退役卫星的多生命周期利用

退役同步通信卫星严重影响着太空同步轨道环境,根据现代设计理念,提出探索退役同步通信卫星的再利用问题,创造性地把退役同步通信卫星演变为小倾角同步倾斜轨道卫星,并应用于导航通信系统,这对于改善导航系统的完好性、提高定位精度具有积极意义;同时,退役星上的大量转发器又可开辟新的卫星通信业务,从而开创了退役卫星多生命周期的开发利用．实验结果表明,本研究具有显著的社会意义和经济效益．     

中国区域卫星定位系统星座布局的选择

基于转发式卫星导航定位系统的思路,以与导航定位精度有密切关系的星座的位置精度衰减因子（Position Dilution of Precision,PDOP）在中国区域的分布和变化为主要评判依据,分析讨论由静止通信卫星和倾斜轨道同步通信卫星组成转发式中国区域定位系统星座的初步计划．我们重点考虑倾斜轨道同步卫星的3个主要的轨道参数,即轨道倾角、偏心率及升交点赤经的变化对PDOP的影响,通过仿真计算研究了该区域导航定位系统优良星座的布局方案．对多种星座布局分析比较的初步结果表明,设置3颗位于一组使‘8’字形星下点共迹的倾斜轨道同步通信卫星,它们的轨道倾角约为50°,卫星升交点的赤经差为120°,且其星下点轨迹的对称中心处在115°E附近,与4颗或5颗分布于约60°E至165°E轨位处的静止通信卫星组成转发式中国区域卫星定位系统的星座,可以满足对中国陆地和海疆的有效覆盖,可获得相对高精度的导航定位结果．给出了3个相对优秀的星座结构的初步结果,并讨论了有关的问题．     

转发式卫星导航定位系统量测方程解

我国科学家发明了转发式卫星导航定位系统,并用这一原理研发成功利用商用通信卫星的中国区域定位系统-CAPS（China Area Positioning System）．CAPS类的转发式卫星导航定位系统用户导航定位解算量测模型不同于GPS类直播式卫星定位系统,其伪距测量的时间和频率基准不在卫星上,而是位于地面导航中心站．详细推导和建立了转发式卫星导航定位的3种量测模型,并统一用算子方程和优化模型表述．在此基础上,还深入研讨了转发式卫星定位量测特征方程的线性化求解方法和方程组的数目大于4时的最小二乘法求解方法．讨论了条件数对解精度的影响,从而提出了改善系数矩阵性态、正确度量右端激励量、以及选取解的迭代格式等提高解精度的方法,这些对转发式卫星导航定位系统和技术的发展有重要影响,对其他卫星导航定位系统也有一定的参考价值．     

基于通信卫星的定位系统原理

介绍了基于通信卫星的中国区域定位系统(CAPS)的原理. 该系统首次采用通信卫星转发地面生成的导航信号, 从而把通信卫星用作导航星来为用户提供位置、速度和时间信息服务, 实现卫星导航定位功能. 基于关键技术研究和有关技术的发展, 为CAPS设计和建设了一个验证系统,选用位于87.5°E, 110.5°E, 134°E和142°E处的4颗GEO通信卫星作为验证系统的星座. 气压测高作为虚拟星座. 结果表明, 自主发明的基于通信卫星的转发式卫星定位的原理是正确的, 其技术可行, 以此组建的卫星定位系统具有投资小、研发周期短、功能全、精度高等优点. 作者认为, 一个创新的系统正在发展, 这可能是未来卫星导航定位发展的一种方向.     

北斗GEO卫星广播星历的直接拟合算法研究

针对因北斗地球静止轨道(GEO)卫星的小倾角特性,经典全球卫星定位系统(GPS)广播星历拟合算法不能直接应用于北斗GEO卫星这一问题,提出了一种基于无奇点变换的北斗GEO卫星广播星历直接拟合算法.该算法采用一组无奇点轨道根数代替经典轨道根数,解决了由GEO轨道的小倾角特性引起的经典广播星历拟合过程中法化矩阵奇异的问题;同时,避免了接收机GEO广播星历参数用户算法中坐标旋转的过程,减少了GEO用户算法的计算步骤.经仿真验证:该算法可很好地适用于北斗GEO卫星广播星历拟合,且拟合精度高,完全满足接收机导航定位的精度.但对于圆地球轨道(MEO)和倾斜地球同步轨道(IGSO)卫星,该算法实用性较差,仍须进一步研究和改进.     

GEO卫星机动后的星历快速恢复方法

GEO卫星可用于导航卫星,存在一个重要的问题是：GEO卫星机动较为频繁,卫星机动力不易建模．基于转发式测轨数据,常用的动力学统计定轨方法在无机动力的巡航状态下可以获得很高的精度,但当机动发生后,预报轨道将很快失效,一直到机动结束后较长时间内星历都不能有效使用．为改善这种状况,我们研究机动后星历的快速恢复方法．首先使用高精度转发式测轨数据,分析了GEO卫星机动情形下的运动规律．然后在卫星机动结束并进入巡航状态后,使用密集的短弧段观测数据,把公共系统偏差、各站系统偏差等作为常数,主要解算6个轨道根数,用统计定轨方法进行轨道预报,减少解算参数提高预报精度,实现卫星星历的快速恢复．结果表明：在目前的转发式测轨网布站情形下,对鑫诺一号卫星,利用15min数据预报2h,轨道精度（O-C）约为5m;利用30min数据预报2h,轨道精度（O-C）约为3m．     

CAPS导航通信系统的传输链路

中国区域定位系统(CAPS)是不同于全球定位系统(GPS)和国际移动卫星通信系统(Inmarsat)等的新型的转发式卫星导航通信一体化系统. 与GPS等卫星导航系统不同, CAPS系统工作在C波段, 其导航信息不直接由卫星产生, 而由位于地面上的导航主控地球站产生并经卫星转发给用户, 通信系统则采用小倾角倾斜同步轨道(SIGSO)卫星, 这些都增加了系统和终端的设计难度. 从链路预设计的角度对CAPS导航通信系统进行了分析, 研究了导航主控地球站的配置参数, 得到了导航系统的可用性的结论; 研究了通信系统的信息传输能力, 对通信中心站天线口径的选取、扩频增益和卫星参数对整个系统的影响等进行了分析, 结果表明: CAPS入站通信系统形成一类新的低信息速率的卫星通信系统, 每个终端的传输速率在1 kbps以内, 系统可容纳海量通信终端; 系统中通信中心站需要配置大口径天线, 天线口径在10~15 m左右为宜; 系统需采用扩频技术, 扩频增益应在40 dB左右; 减小卫星转发器增益衰减有益于提高系统链路的信噪比, 衰减值在0 dB或者2 dB时效果较好. CAPS导航系统一期已经通过专家验收, 目前运行稳定, 说明所得结果对导航链路的分析是合理的; 根据本研究结果设计的通信系统已经成功地开展了多种卫星通信实验及应用, 证实了所得研究结果的正确性.     

2012-36 科技期刊亮点

转发式站间差分卫星定轨法成功应用中国科学院国家授时中心杨颖等提出的"转发式卫星轨道测定方法"已成功应用于GEO卫星精密定轨,显著地提高了GEO卫星的定轨精度。基于"转发式卫星轨道测定方法",本研究提出一种新的转发式观测模式——"转发式站间差分"观测模式,该模式是对     

基于CAPS的双天线共接收机无电离层影响的混合差分定位新方法

针对转发式中国区域卫星导航定位系统（CAPS）的构思与设计,给出了基于CAPS的导航定位解算的3种基本模式,并进行比较分析．根据电离层延迟与频率平方成反比,提出双天线共接收机的无电离层延迟影响的混合差分导航定位新方法,给出其基本原理,导出混合差分观测量,具体推导了单历元和多历元的解算公式和算法．该方法消除了CAPS导航信息发射、传播、转发和接收等环节的电离层延迟、硬件延迟、时钟误差等公共误差,方便于实现单历元解算和多历元导航定位,可有效提高CAPS的导航定位精度和实时性．该方法不但能同时对CAPS星座的GEO和IGSO卫星进行几何定轨和导航定位解算,而且还可以求解对流层天顶延迟,用于研究大气中水汽含量的变化．在有限时间间隔内,利用多项式表示天顶延迟和CAPS卫星轨道,可有效减少未知参数个数,提高解算速度和实时性．     

转发式测距和直发式伪距的GEO卫星联合定轨

GEO卫星是区域卫星导航系统空间段的重要组成部分.仿真模拟表明,在星座组网运行时通过差分策略可消除卫星钟差,但对只有GEO在轨运行的单星模式需要引进其他测轨技术才可能获得高精度的GEO轨道和钟差信息.本文提出联合转发式测距和直发式伪距数据的GEO卫星联合定轨和钟差估计方案,克服了转发式跟踪站数量和测距数据有限的问题,实现了对直发式伪距跟踪站星地组合钟差的估计,并且保持了卫星星历与钟差的自洽性.利用我国区域跟踪网对GEO卫星的实测数据进行了联合定轨试验,开展了详细的误差协方差分析说明了转发式和直发式两种测轨技术的贡献,结果表明：转发式测距数据的定轨残差为0.203m,直发式伪距的定轨残差为0.408m.定轨弧段内激光外符视向精度为0.076m,预报2h激光外符视向精度为0.404m,星地钟差估计精度约为1.38ns.对于基于单个转发跟踪站的转发直发联合定轨,激光外符视向精度为0.280m,预报2h激光外符视向精度为0.888m,星地钟差估计精度约为1.55ns.相关指标满足了导航服务的需求.     

内含伪距差分功能的虚拟卫星原子钟

卫星原子钟是类GPS系统工作的基础,由卫星原子钟控制导航信号发射的时间和频率．在中国区域定位系统中,租用现有的通信卫星实现卫星导航,星上不配备卫星原子钟,在这种情形下,类GPS系统的基于卫星原子钟的时间同步方式不再适合．研究提出虚拟卫星原子钟的方法。可以实现无星载原子钟的卫星导航．采用虚拟卫星原子钟,将信号从地面发射的时间延迟到信号从卫星发射的时间,可以实现类GPS系统相同的伪距测量功能．虚拟卫星原子钟不但可以实现导航,并且还具有伪距差分功能,可以抵消星历误差,提高导航定位精度．虚拟卫星原子钟不但实现了无星载钟的导航系统,而且实现了一个具有差分功能的卫星导航系统．     

我国第九颗北斗导航卫星成功发射

7月27日,中国在西昌卫星发射中心用“长征三号甲”运载火箭,将第九颗北斗导航卫星成功送入太空预定转移轨道,这是中国北斗导航系统组网的第四颗倾斜地球同步轨道卫星。该卫星成功发射,标志着中国北斗区域卫星导航系统建设又迈出坚实一步。按照北斗卫星导航系统“三步走”发展战略,2012年年底前,中国还将陆续发射多颗组网导航卫星．     

科技博览

<正>我国第九颗北斗导航卫星成功发射北京时间27日5时44分,中国在西昌卫星发射中心用"长征三号甲"运载火箭,将第九颗北斗导航卫星成功送入太空预定转移轨道,这是中国北斗导航系统组网的第四颗倾斜地球同步轨道卫星。该卫星成功发射,标志着中国北斗区域卫星导航系统建设又迈出坚实一步。专家称,目前,中国北斗区域卫星导航系统的基本系统已建设完成,正在抓紧开展星地联调和测试评估工作,经初步测试系统运行良好,将于今年年底前为中国及周边大部分地区初步提供连续无源定位、导航和授时以及短报文通信服务,满足交通运输、渔业、林业、气象、电     

北斗全球卫星导航系统专题·编者按

北斗三号全球卫星导航系统于2020年6月23日和7月31日分别完成全球星座部署和正式开通服务公告,这标志着北斗从无到有、从有到优、从区域到全球的“三步走”发展战略圆满完成.北斗三号全球卫星导航系统空间段由24颗中圆地球轨道卫星、3颗地球静止轨道卫星和3颗倾斜地球同步轨道卫星共30颗卫星组成,具备导航定位和通信数传两大功能,可提供定位导航授时、全球短报文通信、区域短报文通信、国际搜救、星基增强、地基增强、精密单点定位共7类服务,全球范围定位精度优于10 m、测速精度优于0.2 m/s、授时精度优于20 ns、服务可用性优于99%,亚太地区性能更优.     

观察

<正>我国成功发射第八颗北斗导航卫星4月10日4时47分,我国在西昌卫星发射中心用"长征三号甲"运载火箭,成功将第八颗北斗导航卫星送入太空预定转移轨道。这是一颗倾斜地球同步轨道卫星。这次发射是今     

卫星导航观测方程双曲面交会解

本文探索了卫星定位中观测方程的建立方法及求解算法,即探讨了若把卫星定位中的观测方程从求球面方程的交点变换成求双曲面方程的交点后的差异和对定位解的影响.文中结合转发式卫星定位系统的具体应用,提出和推导了转换求解的方法.并通过几何放大因子DOP和测站三维位置坐标单点解分布图的仿真分析,验证了双曲面交会解的可行性,也揭示了其长处和优势.最后,通过对中国区域定位系统CAPS（China Area Positioning System）定位解的实验,证实了观测方程双曲面解的实用性.     

BDS、GPS及其组合系统伪距单点定位精度分析

为研究北斗卫星导航系统(BDS)和BDS/GPS组合系统的定位性能,根据实测数据对比分析了GPS、BDS及BDS/GPS组合系统的可见卫星数、空间位置精度因子(PDOP)和伪距定位结果,以及BDS地球静止轨道(GEO)和中圆轨道/倾斜轨道(MEO/IGSO)卫星的定位结果;针对BDS与GPS观测值之间的精度差异,分别采用等权模型、高度角模型和Helmert模型研究组合系统的最优随机模型。研究表明:组合系统卫星的空间几何分布优于单系统;BDS定位的平面精度低于GPS,高程精度高于GPS,而BDS/GPS组合系统平面和三维精度高于单个系统;Helmert验后估计模型能够提高BDS/GPS组合定位的高程和三维定位精度。     

我国成功发射第五颗北斗导航卫星

[新华社]8月1日5时30分,我国在西昌卫星发射中心用＂长征三号甲＂运载火箭,成功发射第五颗北斗导航卫星,并将卫星送入太空预定转移轨道。这是一颗倾斜地球同步轨道卫星,是我国今年连续发射的第3颗北斗导航系统组网卫星。     

卫星导航技术发展向何处去

综述了导航定位技术的新进度,特别是卫星导航定位技术的新进展,探讨了GPS后的卫星导航技术的发展趋势和方向,介绍了多模卫星导航系统的兼容和互操作、卫星导航与地面移动网的融合和互补、导航和通信融合技术的发展,以及入向卫星定位通信系统和双向卫星定位通信系统的出现.最后还展望了导航定位信号及功能融入到通信链路中去的可能性.     

地球静止轨道卫星数对广域增强系统性能的影响

为了评估广域增强系统(wide area augmentation system,WAAS)中地球静止轨道(geostationary earth orbit,GEO)卫星数对WAAS性能的影响,正确解码WAAS报文,对比分析GEO卫星和全球定位系统(global positioning system,GPS)卫星的伪距改正值和用户差分距离误差指数;将GEO卫星纳入导航定位解算,并基于WAAS监测站实测数据,解算分析GEO卫星数对WAAS报文延迟、中断和导航性能的影响.结果表明:当现有GPS卫星均正常工作时,GEO卫星数的增加可有效降低报文的延迟和中断,但对WAAS定位精度和完好性的提升并不明显.星基增强系统(satellite-based augmentation system,SBAS)中有两颗正常工作的GEO卫星是比较理想的状况.