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。     

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.     

利用参考波形估计导航信号测距偏差

针对卫星导航信号存在的微小信号畸变,研究了因导航信号畸变而引起的测距偏差的估计问题。基于理想矩形脉冲波形和真实信号波形的上升沿零交叉点信息,给出参考波形定义,并以此为基础估计测距偏差。该方法可用于定量评估卫星导航信号波形畸变对测距偏差的影响及比较卫星之间的测距差异。以二阶模型为基础产生畸变波形,验证了该方法的有效性,并分析了估计精度与信噪比关系。通过大口径天线采集“北斗”卫星B1频点信号,利用该方法获得了B1频点I/Q支路信号的测距偏差,表明该方法可用于在轨卫星信号的测距性能评估。     

基于高增益接收系统的Galileo E1信号质量评估方法研究

Galileo系统在E1频点采用Interplex调制方式播发导航信号,由于缺乏E1信号功率分配和伪码序列等先验信息,一般的研究人员只能开展有限的信号质量特性研究.针对该问题,提出一套基于高增益天线的空间信号质量评估方法,实现了E1授权信号的解析,完善了E1信号评估体系.运用相关功率法来解决信号分量功率比问题,采用跟踪结果解决相位偏差估计问题,提出加权组合平均和码相位平均相结合的新型时域波形分离方法,克服了电文和码多普勒对时域波形特性评估的影响,采用S曲线过零点偏差（S-curve offset Biases,SCB）等参数进行信号测距偏差定量评估.通过该方法对Galileo GSAT-0214卫星进行了评估,结果显示：该卫星E1各信号分量SCB小于0.2ns,测距性能优异,其复用效率达到了97.8%,优于GPS L1信号和北斗三号系统（BDS-3） B1信号.     

接收机参数对北斗三号卫星伪距偏差影响研究

伪距偏差是抑制北斗系统服务能力提升的重要误差源,影响用户实时定位性能和卫星精密定轨处理.目前对北斗三号伪距偏差的分析研究与测量较少,文章首先从理论上分析了接收机的前端滤波带宽和相关器间隔对伪距偏差的影响,并对理论分析结果进行了仿真.然后在此基础上利用7.5 m大口径天线对北斗三号在轨卫星信号进行采集,使用软件接收机对卫星实测数据的伪距偏差进行测试验证,全面分析了前端滤波带宽和相关器间隔对北斗三号卫星信号伪距偏差的影响.根据理论分析和实测验证的结果,得到了接收机的相关器间隔和前端滤波带宽对北斗三号卫星B1I、B3I和B1C信号的伪距偏差影响范围.研究表明,通过合理设置接收机相关器间隔和前端滤波带宽,可有效减小北斗三号卫星信号伪距偏差,提升用户定位精度.     

卫星导航长码信号波形监测方法

由于信号微弱,如何获得在轨导航卫星的清晰信号波形是卫星导航信号质量监测研究中的难点之一,为此提出了一种在轨导航卫星的信号波形监测方法。该方法基于Vernier采样原理,利用大口径抛物面天线对在轨卫星进行信号采集,经过消除初相和残余频率、累加平均和数据组合等处理,获得清晰的码片波形。对于相同码速率的民用信号和长码信号,可确定民用信号和长码信号的伪码相位偏差。利用大口径抛物面天线对北斗卫星进行跟踪,获得了多颗北斗卫星B1频点民用信号和长码信号的码片波形。结果表明,民用信号和长码信号的码片波形的轮廓差异较小,但伪码相位存在偏差。     

GPS III首星信号结构及其特性分析

导航信号是连接空间卫星和地面用户端的枢纽,是卫星导航定位系统中最重要的部分之一,其优劣直接影响后续的定位、测速、授时等性能。该文利用国家授时中心40 m高增益天线对GPS III首星进行多次信号采集及比对分析工作,从GPS III L1频点调制矢量及频谱分布入手,对L1频点载波相位存在“滑动”现象进行了深入剖析,得出该现象主要源于L1M信号。利用C/A码解析出授权信号M码,定量分析了L1频点信号分量的S曲线过0点偏差以及功率占比,其中L1M S曲线过0点偏差达到0.058 ns,信号功率占比最高可达6.78。该文研究成果可为研究新一代GPS信号的调制方式提供支撑,也可为后续北斗导航卫星系统信号体制设计以及信号质量评估方法提供参考。     

GPSⅢ首星信号结构及其特性分析

导航信号是连接空间卫星和地面用户端的枢纽,是卫星导航定位系统中最重要的部分之一,其优劣直接影响后续的定位、测速、授时等性能.该文利用国家授时中心40?m高增益天线对GPSⅢ首星进行多次信号采集及比对分析工作,从GPSⅢ?L1频点调制矢量及频谱分布入手,对L1频点载波相位存在"滑动"现象进行了深入剖析,得出该现象主要源于L1M信号.利用C/A码解析出授权信号M码,定量分析了L1频点信号分量的S曲线过0点偏差以及功率占比,其中L1M?S曲线过0点偏差达到0.058?ns,信号功率占比最高可达6.78.该文研究成果可为研究新一代GPS信号的调制方式提供支撑,也可为后续北斗导航卫星系统信号体制设计以及信号质量评估方法提供参考.     

北斗系统GEO-3卫星临退役期B1信号质量研究

北斗2号系统于2012年正式向亚太地区提供服务,其中GEO-3卫星已退役,由GEO-7卫星替代。研究卫星临退役期间的信号质量特性不仅能够分析北斗2号系统卫星载荷状态,而且为其它临退役星的信号特性估计提供重要的参考价值,同时对北斗3号系统GEO卫星载荷信号质量控制与优化具有重要的借鉴意义。该文利用昊平观测站40 m大口径天线的多源多手段数据,分析了GEO-3卫星B1民用信号的功率谱、地面接收功率、S曲线过零点偏差(SCB)的长期变化趋势,给出了相应的统计结果,提出了针对卫星载荷信号质量优化的相关建议,也对超期服役卫星的决策提供了参考。     

GPS L1频点授权信号质量评估

GNSS信号的空间信号(SIS)质量直接影响用户的定位、测试和授时(Positioning, Velocity and Timing, PVT)服务精度,但由于授权信号保密等原因,授权信号的伪码序列未知,卫星导航系统授权信号质量评估存在一定的困难性。该文主要分析GPS BIIF-5卫星L1频点的相干自适应副载波调制(CASM)信号,利用匹配滤波理论恢复出采集数据中的P(Y)码和M码两个授权信号分量的伪码符号,采用极大似然估计结合信号分布特点准确求解出各信号分量之间的功率分配。重点分析P(Y)码和M码信号相关性能,包含相关曲线、相关损失和S曲线过零点偏差(S-Curve bias),定量地评估了授权信号的空间信号质量。提出完整的基于GPS L1频点授权信号质量评估方法,研究成果可作为其他卫星导航系统授权信号质量评估的参考。     

北斗系统信号时域波形失真评估

卫星导航信号时域波形是空间信号质量监测和评估(SQM)的重要内容,本文利用大口径天线接收系统采集的离线数据对北斗IGSO-6卫星B1频点信号时域波形进行分析。首先提出利用基于码相位平均方法求取高信噪比的时域波形,在此基础上利用标准码片波形相关技术提取出码元波形。然后建立相关函数和码元波形的统计理论联系,利用码元波形相关函数差分析信号边沿特性,最后在时域波形上计算出所有北斗卫星的数字失真量,详细评估不同卫星数字失真规律。     

北斗卫星导航系统B1信号伪距偏差问题研究

目前各大卫星导航系统均存在伪距偏差问题,该现象不但不能通过差分的方式进行抵消,在进行双频电离层误差修正时还会被进一步放大,对卫星导航系统服务精度的提高已构成严重危害。然而目前国内对北斗系统伪距偏差产生机理研究甚少,为了最大程度降低伪距偏差对我国北斗卫星导航系统影响,该文首先深入并详细研究了伪距偏差产生机理及特点,在此基础上设计了试验验证方案,利用国内昊平观测站40 m大口径天线,准确测试并评估了所有北斗卫星导航系统(BDS)在轨可视卫星伪距偏差结果。最后根据试验测试结果,提出针对北斗卫星导航系统的接收机主要参数设置建议,从而能够最大程度上减小伪距偏差问题带来的测距误差和定位误差。该文的研究成果可为GNSS信号设计及实现、GNSS监测评估及用户终端参数设置提供有价值的参考依据。     

北斗公开服务实时信号质量监测系统研究

导航信号质量的好坏直接决定了导航系统能够提供的导航服务精度。针对现有的导航信号质量监测只能进行事后处理,实时性差、发现问题不及时和监测时间短等问题,基于高速数字信号处理平台,建立了实时的导航信号质量监测系统,实现了导航信号频域、时域、调制域、相关域和测量域的监测分析,并针对北斗导航系统的公开服务开展了相应的信号质量监测。测试结果表明,本系统完成60 s信号的信号质量监测,所需时间为60.8 s,具有很好的实时性。     

基于FPGA的北斗QPSK调制实现与解调验证

为研制北斗卫星导航模拟信号源,设计实现了北斗QPSK信号调制器。文中在分析了北斗卫星导航系统B1频段信号的正交相移键控调制信号的基础上,基于软件无线电的思想,在FPGA 硬件平台上实现了QPSK信号调制器,通过功率谱测试,QPSK解调和简单串口信息传输,验证了调制解调硬件单元的正确性。     

一种“北斗”B1C信号无模糊捕获算法

针对"北斗"B1C信号同步过程中存在的捕获模糊性问题,根据"北斗"B1C信号的信号特点,基于伪相关函数方法,设计了一种适用于"北斗"B1C信号的无模糊捕获算法。该算法采用数据分量和导频分量非相干组合的捕获策略,实现了B1C信号数据分量和导频分量的无模糊捕获,提高了捕获灵敏度。利用导航终端接收的卫星信号数据,对所提捕获算法进行了仿真验证,并分析了其无模糊捕获性能和捕获灵敏度。仿真结果表明,所提算法能准确且快速地捕获"北斗"B1C信号。     

北斗卫星导航系统伪距偏差特性及减轻措施研究

随着人们对卫星导航系统定位精度需求的不断提升,近年来伪距偏差问题越来越受到广泛关注.然而截至目前,国内外专家学者对北斗系统的伪距偏差问题研究甚少.本文首先深入分析了北斗系统的伪距偏差产生根源,在此基础上对伪距偏差随接收机参数设置变化的关系进行详细阐述.然后基于昊平观测站的40m大口径天线采集的各颗北斗卫星下行信号数据,利用软件接收机遍历并分析了在不同接收机带宽、不同相关器间隔情况下,以及不同卫星仰角情况下北斗各颗卫星的B1 I和B3 I信号伪距偏差测量结果.最后根据北斗伪距偏差的特点,首次给出了我国北斗接收机参数设置建议.研究结果表明:在一定的接收机参数设置范围内,本文提出的方法可以将北斗伪距偏差降低到20cm以内.本文的研究成果不仅能够进一步促进广大专家学者对我国北斗伪距偏差的深入了解及广泛关注,同时还能促进我国BDS(BeiDou Navigation Satellite System)及其他GNSS(Global Navigation Satellite System)系统接口控制文件的进一步完善.     

北斗卫星导航系统应用终端检测技术探究

北斗导航系统主要采用GNSS接收机来接收信号,接收机一般由射频前端、基带数字信号处理模块和定位导航运算模块构成。主要介绍了北斗导航卫星系统技术原理和网络架构体系;分析了应用接收端的主要功能实现以及以及主要性能参数指标的测试分析;通过建立的GNSS接收机兼容性以及性能仿真测试平台,对应用终端相关参数性能进行仿真检测,通过实时仿真评估分析,确保应用端各项指标符合设计要求,满足用户需求。     

一种注入信号模拟设备的设计与实现

注入信号接收设备是导航卫星有效载荷的重要组成部分,在其研制及测试过程中需要地面注入信号模拟设备对相关功能和指标进行测试验证,针对注入信号接收设备的测试需求提出了一种注入信号模拟设备的设计方案,并对设备实现的关键技术进行了详细分析。该设备可模拟产生卫星动态信号和干扰信号,并通过注入信息模拟与动态加载技术实时模拟真实的注入电文信息,充分考虑正常、干扰和动态等多种工作模式,实现卫星注入接收性能的全面测试评估。     

基于北斗B1C信号的DPE方法定位性能分析

城市峡谷环境的高精度定位是全球卫星导航定位系统亟待解决的重要问题之一。近年来提出的直接位置估计(Direct Position Estimation, DPE)方法是基于“导航域”实现位置的最优估计，现有研究集中于全球定位系统(Global Positioning System, GPS)信号进行分析验证，缺乏新体制信号的对比和抗多径原理分析，并且计算量过大不易实现。针对以上问题，基于北斗卫星导航系统(BDS)B1C信号，设计了一种快速DPE软件接收机，并基于城市峡谷环境下的真实信号验证了BDS B1C新体制信号DPE软件接收机的实际性能。实际试验表明，相同信号相干积分长度和卫星几何精度因子情况下，DPE接收机使用二进制偏置载波调制(Binary Offset Carrier, BOC)新体制信号相较于二进制相移键控(Binary Phase Shift Keying, BPSK)信号在城市峡谷环境下定位精度具有显著提升。     

英美卫星导航信号专利纠纷及其对中国北斗专利布局的影响

2011年底至2013年初．英国和美国之间爆发了一场围绕卫星导航信号的专利纠纷。这场纠纷最终以2013年1月17日英美两国发表联合声明而告终。实际上．英国不仅在美国．而且在包括中国在内的十多个国家部署了卫星导航信号专利。当前,中国北斗系统正在考虑采用何种卫星导航信号实现全球卫星导航系统．面对英国所部署的全球卫星导航信号专利,如何评估专利风险、如何进行北斗卫星导航信号相关技术专利部署成了当务之急。