一种用于BDS-3接收机工程实现的两级B1C信号捕获技术

北斗三号卫星导航系统（BDS-3）B1C信号相较北斗二号卫星导航系统卫星信号,从信号结构、编码方式再到导航电文结构都发生了改变,包括引入导频信号、二次编码、BOC调制、LDPC编码和B-CNAV1导航电文结构等.这些改变一方面提高了信号性能(如抗多路径、信号捕获和跟踪精度等);另一方面,也带来了一系列问题,对接收机的信号捕获技术提出了全新的要求，如需处理更大的数据流,解决由二次编码带来的符号翻转和BOC调制造成的捕获多峰性问题.针对BDS-3接收机的工程实现,本文提出了一种新颖有效的两级B1C信号捕获技术.其中第一阶段采用扩展并行平均相关搜获结构,用以解决符号翻转问题,同时实现高效的信号粗捕获;第二阶段在缩小的搜索范围内进行高精度搜索,此步骤可有效避免信号多峰性造成的误锁可能.除此之外,本文还介绍了单信道和多信道组合式捕获技术,用户可根据资源占用和捕获灵敏度需求选取更有效的捕获方法.实验结果表明,本文提出的方法允许使用更小更经济的快速傅里叶变换（FFT）模块,并通过大量并行处理的方法实现快速捕获.相较传统的高精度捕获技术,此方法在采样频率超过50 MHz时,能够在保证相近的捕获精度的同时减少至少61％的运算量.      

BDS/GPS单频软件接收机算法研究与实现

随着卫星导航定位技术及接收机的发展,软件接收机已成为当前研究的热点之一。根据北斗卫星导航定位系统（BDS）的接口控制文档（ICD）,分析了BDS B1I信号,提出了一种基于并行码相位和并行频率捕获的算法,实现了对BDS-B1I/GPS信号的捕获跟踪、导航电文解码。利用HG-SOFTGPS02采集器采集的数据进行BDS/GPS定位,验证了该算法的可行性与合理性。     

基于密度聚类的北斗卫星导航弱信号自动捕获方法

在外界射频信号、导航接收机混频处理噪声的影响下，为了有效捕获北斗卫星导航弱信号信息，提出基于密度聚类的北斗导航弱信号自动捕获方法.使用密度聚类得到BDS信号来源的聚类中心，结合聚类中心设计卫星波束方向，约束卫星导航信号接收范围，抵御干扰信号的空域干扰；通过基于小波阈值方法去除波束抗干扰作用下导航信号的噪声信息；采用相关函数模值计算方法计算去噪后导航信号和已知弱信号之间相关性，相关性大于门限值时说明去噪后导航信号为弱信号.实验结果表明，在外界射频信号和混频器干扰下，此方法具备自动捕获北斗卫星导航弱信号的能力.     

随机共振算法在北斗微弱信号捕获中的应用

为了提高北斗二代卫星接收机的捕获灵敏度,提出了一种基于自适应随机共振算法的微弱北斗信号捕获方法。将DBZP（Double Block Zero Padding）方法和自适应随机共振算法相结合,消除了导航数据位和NH码跳变的影响,显著提高了信噪比,能够实现微弱北斗信号的高灵敏度快速捕获。仿真结果验证和实际测试表明,该方法应用于微弱环境下的北斗信号捕获实时性好、灵敏度高,具有较高的应用价值。     

北斗全球卫星导航系统试验卫星测距信号质量分析

目前,北斗全球卫星导航系统有5颗试验卫星发射试验信号。试验卫星数据质量分析是北斗全球系统信号体制验证的重要内容。基于单测站北斗试验卫星观测数据,采用伪距相位差组合和伪距多径组合方法,初步分析了试验卫星民用信号以及Bs频点信号伪距测量噪声和多径误差。结果表明,倾斜同步轨道卫星伪距测量精度优于中轨道卫星;在各导航信号中,B2a+b信号伪距测量精度最高,具有最优的抗多径性能;B1C信号伪距测量精度最低,抗多径性能最差;Bs信号伪距测量精度较差,但优于B1C信号,且其伪距多径存在一个与高度角相关的系统误差,在高度角最大时可达0.5 m。     

北斗系统全球电离层建模理论与方法研究

电离层延迟是卫星导航系统的主要误差源.北斗卫星导航系统(BDS )已由区域系统(北斗二号系统,BDS-2 )发展为全球系统(北斗三号系统,BDS-3 ) ,BDS-3星座具有全球覆盖、区域异构的特点,卫星播发了S和L频段多个导航信号,向下兼容 BDS-2的 B1I和 B3I信号,增加B1C、B2a(兼容 GPSL1/L5、GalileoE1/E5a)两个新信号,试验卫星播发了Bs频点信号.     

北斗非GEO卫星信号码并行捕获

2012年12月,北斗二代的接口控制文件正式公布。北斗B1I频点的非GEO卫星上调制20bit的NH码,因此每1ms信号可能存在比特跳变。借鉴传统GPS并行码相位捕获算法,本文研究一种基于补零FFT的并行码相位算法。该算法能够实现1-20ms相干积分,利用非相干累加提高信噪比,并采用一种对信号强度和采样率不敏感的判决变量。仿真表明,通过相干积分和非相干累加,该算法使用400ms数据可以捕获24dBHz的弱信号。     

应用北斗光彩中国

2000年10月,我国第一颗北斗导航试验卫星升空,中国开启了建设自主全球导航卫星系统一北斗导航卫星系统的宏伟工程。经过10多年的努力拼搏,2012年底,北斗导航卫星系统正式向亚太大部分地区提供连续无源定位、导航、授时等服务,并对外公布北斗系统空间信号接口控制文件,掀起了北斗应用的热潮。2013年成为北斗规模化和产业化应用的元年,以北斗系统为核心应用引领的中国卫星导航与位置服务产业逐步形成,“北斗特色”为卫星导航与位置服务产业注入了强大的创新和发展动力。     

北斗地基导航信号网络测试方法研究

为尝试解决北斗卫星导航系统在特定区域因信号受遮挡而无法定位或定位精度较差的问题,引入了以伪卫星为基础构成的北斗地基导航信号网络。介绍了北斗地基导航信号网络的系统组成和关键技术,提出了一套测试评估其定位和授时效能的方法,并给出了测试评估的指标建议作为参考,为地基伪卫星增强北斗卫星导航系统的应用及推广提供了相应的评价工具。     

北斗卫星导航系统和GPS兼容性评估(英文)

北斗卫星导航系统的信号体制与GPS近似且占用相同的频段,不可避免地带来兼容性问题。从理论上分析兼容性评估的重要参数:频谱分离系数、码跟踪谱灵敏度和等效载噪比衰减,阐述伪随机码码长、导航数据速率和码片速率对兼容性计算的影响,在综合考虑信号兼容评估的运算速度和准确性的基础上,提出改进的GNSS兼容性评估模型。以此兼容性评估模型对北斗卫星导航系统和GPS所有频段进行仿真,仿真分析中考虑北斗卫星导航系统和GPS的具体频率分配、信号体制、发射功率、发射带宽、卫星天线增益、仰角、多普勒偏移、信号在空间传播的衰耗以及接收机参数。通过仿真可以看出,当北斗卫星导航系统满星座运行时,GPS对北斗系统的干扰将大于北斗系统对GPS的干扰。     

北斗三号MEO组网卫星数据质量评估

自2017年11月以来,北斗三号导航卫星开始进入高密度组网发射阶段。截止到2018年3月,已有4颗北斗三号中圆轨道(MEO)卫星投入试运行。本文选取全球分布的7个国际GNSS监测评估系统(i GMAS)跟踪站数据,从信号载噪比、观测噪声和多路径效应3个方面,对C19、C20、C27、C28这4颗北斗三号MEO卫星数据质量进行分析评估,并与同时段观测的北斗二号MEO导航卫星、GPS Block IIF导航卫星和Galileo FOC导航卫星的观测数据进行对比。结果显示,北斗三号MEO卫星数据质量良好,性能较优。其全球各地区测站信号平均载噪比高于42 d BHz,中高纬度地区观测站信号平均载噪比能够保持在45 d BHz左右;伪距观测噪声基本在0.5米以内;各测站各频点的多路径效应RMS值均不超过0.4米。     

北斗三号最简系统卫星信号质量分析

截至2018年5月,中国共发射了8颗北斗三号(BDS-3)中圆地球轨道(medium Earth orbit, MEO)卫星,组成北斗三号最简系统,播发了B1C、B2a和B2b新卫星信号,仅有17个国际全球导航卫星系统监测评估系统(international global navigation satellite system monitoring and assessment system, iGMAS)跟踪站能够接收到BDS-3卫星信号。选用17个iGMAS观测站10 d的观测数据,从数据完整率、信噪比、多路径效应、电离层延迟和周跳方面进行质量分析,并与GPS L1/L5和Galileo E1/E5a重叠频率对比,评价当前BDS-3卫星信号性能以及iGMAS测站的接收能力。结果表明,装有GNSS_GGR接收机的iGMAS测站的伪距观测值含有较大的粗差,个别装有CETC-54-GMR-4011接收机的跟踪站的周跳现象较严重。通过分析多路径效应可知,BDS-3卫星各个信号中不存在与高度角有关的系统偏差。BDS-3最简系统卫星观测数据质量与GPS L1/L5和Galileo E1/E5a相当,能够满足北斗卫星导航系统正常的工作需求。     

低轨卫星导航增强系统半物理仿真平台设计与验证CSCD

低轨道地球卫星(LEO)具有相对地面几何构型变化快、播发信号链路损耗小等优点.随着低轨卫星载荷研制与发射成本的逐渐降低,低轨卫星导航增强技术成为当前卫星导航领域的研究热点.目前国内外的低轨导航增强技术研究均处于起步阶段,没有成熟的低轨卫星导航星座,缺乏有效的低轨导航增强系统的服务性能验证手段.文中开展对低轨导航卫星轨道外推方法、低轨卫星信号捕获跟踪技术的研究,设计构建低轨导航增强系统半物理仿真平台.在仿真平台的基础上对北斗/低轨增强系统组合应用的高精度快速精密定位方法进行验证,实现了精密单点定位(PPP)的快速收敛且具有较高的内符合精度,对于低轨卫星导航增强系统的建设与应用具有一定的科学与工程价值.     

北斗系统三频单点定位性能研究

针对国内外对北斗三频研究较少的情况,本文采用实际接收数据分析了目前星座结构为5颗GEO卫星,5颗IGSO卫星和4颗MEO卫星的北斗二代系统三路信号(B1、B2、B3)的具体性能;结合实测数据分析B1、B2、3三路信号的信噪比,多径误差以及单点定位精度,推导出处理三频数据的多径误差的数学模型。最后通过实验得知,B3信号的信噪比小于B1、B2,同时较小的多径误差使其定位误差小于B1、B2;研究结果补充了GNSS三频多径误差算法,也在一定程度上对北斗系统三频信号定位性能做出整体评估。     

弱GPS/GLONASS信号捕获算法研究

本文给出了GPS/GLONASS双模接收机的总体设计方案,重点对弱信号环境下的接收机信号捕获进行了讨论,采用并行码相位搜索方法和改进的循环相关算法分别对GLONASS信号和GPS信号进行捕获;并利用真实数据对双模接收机性能进行了仿真研究,重点对接收机捕获弱信号的能力,以及在不同信噪比和不同累加数据长度下的捕获概率进行了讨论,结果表明该双模接收机在不需要较长数据长度的情况下能够捕获低信噪比环境下的卫星导航信号,提高了接收机的灵敏度。     

中国第一代导航卫星系统北斗一号无线电波的频谱特征

北斗一号是中国第一代区域性卫星导航和定位系统。本文综合国外对该系统的无线电波的频谱特征作一综合介绍。论述了北斗一号导航和定位系统的构成、工作频率和地面待定点的定位精度,论述了该系统的工作程序和北斗卫星的频谱,以及北斗卫星信号的特征图。     

使用BD-3 B2a反射信号测量水面高度

B2a信号是北斗三号（BeiDou-3 satellite navigation system, BD-3）新增的高宽带信号,具备非常高的伪距测量精度,适合开展基于全球导航卫星系统反射信号（global navigation satellite system-reflectometry, GNSS-R）的水面高度测量。由于BD-3近两年才开始为全球提供服务,基于BD-3反射信号的研究较少。中国科学院国家空间科学中心研发了具备自主知识产权的GNSS-R接收机,接收机专门增加了BD-3 B2a的捕获跟踪功能,可以对直射和反射B2a信号同时进行捕获和跟踪。接收机同时具备了交叉定标功能,能够有效消除由电缆和接收机通道间差异引起的系统偏差。在中国北京市怀柔开展的岸基实验过程中,累计获取了BD-3 B2a、北斗二号（BeiDou-2 satellite navigation system, BD-2）B1I和全球定位系统（global positioning system, GPS）L1C/A反射信号的相关波形数据,成功反演了水面高度并进行了系统偏差消除。数据处理结果表明,基于BD-3 B2a的水面高度在30 s非相干积分时间条件下反演精度达到了5.9 cm,比BD-2 B1I的高度测量精度提高了13 cm,比GPS L1C/A信号的高度测量精度提高了20 cm。     

湖南省北斗卫星导航定位公共服务平台升级改造

通过对原HNCORS的基本情况和问题进行分析,结合现有的北斗系统,对湖南省北斗卫星导航定位公共服务平台进行升级改造。从站址勘选、数据质量测试、新增基准站建设、新增站数据联测、北斗系统升级、核心解算软件部署等方面阐述HNCORS的升级改造过程,实现消除HNCORS信号盲区、增加北斗卫星导航定位服务功能,为测绘工作提升服务质量。     

北斗系统信号NH码处理方法研究

北斗系统的中圆地球轨道卫星及倾斜地球同步轨道卫星信号中调制有1kbit/s的NH码。NH码的存在会造成传统的频率跟踪环路鉴别器错误输出,并且会对导航数据解码造成影响。在对上述问题分析的基础上,提出了采用二相反正切鉴别器来克服NH码跳变的影响,并利用相关法去除导航数据中的NH码后获取导航电文。最后将所提出的上述算法应用于北斗软件接收机的跟踪环路及数据解调环节,实测数据处理结果表明了算法的有效性。     

北斗系统与GPS应用比较分析

我国自主建设的北斗卫星导航区域系统已投入试运行服务。从国内用户应用方面具体分析了北斗卫星导航系统相比美国GPS的优势,包括定位精度、信号的载噪比、定位速度和应用模式等,给出了北斗卫星导航区域系统在试运行阶段的一些应用测试数据。同时指出了对北斗系统未来发展趋势。