析方法

随着卫星导航技术的发展,无人机等运动载体上的卫星导航设备一般可以接收多个星座的卫星导航信号。在进行多星座卫星导航混合定位处理时,需要评估混合星座卫星导航系统的定位精度指标。卫星导航的定位精度与等效测距误差、空间几何分布等因素有关,不同星座的接收机使用的时钟不同,也会引入相应的误差影响。本文根据卫星导航定位原理,分析了混合星座卫星导航系统的定位误差方差,推导了混合星座定位的精度评估方法。最后,本文还分析了在混合星座定位时,引入测距精度较差的星座系统后,对整个导航系统性能的影响。实验结果表明, 本文分析的混合星座定位精度评估方法与实验结果相符合,为评估多星座导航系统信息融合后的定位性能提供了指导参考。     

基于北斗导航信号的高轨卫星定位性能分析

随着我国自行研制和发展的北斗卫星导航系统的日益成熟,利用北斗导航系统对高轨卫星定位正逐渐成为研究的热点。对基于北斗导航信号的高轨卫星定轨性能展开研究,首先对高轨卫星建立动力学模型,然后对北斗信号传播链路建模,对导航卫星的接收功率、可见性、定位精度因子(DOP值)、多普勒性能建立相应的模型并开展仿真研究。仿真结果表明:高轨卫星GEO、HEO星载接收机接收功率分别为-174d BW和-180d BW时,可见星数至少4颗,满足导航定位需求;GEO的平均几何精度因子(GDOP)的均值为31.9535,HEO的平均几何精度因子(GDOP)为25.2012;GEO的多普勒频移范围约为8k HZ,HEO的多普勒频移范围约为31k HZ。该研究为后续弱信号捕获跟踪提供了理论依据和数据支撑。     

浅析卫星导航接收机中的码伪距差分技术

简要论述了码伪距差分技术在卫星导航接收机中的优点，详细论述了码伪距差分定位算法模型，将码伪距差分定位与单点定位进行对比仿真，明显提高了卫星导航接收机的定位精度。     

低轨星座通导一体化：现状、机遇和挑战

随着毫米波、高通量卫星通信等技术日渐成熟，及其对全球宽带通信服务的迫切需求，低轨巨型通信星座建设受到极大关注，高达数千颗卫星的低轨通信星座被部署，大量部署的低轨通信卫星实现了高频射频信号对地面的多重覆盖，同时地面通信资源为信号接收提供了硬件平台，为通信导航一体化的发展创造了条件。讨论了低轨通导一体化星座的现状、机遇和挑战，重点阐述了低轨通导一体化星座与全球卫星导航系统所需资源的差异，按照空间段、地面段和用户段分别进行了阐述，最后给出了结论和对未来研究的展望。     

一种北斗联合低轨星座的导航增强方法研究

单纯依靠北斗导航系统提供定位导航授时服务,存在卫星信号落地功率低、易受遮蔽和阻断的不足。针对此问题,研究了一种北斗联合低轨星座实现导航增强的系统架构;提出了一种新的适应严重遮蔽或干扰条件下,基于到达时间(TOA)和到达频率(FOA)联合观测的定位解算算法;对高中低轨混合星座条件下的覆盖特性和精度衰减因子进行了仿真分析。分析结果表明,用户可见星数平均增加了64.2%,位置精度衰减因子(PDOP)平均改善了28.7%。研究结果可为下一代北斗的论证设计与研制建设提供参考借鉴。     

GPS-BASED LEO SATELLITE POSITION AND ATTITUDE DETERMINATION AUGMENTED BY PSEUDOLITES ON EARTH

GPS-based navigation and attitude determination of LEO satellites is presently considered as an alternative to the conventional systems which utilize earth sensors and magnetometers. The onboard GPS receiver determines the orbit position of the LEO satellite by the conventional system of linearized navigation equations, requiring the simultaneous reception of ranging signals from four GPS satellites by a single antenna. For attitude determination, pairs of antennae, suitably mounted on the satellite and feeding a common receiver, form several interferometric baselines. The baselines vectors, defined in a given coordinate system, determine the attitude of the satellite. For each baseline and each GPS satellite, the difference in phase of the received signal carriers is measured. The differencing operation eliminates the receiver clock bias. Solutions for the baseline vectors can be obtained with signals received from only three GPS satellites. If the coverage of a receive antenna is restricted to less than the hemisphere it will not have four GPS satellites in view all the time. It is demonstrated that a GPS pseudolite transmitter located on earth supplements the system, which then provides a usable geometric dilution of precision (GDOP) for position determination and an improved position dilution of precision (PDOP) for attitude determination. Pseudolites can be co-located with the gateways which provide access to the public switched telephone networks (PSTNs) for the LEO communication satellites.     

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。     

MIMO场景下的低轨卫星选星算法

低轨(LEO)宽带星座卫星通信作为地面5G无线通信系统的重要补充,始终面临地面可视卫星数量大、传统选星算法计算复杂度高等难题。为实现高效的卫星分组选择算法,基于多输入多输出(MIMO)系统原理,以大尺度路径损耗模型为基础,结合递减卫星选择算法,从而以较低计算复杂度、更快收敛速度有效逼近最优容量性能。该算法在典型LEO星座系统构型下通过数值仿真得到了验证,为未来5G低轨卫星星座通信传输方案设计提供了一种参考思路。     

“北斗”卫星导航系统仿真与全球覆盖分析

为了解“北斗”卫星导航系统( BDS)的星座分布及其正式运行后卫星在全球范围内的覆盖情况,依据BDS卫星轨道参数,使用卫星工具包( STK)构建了完整的BDS空间星座,对BDS卫星轨道信息、可见性以及对地覆盖品质进行分析。在对可见性及覆盖品质的分析中,分别仿真分析了在4个不同的城市和全球范围进行观测得到的几何精度因子( GDOP)和导航精度等参数性能。研究结果对分析BDS系统的服务性能以及提高BDS的导航精度有一定的参考意义。     

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。     

北斗卫星导航系统URE与定位精度分析

北斗卫星导航系统已具有区域无源导航能力,为了研究当前可用星座情况下的系统定位精度,首先分析用户等效测距误差(UERE)结合精度因子(DOP)值的精度评估方法计算模型,然后利用上述方法采用实际数据对比分析了北斗卫星导航系统和GPS系统一段时间内的静态定位精度。通过分析得出,在该段时间内北斗系统定位精度在水平方向上误差优于5 m,在高程方向上误差优于15 m。     

中国低轨移动卫星通信系统星座设计

本文研究低轨移动卫星通信系统设计中的一个基本问题－－星座设计问题，并给邮了我国低圆轨道移动卫星通信系统的星座设计方案，该星座是以三个轨道平面组成的２４颗星系统，它的高度为１３２６ｋｍ，轨道参数由本文提出的优化算法进行设计，本文用统计的方法对我国低轨系统方案和Ｇｌｏｂａｌｓｔａｒ系统（２４颗星方案）的覆盖性能进行分析比较，结果表明本文提出的系统对我国的覆盖特性优于Ｇｌｏｂａｌｓｔａｒ系统，本文还对圆