卫星激光测距用于GNSS星历精化的现况与发展──GNSS导航信号的收发问题之九

卫星激光测距是校验导航卫星微波定轨的最佳外部基准,而被现行的GLONASS、北斗、Galileo、QZSS和IRNSS导航卫星所应用。本文综述了卫星激光测距用于GNSS星历精化的现况与发展,进而详细论述了激光定轨解算方法,及其对GNSS星历的精化。     

导航卫星的正常轨道及其描述——GNSS卫星的运行轨道之一

2012年12月27日,我国宣布建成了区域覆盖的北斗卫星导航系统,而引发了许多行业读者急于深入了解卫星导航相关知识的兴趣。本文对北斗系统的相关知识予以广义论述。导航卫星的在轨点位是卫星导航的动态已知点,它们由卫星导航电文播发给用户．被用于解算用户测得的10维状态参数。本文将论述导航卫星在轨运行的基本状态参数及其描述方程．为更好地使用北斗卫星星历给出理论参考。     

最小二乘Unscented卡尔曼滤波在伪卫星定位中的应用

为了提高伪卫星的定位精度,在研究伪卫星星历误差传递规律和伪距观测方程线性化误差的基础上,提出一种最小二乘Unscented卡尔曼滤波算法。该算法首先利用最小二乘法估计出伪卫星的位置误差,并对伪卫星的位置进行修正,以减小伪卫星位置误差对导航解算精度的影响;然后利用无迹卡尔曼滤波算法对用户位置进行解算。仿真结果表明,与传统的扩展卡尔曼滤波算法相比,提出的算法能够有效减小伪卫星位置误差对用户定位精度的影响,提高独立组网伪卫星系统的定位精度。     

利用GAMIT研究北斗三号中、短基线解的精度

为验证北斗三号系统在省级区域基线解的精度,以某省11个可观测到北斗全星座信号的测站,对BDS/GPS观测数据质量进行了分析,利用高精度GNSS解算软件GAMIT 10.75结合精密星历进行了分组解算。实验结果表明,GPS卫星较BDS卫星有更多的周跳,BDS全星座基线解内符合精度优于GPS系统,各方案基线相对精度均达到了10^-8,方案之间基线解较差不超过12 mm,可满足工程控制网测量精度。     

同步卫星位置的外推算法应用

在同步卫星测距定位系统中，星历发布整分点的卫星位置和速度。本文利用卫星动力学方程，用线性或龙格－库塔法外推，得到测距时卫星的位置，结合该星历发布的实际数据，在星历数据未丢失和丢失时，比较了两种外推方法的精度，并研究了外推步长和各种引力因素对卫星位置外推精度的影响。     

舰载GPS航姿测量中卫星位置的计算与最优星座的选取

在GPS航姿测量的算法研究过程中,卫星位置的计算是航姿解算的基础。本文给出了卫星位置计算的整个过程,数据处理采用RINEX标准输入格式,所得结果形象直观,便于分析。在此基础上提出了一种选择最优星座的方法。作为试验算例,最后给出了以广播星历参数为基础的GPS航姿测量中最优星座的选取结果。     

卫星通信系统中基于地面站的天线程序跟踪方法设计与实现

卫星通信系统中为了保证通信的实时性就要求卫通天线能够很好地对通信卫星进行跟踪,本文介绍的程序跟踪方法是基于解算卫星星历从而得到卫星位置来实现的。     

北斗无源定位系统及其卡尔曼滤波分析

北斗卫星导航系统由于卫星数目有限,不能实现实时三维无源定位。文中提出利用铷钟作为北斗接收机内部时钟,进行无源定位的工程实现方案,该方案利用接收机测量的伪距信息以及数字高程来解算用户位置。介绍了北斗接收机连续定位原理、解算方法,并根据试飞数据分析了目前能达到的定位精度。     

北斗卫星导航系统误差分析与评估

北斗卫星导航系统误差主要包括与卫星相关的误差,信号传输过程中的误差和用户段的误差。这些因素可以造成卫星导航系统在使用的过程中无法及时对定位准确性进行有效警告,告警限值出现明显误差,甚至造成定位结果无法使用和完好性故障。按照空间信号接口规范, 利用广播星历,精密星历,原始电文和伪距计算出了卫星轨道误差,卫星钟差,电离层误差,对流层误差以及用户等效测距误差(UERE)。使用 Propak6 接收机接收机场附近的实测数据,对北斗导航系统的各项误差进行统计分析,为北斗导航系统应用到民航提供了重要依据。     

基于FPGA的北斗卫星信号接收机设计

获得准确可靠的北斗卫星信号是卫星信号解算的基础和关键,本文设计了以FPGA为核心的软硬件相结合的嵌入式系统,通过天线和模拟电路接收、放大原始卫星信号并进行滤波,通过FPGA控制本振与原始卫星信号混频并送入高速AD,最后通过FPGA控制USB接口将原始信号发送到电脑主机以便进行后续信号解算研究。     

卫星干扰源精确定位的位置校正算法

卫星干扰源定位系统可以通过测量两颗卫星对干扰源形成的时差(DTO)和频差(DFO)来完成对未知干扰源的定位,但卫星的星历难以准确测定,其微小变化将引起定位结果的较大误差.针对这一问题,提出利用多个位置校正站来修正卫星星历以消除其对定位结果影响的算法,并通过理论推导证明了有四个或四个以上的位置校正站时,该算法可以消除卫星星历不准确对定位结果的影响.仿真结果表明,与未采用位置校正站的定位结果相比,该算法能获得优于一个数量级以上的定位精度改善.     

一种适用于北斗短报文通信的天线波束指向算法

针对北斗短报文通信中载体天线波束指向北斗卫星的问题,该文提出一种天线波束指向算法。该算法根据载体所处的地理位置和姿态,计算出指向北斗卫星的天线波束指向角。根据载体天线的合成波束增益和所处地理位置的北斗卫星波束增益,选择出最优的北斗卫星,并将天线波束指向该卫星。该方法可以保证载体运动过程中,天线合成波束实时指向最优北斗卫星,最大限度地提高了北斗短报文通信性能。     

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。     

测量船应用“北斗”二代导航系统的可行性分析

通过建模理论分析和数值计算分析了“北斗”二代导航系统的定位性能及其对测量船应用的 影响,论证了其应用的可行性。对其定位性能的仿真计算表明：“北斗”二代导航系统比GP S最大定位误差增大约12 m。推导了船位误差与定位精度的关系,计算分析了船位 误差对测量船引导数据精度和外测精度的影响,得出在该导航系统主要覆盖区域,其定位性 能能够满足使用测量船需求的结论。     

Evaluation of Geometric Modeling for KOMPSAT‐1 EOC Imagery Using Ephemeris Data

Using stereo images with ephemeris data from the Korea Multi‐Purpose Satellite‐1 electro‐optical camera (KOMPSAT‐1 EOC), we performed geometric modeling for three‐dimensional (3‐D) positioning and evaluated its accuracy. In the geometric modeling procedures, we used ephemeris data included in the image header file to calculate the orbital parameters, sensor attitudes, and satellite position. An inconsistency between the time information of the ephemeris data and that of the center of the image frame was found, which caused a significant offset in satellite position. This time inconsistency was successfully adjusted. We modeled the actual satellite positions of the left and right images using only two ground control points and then achieved 3‐D positioning using the KOMPSAT‐1 EOC stereo images. The results show that the positioning accuracy was about 12‐17 m root mean square error (RMSE) when 6.6 m resolution EOC stereo images were used along with the ephemeris data and only two ground control points (GCPs). If more accurate ephemeris data are provided in the near future, then a more accurate 3‐D positioning will also be realized using only the EOC stereo images with ephemeris data and without the need for any GCPs.     

GPS卫星精密星历插值在靶场数据处理中的比较

为了提高目标在地心坐标系的绝对定位精度,降低星历误差对单点定位和相对定位的影响,必须采用GPS卫星的精密星历。精密星历在GPS数据处理时需构造合适的插值模型进行内插,才能得到任意时刻卫星的位置。分析比较了2种经典的多项式插值及逐次线性插值的Neville算法的数学模型及插值结果,探讨了3种插值算法的适用范围,得到了适用于靶场精密星历的处理的插值方法。     

“北斗二号”卫星导航系统覆盖仿真分析

论述了“北斗一号”卫星导航系统存在的不足,对于“北斗二号”区域卫星导航系统及其所采用的三种导航卫星进行了介绍。通过对所选区域及六个有代表性城市的几何精度衰减因子（GDOP）和可见星数进行仿真,验证了系统的可用性。同时,仿真表明系统对于我国部分地区的覆盖相对较差,部分时间段内的GDOP波动较大,说明系统中卫星的相对位置还应进行调整。     

基于北斗通信的小型无线信标机设计

针对短时目标物定位需求,提出了一种基于北斗通信的小型无线信标机设计方法。该信标机由北斗通信模块、定位模块、数据处理模块和电源管理模块组成。利用定位模块实现精准定位,北斗通信模块将定位信息通过北斗卫星发送至接收终端,地面人员根据信息可快速锁定目标物位置。本设计以电源管理模块和北斗双SIM卡切换通信为核心,在保证了系统高可靠性的同时,实现了各模块的低功耗化,极大提高了短时条件下目标物定位能力。     

基于北斗卫星的潜标数据回收技术研究

基于我国自主研发的北斗卫星,设计了一套潜标数据回收系统,采用卫星通信方式对潜标数据进行实时传输,卫星通信方式选用北斗一代卫星进行数据传输。由主控芯片STM32L控制系统工作状态,通信定位芯片RD0538对位置信息进行采集并解析,最后将待传回数据和定位数据通过北斗一代卫星进行报文传输。测试结果表明,该系统定位精度误差符合海上使用要求。该系统结构简单、占用体积小,用户可以设置系统发送频率。对该系统进行降低功耗的改进后,可将其工作时间延长至9天。