北斗区域卫星导航系统定位性能的纬度效应

与全球定位系统（global positioning system,GPS）不同,北斗区域卫星导航系统（BeiDou navigation satellite system,BDS）采用了5颗地球静止轨道卫星、5颗倾斜地球同步轨道卫星和4颗中圆轨道卫星的混合星座,星座分布不均匀。特殊星座决定了不同纬度地区用户的可见卫星数量和观测几何结构存在明显差异,用户的导航定位性能存在明显的纬度效应。分别从理论模型和实际观测两个方面对不同纬度地区用户的可见卫星数目、观测几何结构和导航定位性能进行较全面分析,使用了多家厂商的接收机,在不同纬度地区进行了GPS、BDS以及两系统融合定位试验。结果表明,BDS定位性能存在明显的纬度效应,即定位精度随纬度升高而降低;GPS导航定位性能没有明显的纬度效应;BDS/GPS数据融合可以减弱纬度效应,提高导航定位服务的精度和可靠性。     

高轨卫星天基定轨原理演示系统的设计与实现

以高轨卫星天基定轨原理作为理论基础,设计了一种在MATLAB仿真软件环境下运行的高轨卫星天基定轨原理演示系统。该系统实现了高轨及低轨用户星轨道仿真、全球导航卫星系统（GPS、GLONASS、Galileo和Compass）星座卫星仿真、高轨卫星及地面用户星对全球导航卫星系统的可见性仿真和高轨卫星天基定轨仿真。仿真结果表明：该系统具有效能高、清晰直观等优点,也具有较强的理论和现实意义。     

顾及星座稳定性及综合成本的低轨导航星座优化设计方法

利用低轨道地球卫星(LEO)进行导航增强首先需要设计低轨星座,在进行星座构型设计时,星座的稳定性及综合成本是需要考虑的两个重要因素,本文提出了顾及星座稳定性及综合成本进行低轨导航星座优化设计的方法. 首先,利用遗传算法对铱星星座进行了优化,优化后的铱星星座与未优化前星座相比较,全球可见卫星数均值由2.3颗增至2.9颗,可见卫星数标准差由2.3降至0.7,综合成本因子由5.3降至4.5,证明了本方法的有效性. 然后以Walker星座作为基本构型,在保证低轨混合星座稳定性的基础上,顾及导航性能和综合成本,利用遗传算法进行了混合星座的优化. 将优化后的低轨混合星座与北斗星座进行了组合,组合后的星座与北斗星座相比较,全球可见卫星数均值由6.9颗增至9.3颗,可见卫星数标准差由1.1降至0.4.      

典型低轨卫星星座导航增强性能对比性评估研究

选取国外的Iridium NEXT系统、国内的“鸿雁”星座和“微厘空间”共三个典型低轨星座对北斗卫星导航系统(BDS)从信号落地功率、可见卫星数和精度衰减因子(DOP)等方面进行导航增强分析.结果表明:由于星座结构和卫星数目的不同,低轨星座对导航系统的增强能力存在差异. Iridium NEXT系统和“鸿雁”星座等极轨星座对极地地区有较强的导航增强能力,但随着纬度的降低增强能力下降明显,而以倾斜轨道为主的“微厘空间”在中低纬度的导航增强能力更强.      

低轨导航增强GNSS发展综述

低轨星座具有地面接收信号强度高、几何图形变化快的优势，能够与中高轨GNSS星座形成互补，对增强GNSS的精度、完好性、连续性和可用性具有显著优势，已成为当前卫星导航领域的关注热点。本文首先简要介绍了现有的GNSS增强系统；总结了国内外低轨导航增强星座发展现状；针对低轨导航增强，对比分析了高中低轨导航星座的优缺点；重点讨论了低轨导航增强在联合定轨、快速精密定位、空间天气监测和室内定位等方面带来的机遇；分析指出了低轨导航增强的空间段、地面段和用户段所面临的挑战。     

GLONASS进展及定位性能研究

介绍GLONASS系统近几年来在导航卫星星座结构、导航卫星信号结构、系统的差分改正与监测系统建设方面的进展,并从卫星的可见性和定位精度系数两方面分析GLONASS目前的定位性能。     

关于导航星座URE计算方法的讨论

URE(User Range Error)通常作为导航星座的用户伪距精度的一个重要指标,用来评价导航星座定位的精度.文章对URE的意义进行了详细解释,采用加权思想推导了导航卫星单星及导航星座URE计算模型,最后通过仿真手段对URE计算进行了仿真验证.     

全球覆盖的卫星通信星座构型简述

基于全球覆盖通信的考量,分析和仿真了低轨道卫星通信星座和中轨道卫星通信星座.结果表明在30°最低通信仰角和地面用户至少同时可见2颗卫星的约束条件下,低轨道卫星通信星座的卫星总量需要达到182颗(对应卫星轨道高度为1500km) ,中轨道卫星通信星座所需要的卫星总量为32颗(对应卫星轨道高度为10000km)或20颗(对应卫星轨道高度为20000km).     

两颗新卫星发射伽利略系统进一步扩大

2021年12月5日,联盟号发射器从法属圭亚那的欧洲航天港发射了另外两颗伽利略导航卫星,欧洲最大的卫星星座进一步扩大.伽利略卫星27～28加入现有的26颗在轨卫星星座,为全球超过23亿用户提供精确的卫星导航定位.     

持续性全球多重覆盖的圆轨道导航星座的设计

首先描述卫星覆盖的理论以及卫星星下点在地面上的轨迹规律,然后根据导航星座的特点,通过对星座基本参数特点的讨论,并在参考GPS和GLONASS星座的基础上,确定了导航星座的构成。最后,在理论上证明了最小覆盖性的条件,随着模拟实际数据进行了验证。     

附有高程约束的中国区域定位系统定位精度分析

将气压测高方法应用于基于通信卫星的中国区域定位系统（Chinese Area Positioning System,CAPS）中,可以补充卫星星座、改善星座布局、提高定位精度。介绍了气压测高原理、高程约束定位解算模型和方法,在CAPS—Ⅰ期系统中进行了仿真计算与分析,对高程约束下CAPS的定位精度情况以及气压测高自身误差对定位精度的影响进行了深入的研究和探讨,从而为气压测高下的实际定位工作提供了指导与参考。     

基于卫星服务中断的GPS在中国服务区可用性分析

由于导航卫星硬件失效和轨道维持等原因,会引起卫星服务的暂时中断。卫星服务中断又会导致导航星座可用性下降。以GPS卫星4类中断的平均间隔时间、平均恢复时间为参数,建立了导航卫星的平均可用性及导航星座平均可用性数学模型。仿真分析了卫星服务中断的情况下GPS在我国服务区的可用性。仿真结果对于我国目前进行的区域卫星导航系统建设(北斗卫星导航系统建设的第2步)以及参与GPS市场竞争均具有重要作用。     

导航星座的覆盖特性和定位精度因子分析

卫星导航系统对覆盖区域的服务性能与导航星座设计密切相关,重点分析了导航星座性能指标中的连续覆盖特性和定位精度因子（PDOP）。在此基础上,对所设计的全球导航星座进行了性能仿真,并与国外导航星座进行了对比分析。最后,分析了降级情况下的星座性能,给出了增强系统可用性的改进方法。     

三种典型低轨增强星座与北斗系统联合应用的RAIM性能分析

接收机自主完好性监测(receiver autonomous integrity monitoring, RAIM)是终端用户高可靠导航定位的保障,低轨卫星的发展为完好性监测带来新的机遇,然而不同低轨星座增强下的终端RAIM性能可能会存在显著差异。基于高轨道倾角(80颗)、中轨道倾角(120颗)和混合轨道倾角(168颗)3种典型的低轨星座,系统评估了低轨卫星增强下的北斗卫星导航系统（BeiDou navigation satellite system,BDS）RAIM可用性及故障检测效果。仿真计算结果表明:对于高纬区域,高轨道倾角增强下的RAIM可用性效果最好,而在中、低纬区域,中轨道倾角星座增强下的RAIM可用性效果最优;在全球范围内,高轨道倾角、中轨道倾角和混合轨道倾角星座增强下非精密进近阶段的RAIM可用性较BDS分别提升30.5%、29.0%和41.0%。由此可知,由不同轨道倾角组成的混合星座可较好地弥补可视卫星在空间覆盖上的缺陷,其全球RAIM可用性增强效果最优,增强下的RAIM可检测到的最小伪距偏差较之前平均减小33.3 m。     

利用两颗退役同步轨道卫星优化中国区域定位系统导航性能的分析

中国区域定位系统（CAPS）在试验验证阶段利用两颗同步轨道（GEO）通信卫星和两颗退役的GEO通信卫星组成导航星座,结合CAPS气压测高技术实现三维定位。根据CAPS的星座特点,分析了不采用气压测高实现转发式卫星导航定位的可行性和改变退役卫星轨道参数对星座PDOP值的影响。结果表明：调整两颗退役GEO通信卫星的轨道参数后,不采用气压测高技术也可以使CAPS在一天的较长时段内实现较高精度的导航定位。     

混合星座的精度因子与定位性能分析

通过对静地同步卫星(GEO)、倾斜轨道同步卫星(IGSO)/GEO结合和MEO/GEO结合等星座的精度因子(DOP)计算和分析,初步探索了利用混合星座解决无高程辅助的纯GEO星座不能垂向定位和水平定位精度欠佳的问题。同时,结合我国卫星导航系统的发展,提出利用IGSO/GEO混合星座作为区域定位星座向全球定位星座过渡的观点。     

天文导航在导航星座自主完好性检测中的应用

本文介绍了导航系统完好性的定义．论述了天文导航的技术方案。提出把天文导航应用于星间链路定位的解算和导航星座自主完好性检测的技术方案中，讨论了合理的完好性检测门限。研究了反馈模型中卡尔曼滤波的使用，得出了结论。