基于马尔可夫过程的GNSS星座可用性评估

卫星导航的星座可用性是评价导航系统性能的重要指标之一。基于马尔可夫过程建立了同时考虑卫星故障率和修复率的单星可用性模型,结合卫星的备份情况提出了空间信号层和服务层的星座可用性评估方法模型。基于上述评估模型,结合大量实测数据分析了空间信号层和服务层的星座可用性概率。结果表明:全球定位系统(global positioning system, GPS)星座可用性评估模型是有效的,GPS星座可用性符合其系统性能规范。提出的星座可用性评估方法对北斗卫星导航系统的全球化建设及其可用性评估有一定的参考价值。     

北斗卫星导航系统效能综合建模与分析研究EI北大核心CSCDCSSCI

针对卫星导航系统效能要素多样、作用关系复杂的特点,构建了基于质量特性视角的导航系统效能指标体系,研究提出一种综合考虑空间信号精度、卫星平均中断间隔时间、卫星在轨测试时间、运载火箭可靠性、星间逻辑关系等要素的导航系统效能集成分析方法.该方法采用广义随机Petri网构建导航单星可用性模型,考虑随机故障和耗损故障构建导航单星可靠性模型,采用应力-强度分析构建导航单星能力模型,综合星间逻辑关系并运用动态贝叶斯网络开展导航系统效能建模与分析.北斗卫星导航系统仿真算例验证了方法的有效性和可行性,并对其他卫星系统效能分析具有一定的参考价值.     

卫星星座导航数学仿真系统及其关键技术研究

为了研究卫星导航系统的星座覆盖性能,信号链路、时间系统等关键技术和性能指标,有必要建立导航星座仿真系统,完成导航星座系统在各种模式下的工作状态模拟并对其结果进行分析和评估.论述了基于高层体系结构(HLA)仿真平台下的卫星星座导航数学仿真系统的总体设计,介绍了卫星导航星座分系统以及仿真支撑环境的功能.在此基础上,分别对仿真时间的推进策略、数据分发管理、仿真时间同步以及卫星轨道确定等关键技术进行了分析与研究.试验结果表明,本文设计的仿真系统及采用的若干关键技术,能够很好的满足仿真与评估的需求,对我国北斗卫星导航系统的研制具有重要的参考价值.     

基于卫星可靠度和MTTR星座空间备份策略设计

基于卫星可靠度建立了星座系统可靠度模型,分析了星座构型、卫星的可靠度、备份卫星数目对星座系统可靠度的影响。通过分析备份卫星的可用性、卫星的固有可用度,提出了备份卫星轨道设计约束条件。基于平均修复时间建立了备份卫星重构控制模型,分析了备份卫星数目、备份卫星轨道、平均修复时间对备份卫星重构控制平均特征速度的影响。最后针对卫星星座对系统可靠度和平均修复时间的需求,提出了一套备份卫星子星座构型优化设计方法并给出了设计实例。     

面向导航系统性能仿真的可移植性框架

导航系统性能仿真面临多领域模型集成和分析的困难.研究了仿真模型可移植性(simulation modelportability, SMP2.0)规范,分析了卫星导航系统仿真的基本特点和需求,提出了卫星导航性能仿真的可移植性框架,建立了基于SMP2.0的导航仿真应用架构.该架构包含导航系统模型设计、开发、集成、运行和试验...     

基于Petri网的导航卫星星座备份策略分析评估方法

针对北斗三号系统中轨道Walker导航星座的备份策略问题,提出基于随机时间Petri网(stochastic timed Petri net, STPN)的分析评估方法。通过构建单星、轨道面和导航星座的3层STPN模型,分析不同备份策略下星座运行的逻辑行为特性和操作事件的时序关系。建立导航星座的可用性模型和运行成本模型,作为导航星座备份策略的评估指标。最后,利用蒙特卡罗方法对所提出的分析模型的准确性进行评估,并在满足可用性的前提下以成本最小为标准,获得星座在不同条件下的最优备份策略。结果表明,该方法能有效分析不同备份策略对星座运行参数的影响,可为导航星座备份策略设计优化提供量化依据。     

基于星敏感器的星座自主导航融合技术研究

为解决单纯基于星间观测的星座自主导航系统的基准秩亏问题,利用星敏感器间接敏感地平的导航方法提出了一种基于星敏感器的星座自主导航信息融合技术。该技术可以有效地将星光折射和星间观测两种方法结合起来,利用星光折射提供星座中成员卫星的绝对位置信息,给出星座的空间基准,再利用星间相对观测,约束星座的几何结构,提高星座的整体的导航精度。     

提高导航星座自主性的分布式仿真系统研究

为了提高导航星座的自主性,有必要研究导航系统的自主导航能力。基于HLA建立了分布式的导航星座自主导航仿真系统。介绍了系统的组成以及各部分之间的关系,详细描述了系统中主要部分的实现技术,提出了导航星座自主定轨以及自主守时的主要算法,并对算法进行了仿真验证。仿真系统运行稳定,能对各种导航星座自主导航能力进行评价。计算结果表明提出的自主定轨算法和自主守时算法能够满足导航星座自主导航的基本要求。     

基于SMP2.0的全球导航系统精度因子的仿真分析

全球或区域导航精度因子(DOP,Dilution of Precision)仿真分析是全球导航系统性能指标仿真分析与评估的重要组成部分.研究了DOP的相关概念和算法,分析了DOP的可用性算法,采用基于仿真模型可移植性标准(SMP2.0)的模型开发与集成方法,设计、开发、集成和运行了面向DOP的导航系统仿真模型,并实现了支持DOP仿真分析的软件工具,最后针对GALILEO系统在中国区域的导航精度因子进行了仿真分析,验证了导航仿真系统中基于SMP2.0方法集成具有良好合理性和移植性的优点.     

全球导航卫星系统的星座可见性研究

在GPS和GLONASS(GlobalNavigationSatelliteSystem)的应用研究中 ,为保证系统正常工作 ,导航星座应满足一定的可见性要求。因此 ,首先对提出的最小可见性要求进行了原理性阐述 ;之后 ,基于卫星对地面的覆盖特性 ,给出了导航卫星的可见性定义 ,并推导了一种可见性判据 ;最后 ,针对一种通用的全球导航卫星系统星座 ,用仿真的方法给出了地面和某一海拔高度对该星座的可见性结果 ,确定了海拔高度同星座中可见卫星数目之间的关系 ,从而为全球导航卫星系统在外层空间的应用设计提供了依据。     

基于磁强计的卫星自主定轨算法

为了降低自主导航的成本,针对近地轨道地磁场的特点,提出基于扩展卡尔曼滤波器的地磁导航算法,该算法综合IGRF模型建立了观测方程,根据地磁场的IGRF模型是基于地心固连坐标系的位置函数的特点,采用地心固连坐标系的卫星轨道动力学方程作为状态方程,构造出卫星地磁导航系统的导航模型。仿真研究结果表明,该算法的卫星地磁导航模型结构简单,描述能力更强,导航算法具有较好的稳定性和收敛性。     

卫星星座分布式自主导航方法研究

利用分级处理的方法实现了卫星星座的分布式自主导航。提出了将地球作为一颗参考星构造虚拟地心距的方法,并推导了虚拟地心距与其它测量值之间的噪声相关特性。以Walker星座为对象进行了仿真验证。仿真结果表明:分级处理的方法可以实现卫星星座的分布式自主导航,而利用所提出的构造虚拟地心距的方法可以有效地提高卫星的导航精度,减小误差逐级方法的影响,从而提高卫星和整个星座的导航精度。     

GPS可用性建模与仿真

在考虑地球遮挡、导航信号自由空间衰减、导航卫星转发天线波束对地张角、接收机遮蔽角及大气层衰减等因素的影响下,对GPS导航星的空间可见性和信号的可用性进行了分析.分别给出了具体的GPS导航星空间可见性分析模型、接收机遮蔽角约束、信号衰减模型和GPS可用性分析判据,并结合典型应用背景对GPS导航的空间可用性进行了仿真分析.所采用的分析模型、方法及仿真结论对GPS在空间任务中的应用有一定的参考价值.     

X射线源/地心矢量观测的卫星自主导航应用

针对X射线探测器的卫星自主导航应用,提出基于X射线源/地心矢量观测的航天器自主天文导航方法。研究了X射线源/地心矢量自主导航原理并给出自主导航系统方案。通过X射线源和地心矢量提取,合成了X射线星光角距和星光仰角观测模型。对X射线源矢量方位观测误差和地心矢量方位观测误差引起的系统观测量残差进行了理论分析,并将其建模为缓变量。建立了卫星运动状态方程模型,并将无迹卡尔曼滤波(unscented Kalman filter,UKF)算法应用于自主导航过程中,针对观测量周期与导航周期异步的情况给出了导航解算方案。近地圆轨道卫星的自主导航仿真结果验证了该方法的有效性。     

捷联惯性/多卫星系统组合导航技术研究

从提高导航系统性能出发,阐述了多卫星系统,卫星系统完整性和最佳定位卫星组合的选择等问题,研究了基于伪距、伪距率的SINS/卫星组合导航的模型,并对SINS/GPS/GLONASS/GALILEO/BD组合系统进行了仿真。通过与SINS/GPS组合系统仿真结果对比表明,SINS/多卫星系统组合对导航系统性能具有更好地提升作用,且对于提高导航系统的可靠性、安全性有较大帮助。     

基于抗差UD分解滤波的导航星座整网定轨方法

针对我国导航星座的自主定轨问题,提出基于抗差UD(upper triangular matrix diagonal matrix)分解滤波的导航星座整网定轨方法。该方法对卫星轨道参数进行整网估计,通过对所有观测资料加权以避免观测粗差的影响,并利用UD分解算法来避免对协方差矩阵的直接求逆而导致的计算机舍入误差过大从而滤波发散。推导了整网定轨的数学模型,给出了抗差UD分解滤波的详细步骤。通过性能分析和仿真计算表明了该方法的可行性与有效性。     

GPS/SPL组合伪距测量的精度因子仿真研究

针对舰载飞机在降落过程中对高精度和高稳定性导航系统的需求,提出了一种舰载伪卫星(SPL)增强GPS导航的技术方案.通过和机载伪卫星方案的对比,分析舰载伪卫星的优越性和可行性.证明了增加舰载伪卫星可以减小几何精度因子GDOP值和降低用P接收机选星的难度,把选星方法由计算四颗GPS卫星的投影四面体体积最大,简化为计算三颗GPS星的投影三角形面积最大.并通过Matlab仿真定量地分析了增强前后的伪距测量的各种精度因子的变化趋势,在GPS高度角在10°和70°之间和伪卫星的高度角在-10°和-90°之间时,GPS/SPL组合导航系统具有最优性能.     

卫星组网与星座控制设计、分析、仿真系统研究

设计和开发了卫星组网与星座控制设计、分析、仿真系统。该系统具有卫星组网优化设计、星座控制优化设计、星座性能分析、星座运行和控制过程仿真演示的功能,系统中的每个组成单元软件可以通过任务设定软件进行预定任务要求星座的设计、分析和仿真,也可以根据自身输入参数进行卫星组网与星座控制的设计、分析和仿真。最后利用该系统完成了对一个导航星座的设计、分析和仿真。     

基于伪距信息的GNSS双接收机抗转发式干扰检测算法

在协同应用的背景下,提出基于伪距信息的全球卫星导航系统(global navigation satellite system,GNSS)双接收机抗欺骗干扰检测算法。首先,建立真实信号与欺骗干扰信号的信号模型,进而得到伪距双差模型。然后,利用卫星钟差计算公式得到卫星钟差双差计算模型。根据载噪比选择卫星信号,对测量伪距进行修正并利用最小二乘法进行导航定位解算,得到载体在ECEF坐标系中的位置。由测量伪距结合导航电文计算得到卫星的位置,进而得到卫星与载体之间的距离。最后由伪距双差、卫星与载体的距离双差以及卫星钟差双差计算得到误差值,基于误差值的明显差异性实现对信号的检测与判别。利用双接收机进行实际试验并结合Matlab进行仿真实验,仿真结果验证了算法的有效性和可行性,对试验中的欺骗干扰信号均能有效识别。     

一种更精确的多模GNSS兼容性方法研究

传统的卫星导航系统的多系统兼容性分析方法只适用于分析长码、码速率高和数据速率高的信号兼容性。通过推导信号模型,讨论了信号参数对干扰系数的影响,提出了一种更精确的多模全球卫星导航系统（global navigation satellite system, GNSS）系统兼容性分析方法。该方法加入了多普勒的影响,并且考虑了与期望信号同频段内的所有卫星导航信号,适用于任意伪码结构、数据结构的卫星导航信号兼容性分析。最后通过仿真GPS系统内干扰与系统间干扰验证了方法的正确性,并得出Galileo 在E1采用的MBOC信号对GPS C/A信号产生的干扰在0.1 dB以内。