GPS和Galileo导航电文设计分析

导航电文设计的优劣直接影响卫星导航定位的可靠性,该文以GPS和Galileo导航系统的导航电文设计为例,汇总了GPS和Galileo系统导航电文设计的最新成果,比较分析GPS传统的导航电文格式NAV和新的民用导航电文格式CNAV以及Galileo系统的导航电文,并对导航电文数据结构、编排方式、差错控制以及播发方式等方面的性能进行评估,进行导航电文的优化设计,以期为我国北斗导航系统的电文设计提供借鉴。     

GNSS系统中通信服务能力比较与电文播发策略研究

随着世界各大导航卫星系统(GNSS)导航定位授时服务性能的日渐完善,在卫星导航系统中发展通信能力逐渐成为趋势,除了北斗系统明确宣布提供导航定位授时和通信数传两大类服务,其他GNSS系统中也出现了部分通信导航融合的服务功能。系统地梳理了欧洲伽利略(Galileo)、日本准天顶卫星系统(QZSS)、印度卫星导航系统(NavIC)和中国北斗卫星导航系统(BDS)目前已经具备或正在发展中的单向通信服务能力,提出了从通信容量、定位实时性、链路鲁棒性和服务弹性4个维度评估通导融合电文性能,综合比较了目前GNSS信号中的通导融合电文性能。针对北斗B2b电文基本框架,提出了一种首次定位时间(TTFF)约束下的竞争式通导融合电文播发策略,兼顾了通信容量与定位实时性两方面性能的动态平衡,为GNSS中通导融合服务的持续优化设计提供参考。     

GNSS导航电文对接收机用户的性能影响分析

导航电文是全球卫星导航系统(GNSS)的关键要素,依靠由系统广播的导航电文所提供的信息数据,接收机用户得以正确计算出其位置并获得精确的时间信息。导航电文的数据内容取决于系统控制段,系统确保电文数据的精度和时效性至关重要,而控制段误差则通过电文传递给用户。从接收机用户性能的角度分析了GNSS导航电文的设计依据,所涉及的用户性能主要包括解调门限、首次定位时间、精度和完好性。阐述了支持上述电文分析的软件工具设计与实现。     

Compass系统导航电文初步设计建议

本文通过对现行GPS系统中使用的导航电文NAV,CNAV以及还处于研制阶段的GPSblockⅢ所采用的导航电文CNAV-2进行了详细的分析和比较,主要从电文的内容结构、电文播发的方式和编码的设计三个方面对导航电文的设计展开论述。在分析的过程中,总结了电文的结构、内容和编码方式的变化,并对这些变化作出了详细的分析,这些变化将大大提高未来GPS系统的性能,同时也对GPS系统电文的演进提出了一些观点和仍需解决的问题。最后,参照上述分析的结果,主要对CP_Ⅲ阶段Compass系统的导航下行电文设计提出了相应的建议,同时也对上行注入电文和星间链路传输电文提出合理的建议。     

增强北斗导航性能的几点建议

2010年12月18日,我国第7颗北斗(Compass)卫星入轨运行,这将使2012年前建成一个区域性覆盖的北斗系统变成现实。如何增强北斗导航性能也就成为一个研究大热点。基于对GPS/GLONASS现代化的分析,笔者提出增强北斗导航性能的下述建议:扩大北斗卫星定轨观测网,提高广播星历精度;优化北斗卫星导航电文内容,便于用户接收使用;播发北斗与GPS/GLONASS/Galileo的时差信息,扩大北斗的应用市场;研发北斗卫星自主导航技术,提高北斗系统的抗毁能力;研制MEMS化北斗卫星,建设强抗毁和强抗干扰的全新北斗星座。     

卫星导航电文是GNSS的导航灵魂—— GNSS导航信号的收发问题之四简

卫星导航的实践证明,卫星导航电文是GNSS的导航灵魂.本文主要论述卫星导航电文的主要内容及其作用,供读者深入了解四大系统的卫星导航电文参考.     

基于北斗短电文通道的密码资源分发技术

北斗卫星导航定位系统是中国自主研发,利用地球同步卫星为用户提供全天候服务的卫星导航定位系统,可为用户提供快速定位、实时导航、简短通信及精密授时等服务。针对特定环境下遇到的密码资源分发难题,提出了一种基于北斗系统短电文通道的密码资源分发技术,并依托该技术设计出一种密码资源分发系统。该系统不受通信渠道以及特殊环境的限制,能够满足密码系统全天候进行密码资源分发的需求。     

卫星导航电文的地面控制更新——GNSS导航信号的收发问题之七

为了确保动态已知点的所需精度,需要不断地更新发送给用户的卫星导航电文。本文以GPS地面监控系统为例,论述了对卫星导航电文的更新方法及其相关问题。     

全球定位系统信号模拟中导航电文生成与测试

为了模拟全球定位系统(GPS)中频信号,研究如何产生 GPS卫星导航电文的方法。通过 OEM-STAR 接收机采集原始导航电文,在此基础上外推导航电文的时间参数和轨道参数等,根据 GPS 卫星导航电文结构生成任意时刻的导航电文。给出了导航电文参数外推的算法、原始导航电文转换的算法和生成导航电文的算法,基于 Matlab 分析了外推轨道参数的星座分布,开发了生成导航电文的图形用户界面。通过测试表明,该方法生成的导航电文有效、可靠,符合真实 GPS卫星星座排列规律。     

北斗B1C信号及导航电文的特点分析与比较

我国北斗全球卫星导航系统工程建设已经启动,北斗互操作信号B1C的接口控制文件已经发布。本文重点对北斗B1C信号及导航电文进行介绍,并对其信号及导航电文的设计特点进行分析,同时与GPS L1C和Galileo E1OS互操作信号进行比较。分析显示,北斗B1C的信号和导航电文编排,在充分借鉴GPS L1C和Galileo E1OS信号特点的基础上,进行了优化设计。B1C信号具有与L1C信号和E1OS信号相同的中心频点和频谱结构,采用了数据导频支路、MBOC调制、分层码结构等设计方案,导航电文与GPS L1C也较为相近,实现与GPS L1C、Galileo E1OS信号的互操作。同时B1C也具有自身独有特点,如B1C导频支路采用QMBOC(6,1,4/33)调制方式、导航电文采用64进制LDPC编码,在实现互操作的基础上,也创新了自身特色。相对于北斗B1I信号,北斗B1C信号具有更好的弱信号跟踪、更短的首次定位时间等服务性能。     

印度卫星导航系统概述

详细介绍了印度GPS辅助GEO增强导航系统(GAGAN)和印度区域导航卫星系统(IRNSS系统)的星座组成、信号体制、导航电文、地面系统以及发展现状,分析了印度卫星导航系统的发展计划。相关内容对我国卫星导航系统的发展建设及应用具有重要的参考意义。     

惯性/卫星导航系统实际导航性能评估算法

针对惯性/卫星组合导航进行实际导航性能(Actual Navigation Performance,ANP)评估,是保证飞机所需导航性能(Required Navigation Performance,RNP)及航空运行安全的关键。提出了惯性/卫星组合导航系统实际导航性能评估算法,从卡尔曼滤波器位置协方差矩阵开展分析,结合导航数据二维高斯分布特性,求解出标准误差椭圆。根据概率分布特性,将误差椭圆转换为95%概率误差圆,进而计算出ANP值。最后惯性/卫星组合导航数据进行仿真验证。结果表明,方法切实可行,且便于工程实践。     

GNSS接收机中载波和伪码NCO的设计

在介绍可配置载波数控振荡器(NCO)和伪码NCO工作原理的基础上,确定了基本参数并根据参数设计了载波NCO和伪码NCO基本结构,对设计的载波NCO和伪码NCO进行了硬件测试。测试结果表明,该载波NCO和伪码NCO符合设计参数,可直接运用到可配置导航信号处理通道中以满足处理不同导航信号的要求,为下一步研究和开发GNSS接收机打下坚实的基础。     

GNSS/INS组合导航在飞行校验系统中的应用

目前的飞行校验系统以 GPS 作为空间基准,这种定位方式在精度、性能、可靠性方面都存在着固有缺陷。本文介绍的同步定位-姿态-导航(SPAN,Synchronous Position,Attitude and Navigation)技术集合了两种不同但互补的技术：全球导航卫星系统(GNSS,Global Navigation Satellite System)定位技术和惯性导航技术。通过二者的结合,SPAN 技术可以达到取长补短的目的,组合后的导航系统无论在精度、性能、可靠性方面都优于单独的子系统。将这项技术应用于飞行校验系统,利用 GNSS 定位的绝对精度加上惯性测量单元(IMU)陀螺和加速计测量的稳定性,就可以在卫星信号丢失或者高动态应用环境下仍然提供持续、稳定、可靠的位置及姿态数据。     

GNSS导航信号模拟软件体系结构研究

软件GNSS(Global Navigation Satellite System)信号模拟器由于具有结构灵活、开放性强及成本低廉等优势,能够较好地应用在导航系统开发研究中。针对软件GNSS导航模拟器的信号产生技术进行研究,给出了软件GNSS导航模拟器软件总体架构以及软件模块说明。通过MATLAB实现了软件GNSS导航星座信号仿真,仿真结果表明了该体系结构以及算法模块的正确性。     

GNSS接收机长码快速直捕技术研究与实现

针对全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)接收机中的长码快速直捕算法,对基于快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)的循环相关算法和多段匹配滤波器+FFT算法的原理和架构进行了详细分析,同时将阵列天线技术应用于GNSS接收机上,提高了低信噪比下的长码直捕性能。在同一个硬件平台上,2种算法都得到了很好的工程实现,并对试验数据进行了分析和比较。结果表明2种算法各有优缺点,在较低的信噪比和高动态的环境下均能快速有效地完成长码的直接捕获,对GNSS接收机的快速定位和导航具有一定的现实意义。     

卫星导航抗干扰专用芯片后端版图设计

随着电磁环境的日益复杂,卫星导航接收系统的抗干扰性能要求越来越高。在小型卫导接收系统的抗干扰设计中,体积和功耗已经成为最大的限制因素,抗干扰芯片的设计已成为解决该问题的有效途径。本文基于SoC Encounter后端版图设计工具,通过布局规划、电源设计、标准单元放置、时钟树综合及优化、布线等后端版图设计流程,完成了一款卫星导航抗干扰专用芯片的后端版图设计工作。     

VDES R-Mode performance analysis and experimental results

Global Navigation Satellite Systems (GNSS) have become an essential part of maritime navigation, in particular to improve situational awareness and vessel traffic management. The dependence on GNSS creates vulnerability for maritime shipping. Driven by this vulnerability, the desire for a backup system for maritime navigation has been emerging. The VHF Data Exchange System (VDES) standard provides communication capabilities for maritime applications. VDES is currently being revised. As part of this revision, VDES will be extended by ranging and navigation functionalities, called R-Mode, as an alternative for maritime navigation. In this paper, we address system design aspects and evaluate the positioning performance of VDES R-Mode. We derive estimation theory bounds on the accuracy of VDES R-Mode distance and velocity. In a case study, we discuss and evaluate the benefit of satellite links to complement VDES R-Mode positioning. Furthermore, we introduce a Kalman filter for position and velocity tracking, which we apply to experimental data. We describe an experiment we conducted at Lake Ammer, southwest of Munich, and evaluate the VDES R-Mode positioning performance for this setup. Our experimental results show that VDES R-Mode is capable of achieving a 95th-percentile horizontal position error of 22 m. Thus, VDES R-Mode is a promising approach for a maritime backup system that can meet the IALA accuracy requirements.