地基增强系统(GBAS)飞行试验分析

作为一种新型的、基于卫星导航系统的精密进近和着陆系统,地基增强系统(Ground Based Augmentation System,GBAS)与其他传统的地基无线电精密进近和着陆系统在系统构成和应用上有很大的不同,因此,GBAS系统飞行校验的方法和校验内容也和这些传统的系统不一样。本文分析了在国内多个机场进行GBAS飞行试验的数据结果并据此对GBAS地面子系统的性能进行评估。结果显示GBAS系统可以满足CATI进近和着陆导航系统的精度要求,VDB信号覆盖和数据连续性也可以满足试验要求。     

乌鲁木齐机场GNSS地基增强I类精密进近研究与实现

2019 年民航局发布《中国民航北斗卫星导航系统应用实施路线图》，推动北斗卫星导航系统民航应用。为研究融合北斗卫星的地基增强系统(GBAS)新技术在乌鲁木齐“智慧机场”的应用，对 GBAS 的发展研究现状进行了说明，论证了乌鲁木齐机场 GBAS 建设的必要性和可行性，在此基础上完成了 GBAS 技术方案，满足 GNSS 地基增强 I 类精密进近的技术需求，为后续乌鲁木齐机场 GBAS 的相关建设提供了重要的理论依据。     

天津滨海国际机场GBAS地面设备维护与分析

通过地基增强系统(GBAS)进行载波平滑伪距,进行完好性监测,产生伪距校正信息,并广播差分信息报文,机载用户接收 GBAS 信号进行伪距差分定位并完成进近引导。简要介绍了 GBAS 系统的系统组成、工作原理,重点介绍了 GBAS 定期维护,并着重就 VDB 信号频率测试、功率测试、驻波比测试以及授时信号测试等测试方法进行了详细的介绍,为国产 GBAS 设备定期检测维护提供技术指导。     

地基增强系统(GBAS)站址评估分析

GBAS 在通过差分定位提高卫星导航精度的基础上,增加了一系列完好性处理算法,使机场覆盖空域范围内的配置相应机载设备的飞机获得到达 I 类精密进近(CAT-I)甚至更高标准的精密进近、着陆引导服务。GBAS 在建设规划阶段,站址评估是确定运行 GBAS 性能的重要手段。主要介绍了 GBAS 系统的系统组成、工作原理,重点介绍了 GBAS 站址评估方法,并以某机场实测数据为例进行了 GBAS 站址评估,为后续 GBAS 投入应用提供了技术基础。     

地基增强系统验证飞行性能分析

地基增强系统(GBAS)在通过差分定位提高卫星导航精度的基础上,增加了一系列完好性监视算法,提高系统完好性、可用性和连续性的指标,使机场覆盖空域范围内的配置相应机载设备的飞机获得达到I类精密进近(CAT-I)甚至更高标准的精密进近和着陆引导服务.GBAS验证飞行的目的是确认GBAS地面设备的信号稳定性和可靠性,同时验证...     

天津滨海国际机场GBAS设备性能分析

地基增强系统(GBAS)是国际民航组织(ICAO)发展的新一代卫星导航着陆引导系统。GBAS 通过地面差分修正、完好性监测等技术,提高卫星导航系统精度、完好性、连续性、 可用性的“四性”指标,为飞机提供 I 类甚至更高等级精密进近着陆引导服务。简要介绍了 GBAS 系统的系统组成、工作原理,重点分析了天津机场 GBAS 设备运行情况,从系统精度、完好性、 连续性、可用性等方面入手,评估设备运行性能指标,为后续 GBAS 投入应用提供了技术基础。     

北斗三号基本系统空间信号质量评估

全球卫星导航系统(GNSS)空间信号(SIS)质量直接影响了用户使用性能。北斗三号卫星不同于北斗二号卫星,将继续播发北斗二号老信号,同时新增播发B1C, B2a等新信号,多频多信号多分量的信号体制较北斗二号更为复杂,对导航卫星信号质量控制提出了较大挑战。2018年底北斗系统完成了18颗卫星组网,完成北斗三号基本系统建设并开始提供全球服务,有必要对北斗三号在轨卫星空间信号质量进行量化评估。传统空间信号质量评估方法侧重于单项的定性评估,而针对北斗三号复杂的信号体制,缺乏系统的、定量的分析结果。该文对标北斗系统接口控制文件(ICD),从功率特性、频域特性、时域特性、相关域特性和信号一致性等方面研究了不同参数配置对评估结果的影响,形成了一套面向新型调制方式和多频多分量复用信号的量化评估方法。基于40 m大口径天线的空间信号质量评估系统,对18颗MEO卫星进行了长时间监测跟踪和数据采集,首次对北斗三号卫星空间信号质量进行了全面量化评估。结果表明:北斗三号卫星空间信号质量良好,18颗MEO卫星一致性较好,符合ICD指标要求,可满足服务区内用户需求;评估方法可用于对后续导航卫星空间信号质量的量化评估。     

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。     

基于低轨卫星的北斗反射事件仿真分析

导航卫星反射事件的空间分布和数量是星载反射信号应用的综合评估指标之一,北斗系统作为我国独立研发的导航系统,与其他系统相比,其反射事件的空间分布和数量具有独特性.针对上述问题,通过研究北斗系统空间星座的特征,模拟生成了完整的北斗系统空间星座,给出了反射事件空间分布和数量的分析步骤,利用导航卫星反射信号的基本几何关系推导了镜面反射点存在性判决条件.从机理上分析了北斗反射事件的影响因素,在此基础上仿真分析了低轨卫星轨道高度、倾角、升交点赤经以及近地点角距对北斗系统同步地球轨道、倾斜地球轨道和中地球轨道卫星反射事件空间分布和数量的影响.结果表明:低轨卫星高度、升交点赤经只影响北斗反射事件数量,而不影响分布,轨道倾角对数量和分布都有显著影响,轨道近地点角距无显著影响.最后,总结给出了对地观测需合理设计低轨卫星轨道参数的指导性结论.     

“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。     

北斗系统导航信号标称失真研究

北斗卫星导航系统（BDS）信号均存在细微的标称失真,传统的研究聚焦于单星信号失真,无法从系统上定量测量各信号由于标称失真带来的测距偏差.该文以大口径天线接收系统采集数据结合软件接收机,从时域波形、通道特性和测距偏差上分析北斗系统B1I信号标称失真.首先利用码相位累加平均方法和标准码片相关技术提取信号时域失真细节,并计算各卫星数字失真量.其次,运用最小二乘法估计信号通道特性,对比分析所有卫星信号通道特性;最后以S曲线过零点偏差（S-Curve Bias,SCB）定量分析B1I信号自然测距偏差及最大测距偏差.文章从多维度定量对比研究了北斗系统B1I信号标称失真,给卫星导航空间信号质量评估和接收机设计提供了新的思路.     

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。     

基于北斗短报文的卫星导航信号区域监测系统设计

设计了一种基于北斗短报文的卫星导航信号区域监测系统，可实现对指定区域卫星导航系统的持续全天候监测。针对北斗短报文可靠性和通信容量有限的特点，提出了一种带反馈重发机制的多卡自适应发送方法，可明显提高发送效率和可靠性。研究了一种多站联合干扰源交汇定位算法，并设计了导航信号区域完好性监测方法，可在出现异常时对干扰源进行定位并及时告警，具有较强的实用价值。     

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。      

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。     

Next‐generation global satellite system with mega‐constellations

Mega satellite constellations in low earth orbit (LEO) will provide complete global coverage; rapidly enhance overall capacity, even for unserved areas; and improve the quality of service (QoS) possible with lower signal propagation delays. Complemented by medium earth orbit (MEO) and geostationary earth orbit (GEO) satellites and terrestrial network components under a hybrid communications architecture, these constellations will enable universal 5G service across the world while supporting diverse 5G use cases. With an unobstructed line‐of‐sight visibility of approximately 3 min, a typical LEO satellite requires efficient user terminal (UT), satellite, gateway, and intersatellite link handovers. A comprehensive mobility design for mega‐constellations involves cost‐effective space and ground phased‐array antennas for responsive and seamless tracking. An end‐to‐end multilayer protocol architecture spanning space and terrestrial technologies can be used to analyze and ensure QoS and mobility. A scalable routing and traffic engineering design based on software‐defined networking adequately handles continuous variability in network topology, differentiated user demands, and traffic transport in both temporal and spatial dimensions. The space‐based networks involving mega‐constellations will be better integrated with their terrestrial counterparts by fully leveraging the multilayer 5G framework, which is the foundational feature of our hybrid architecture.     

一种基于介质加载的地球覆盖波束天线设计

地球覆盖波束天线为低轨卫星与地面终端之间的数据传输建立了通道,文中研究了一种新型的介质 加载地球覆盖波束天线。基于介质加载的方法,文中提出了一种圆极化地球覆盖波束天线设计,该天线由馈电网 络、馈源和介质三部分组成,介质包括底部圆柱部分和顶部半球部分,馈源集成于介质内部。设计的地球覆盖波束 天线工作在C 波段,轴向0°~64°范围内增益在0 dBic 以上,40°方向增益为5. 2 dBic。天线尺寸紧凑,辐射波束具有 较好的空间截止特性,可满足立方星应用。     

四分法和差分相干结合的北斗弱信号捕获算法

针对弱信号条件下传统卫星信号捕获算法无法满足用户需求的问题,在对接收信号进行傅里叶变换的基础上,提出了一种利用四分法估计导航数据比特跳变位和差分相干累加方法相结合的北斗弱信号捕获新算法。与基于FFT的半比特交替和相干累加结合的捕获方法比较可知,该算法数据利用率高,对噪声有良好的抑制效果。仿真结果表明,该算法可实现-38 dB信噪比条件下的北斗弱信号捕获,并可进一步提高软件接收机灵敏度。