现代化GNSS导航电文设计分析

导航电文是导航卫星信号的重要组成部分,其设计优劣将直接影响系统的时效性、完整性、灵活性、可靠性、可扩展性等服务性能以及用户使用成本。该文分析比较了各种导航电文的设计以及现代化GNSS(全球导航卫星系统)导航电文在数据内容、编码性能、编排结构以及播发方式等方面的改进措施。结果表明,这些改进措施使系统服务性能得到进一步改善且更便于用户使用。借鉴现代化GNSS导航电文在纠错码、校验码以及交织码相结合的多重差错控制方案,帧结构与数据块结构相结合的电文编排方式,星间、频间电文交叉播发方式等方面的设计,提出了我国COMPASS系统导航电文基本设计思路。     

移动站GNSS软件对外弹道测量的优化方案

阐明了移动站GNSS无法进行差分定位的机理,并由此引出了基准接收机在某些型号外弹道测量中所起的特殊作用。针对现有GNSS软件对导航电文屏蔽造成无法实现模飞的缺陷,深入分析了GNSS电文数据格式、定位解算的实现流程和判决条件,揭示了导航电文动态刷新是造成该问题的主要原因,并据此提出了利用镜像文件库保存导航电文共享缓冲区信息元内容的软件优化方案。     

移动站GNSS外弹道测量的时钟模型

深入分析了对GNSS外弹道测量定位起关键作用的时钟模型。从GNSS伪距单点定位机理和被动式测距体制这2个层面引出了目标接收机重建时钟模型的必要性和主要原因——利用模型计算伪距采样时间,给出了GNSS时钟钟差模型计算公式和GPST到定位绝对时间显示的转换公式,详细剖析了导航电文对GPST的表示方法。阐述了GNSS利用导航电文修正时钟模型和计算采样时间的全部过程及缩短首次定位时间的经验方法。     

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。     

BOC调制打通共用载频的坦途——GNSS导航信号的收发问题之一

在着力培育北斗卫星导航国内民用市场之际．研发高精度、广用途、价格适度的GNSS导航信号接收机已成为当务之急。为此．我们需要深入了解GNSS导航信号所涉及的多学科知识．破解GNSS导航信号接收机研制难题。本讲座拟对此做一些解题探索．而对GNSS导航信号共用载波频率、所用伪随机噪声码特性、GNSS卫星所用的测距码多样性及其跟踪测量．卫星导航电文及其编码纠错法．GNSS导航信号接收天线的适应性,以及GNSS导航信号接收机的研制难点及其对策分别予以较深入的论述。本文主要论述BOC调制的作用与影响。     

罗兰C数据链的设计与实现

罗兰C数据链是利用罗兰C导航信号作载体建立的数据通讯系统。罗兰C发射台将编码后的电文信息调制在信号脉冲上，以广播方式发送给用户，用户接收机对接收到的信号进行解调和解码后，输出电文信息。利用罗兰C数据链播发电文信息，对双星导航系统进行增强，实现了无源三维导航定位。     

基于FPGA的卫星导航高精度定位系统设计

针对影响高精度定位的L2信号测量困难、存在多径效应等问题,分别利用Z跟踪法、MEDLL算法和改进的环路设计实现了载波相位的高精度测量;针对卫星导航（GNSS）接收机调试过程中环路参数多、不易观测等问题,设计了一种基带和定位部分的软件调试监测系统。高精度接收机和调试监测系统共同组成了卫星导航高精度定位系统。对该系统的测试结果表明,高精度接收机性能较好,精度在1cm范围内;调试监测系统达到了辅助硬件程序调试和数据监测的目的。     

GNSS伪距差分定位及其特色──GNSS卫星导航定位方法之二

GNSS伪距差分定位是一种能够获取较高导航定位测量精度的卫星导航定位方法,但是,它的设备较复杂,用户不仅需要使用一台GNSS信号接收机,而且需要设置提供DGNSS改正数据的基准站及其一台GNSS信号接收机,以及与之匹配的DGNSS数据链,才能够实现全天候、全天时和全球性地测量运动载体的7维状态参数。本文简要地论述了GNSS差分定位的基本原理及其实现。     

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干扰及抗干扰技术

全球导航卫星系统(GNSS)提供的低能级射频(RF)导航信号,易受到RF干扰的影响而导致导航精度的降低或者接收机的完全失锁.本文介绍了GNSS干扰的类型、技术手段和实施方式.针对不同干扰所采用的抗干扰技术,分析了其优缺点和适用范围.利用多种抗干扰技术初步设计了一个抗干扰方案.     

基于GNSS完好性的ADS-B防欺骗

为有效解决广播式自动相关监视（ADS-B）系统易被人为恶意虚假欺骗这一紧迫问题,提出了一种将全球导航卫星系统（GNSS）完好性信息与ADS-B报文完好性特征属性参数进行一致性比对的自主式防欺骗方法。设计了基于GNSS完好性信息的ADS-B自主式防欺骗算法流程,并利用ADS-B接收机接收的真实报文和模拟产生的虚假报文,对整个防欺骗过程实施了仿真实验。通过对真假ADS-B混合报文的解析,获得时间、位置和导航不确定类别（NUC）的值,根据时间和位置信息利用接收机自主完好性监视（RAIM）和高级接收机自主完好性监视（ARAIM）的完好性增强算法,获得水平保护级（HPL）的预测值,再将该预测值与NUC值进行一致性比对,从而判别ADS-B报文的真实性。仿真结果表明,提出的防欺骗方法能有效防止不含完好性信息或完好性信息与飞机位置不关联的虚假ADS-B报文的恶意欺骗,对虚假报文的识别率不会低于99%。     

基于北斗RDSS的GPS区域差分技术

本文提出了一种基于北斗RDSS的GPS区域差分技术的实现方案,该方案克服了差分GPS技术受到参考站和用户站之间距离的限制。本系统中基准型GPS接收机伪距修正数的计算、用户接收机导航解算所需的卫星星历数据、时间数据、伪距信息和伪距修正数的提取以及差分算法实现和接收机定位算法全部在DSP＋FPGA中实现。通过试验数据分析比较可见,采用基于北斗RDSS的GPS区域差分技术,对GPS导航定位精度有明显提高,该技术为未来实现高精度GPS导航定位有一定的参考价值。     

GNSS伪距单点定位及其实现──GNSS卫星导航定位方法之一

GNSS伪距单点定位,是一种较简易且非常实用的卫星导航定位方法,用户只需使用一台GNSS信号接收机,就能够全天候、全天时和全球性地测量运动载体的7维状态参数,本文简要地论述了GNSS伪距单点定位的基本原理及其实现。     

Research on nanosecond time synchronization technology for 5G base station based on GNSS neighborhood similarity

For precision positioning requirements in the LTE-A/5G service developed by the 3GPP,the nanosecond precision time synchronization technology based on global navigation satellite system (GNSS) for 5G base station was studied which broke through the current GNSS receiver’s hundred nanosecond timing accuracy.By analyzing the characteristics of neighborhood similarity of GNSS errors and combining the characteristics of time synchronization requirements of 5G base stations,a nanosecond precision time synchronization theory and related receiver algorithms for 5G base stations was proposed which based on the principle of neighborhood similarity of GNSS signals.The specific characteristics of the time synchronization technology under regional and wide-area conditions were studied.The simulation and experimental results show that compared with the current time synchronization accuracy within hundred nanosecond rang of base stations,the proposed method can achieve precision time synchronization within 3 ns between the regional base stations,and support 5G base station meter-level precision location based service(LBS) and other advanced incremental services.     

地面基准站网与星载GNSS融合的高中低轨卫星联合精密定轨

下一代导航系统拟纳入低轨卫星（LEO）作为增强和备份。研究了地面基准站网与星载GNSS融合的高中低轨卫星联合精密定轨（POD）理论与方法，基于实测国际地面站（IGS）和低轨卫星星载GNSS数据，通过建立高精度动力学模型和观测模型，根据全球测站和区域测站两种情况进行了导航星与低轨星的联合精密定轨试验。结果表明，联合定轨可同时获得导航星和低轨星厘米级的定轨精度。低轨星作为高动态天基测站，对导航星定轨精度的提升程度可达20%~90%。     

GNSS接收机的伪距平滑技术研究

伪距测量是GNSS接收机的关键技术,对导航定位的精度具有重要影响。为了提高伪距测量的精度,主要从不同的角度详细研究了2种伪距平滑技术:载波相位平滑伪距算法、基于自适应卡尔曼滤波的伪距平滑算法,阐述了2种算法的原理和使用方法;并将其应用于工程实践,给出了试验数据和曲线。试验结果表明,该2种算法各有优点,均可以很好地提高伪距测量的精度,对GNSS接收机的精确定位和导航具有一定的现实意义。     

GNSS positioning accuracy improvement based on surface meteorological parameters using artificial neural networks

With the ongoing development of global navigation satellite system (GNSS) technologies, user's dependence on these technologies has drastically risen. Ranging anywhere from industrial applications to agriculture or geodetic applications, the growing demand has stimulated the need for more sophisticated equipment with seamless accuracy. However, the signal received by a GNSS receiver has always faced the risk of contamination by many different sources of error, and this issue decreases the GNSS positioning accuracy. One of the most notable errors is the delay that occurs mainly in the troposphere layer, which mostly relies on the meteorological condition parameters. In this work, an artificial neural network (ANN)‐based mitigation technique in order to eliminate troposphere delay is presented. Our ANN model trained using the surface meteorological parameters, namely, temperature, humidity, wind speed, maximum wind direction, and pressure with the number of satellites achieved by a GNSS receiver. The result showed that ANN model successfully improved the position accuracy level of the GNSS receiver in both horizontal (2D) and three dimensions (3D) at 43.77% and 19.19%, respectively.     

Real-Time Receiver Clock Jump Detection for Code Absolute Positioning with Kalman Filter

In global navigation satellite systems (GNSS) navigation the receiver and satellite clocks play a key role. The receivers are usually equipped with inaccurate quartz clocks, which experiment large drift relative to system time and consequently offset growing very fast; receiver manufactures bound the magnitude of the receiver clock offset to prevent it becomes too large and the actual bounding procedures vary from one manufacturer to another. The most common approach consists of introducing discrete jumps when the offset exceeds a threshold (usually 1 ms). This method is common in low-cost GNSS receivers and influences several applications as differential positioning, cycle-slip detection, precise point positioning technique, absolute positioning with Kalman filter. In this work some techniques to detect and account for millisecond clock jump, suitable for code positioning of a single receiver with Kalman filter, are proposed. Two deterministic algorithms to detect receiver clock jumps are shown: in measurement and parameter domain. The technique in measurement domain uses current pseudorange measurements compared with pseudorange and Doppler measurements at previous epoch; the technique in parameter domain compares current and previous least squares estimations of receiver clock bias, considering the clock drift. Two different approaches are described to account for the clock jumps, once detected, a deterministic one, consisting of fixing the pseudorange discontinuities, and a statistic one, consisting of suitably varying the Kalman filter settings. A static GNSS data set is processed with and without the proposed algorithms to demonstrate their efficiency.     

一种GNSS信号跟踪环路频相直调控制算法

全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)接收机信号跟踪环路正确地锁定导航信号的频率、相位是提取测量值以及导航星历的基础。传统的接收机跟踪环路采用调整频率的方式来调整相位,不能及时消除跟踪误差,并且在弱信号条件下容易受到噪声影响,难以对信号进行精确跟踪。针对这一问题,提出了一种基于非相干预滤波器的频相直调环路控制算法,采用非相干预滤波器提取跟踪误差,并且在本地信号生成阶段直接将载波相位差、载波频率差、码相位差进行消除。实验表明,与传统环路相比,频相直调算法对载波相位、码相位迁入速度分别提高了90%和95%,高动态、弱信号下多普勒估计精度分别提高了69.25%和61.37%,并且频相直调算法能够有效抑制环路参数调整、载体突然机动对载波相位锁定带来的扰动。