北斗三号系统互操作实现与性能分析

针对当前国际卫星导航应用从单一GPS时代发展到多GNSS(全球卫星导航系统)时代带来的新趋势和新要求,本文从星座互操作、信号互操作、时间互操作和坐标互操作四个方面开展北斗三号系统与其他GNSS系统间的互操作设计.在星座设计方面,北斗三号的星座轨道高度与倾角设计与GPS,GLONASS和Galileo三大系统的星座充分互补,全球导航卫星PDOP平均可提升37.9%;在信号体制方面,北斗三号通过相同频率相似频谱设计实现与其他系统的互操作,并签署了兼容与互操作协议,可确保用户在不改变硬件设计的情况下同时使用各大系统导航服务;在时间基准与坐标基准方面,北斗三号系统建立与维持了与国际上高度一致的基准体系,实现与国际UTC,GLNT等时差偏差保持在50 ns以内,并与国际ITRF 2014坐标参数精度保持一致.因此,北斗三号系统通过四个方面的努力,实现了与其他GNSS的互操作,可联合美俄等全球卫星导航系统为全球用户提供更优质的服务.     

“北斗卫星导航系统数据分析与应用”专题·前言

<正>北斗卫星导航系统(BDS)是我国自主建立的全球卫星导航系统(GNSS),它是继美国全球定位系统(GPS)、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)之后第3个成熟的卫星导航系统,与GPS,GLONASS以及欧洲正在建设的Galileo系统一起形成了未来一段时间内4个主要的全球卫星导航系统,已被联合国卫星导航委员会认定为供应商.BDS自2012年12月26日开始向我国及周边地区提供服务,定位精度为10 m,测速精度为0.2 m/s,     

北斗B1频点公开服务信号调制方式研究

在全球卫星导航系统中B1/L1频点（1575.42MHz）是互操作频点,GPS和Galileo系统在此频点设计了L1C和E1OS信号.在北斗导航系统第三阶段信号初步方案中在此频点的公开信号B1C设计为具有导频和数据通道的MBOC（6,1,1/11）（Multiplexed Binary Offset Carrier,简称为MBOC）调制方式,与L1C和E1OS具有互操作性,但是其兼容性、实现方式、导航性能还有待进一步研究.为此本文讨论了北斗B1C信号的设计原则,进而提出一种通道间复合的二进制码符号（Binary Coded Symbol,简称为BCS）调制方式（Composite Binary Coded Symbols between Channels,简称为CBCSC）.给出了一种具有良好性质的BCS调制码形,对比分析在此BCS调制基础上设计的CBCSC调制方案和MBOC的性能.根据分析得出的结论为CBCSC调制方式在兼容性、接收性能、实现复杂度等方面优于MBOC调制.     

Compass导航信号性能评估研究

卫星导航信号体制决定了导航系统的先天性能,是系统设计和升级过程中必须考虑的关键因素之一.本文提出了卫星导航信号体制的性能评估方法,并评估了Compass信号的性能.该评估方法包含了精度、抗干扰、抗多径、兼容性四个方面的内容,分别采用了Gabor带宽、解调抗窄带/匹配谱干扰品质因数、跟踪抗窄带/匹配谱干扰品质因数、多径误差包络、连续平均多径误差包络、谱分离系数、谱安全指数等指标来刻画这些方面的性能.基于我国对外公布的最新信号体制框架,将Compass信号体制和GPS,Galileo信号体制进行对比分析.分析结果表明：对于民用信号,Compass的性能最佳;对于特殊用户,Compass的精度、抗多径能力和GPS,Galileo相当,但抗干扰能力低于GPS和Galileo.这意味着Compass系统在未来的特殊条件下处于劣势.最后,给出了信号体制优化的建议.     

GPS+Galileo双模式卫星定位仪的研制

在利用单GPS或Galileo两种全球卫星定位系统进行定位的基础上,设计研制一款具有GPS+Galileo组合定位功能的新型双模式定位仪。相较于传统的GPS定位仪,该定位仪在定位能力、精度、稳定性及功能方面都有所提高,可应用于任何对精度和稳定性要求较高的场合。但在小型化设计上,尚待进一步提升。     

正交复用BOC调制及其多路复合技术

随着中国第二代卫星导航系统建设进入实施阶段,研发自主的调制方式及多路导航信号复合技术成为导航信号体制设计的紧迫任务.在确保与国外其他卫星导航系统实现兼容与互操作能力的前提下,提出了一种全新的MBOC调制时域实现方式——正交复用BOC（QMBOC）调制,并给出了这种调制信号的匹配接收方案.作为MBOC调制的一种新的时域实现形式,QMBOC信号具有与GPS和Galileo所使用的TMBOC和CBOC信号相同的频谱,同时消除了CBOC信号自相关函数中存在互相关项的问题,使得QMBOC信号无论在极性选择还是功率分配上都更加灵活自由,且匹配接收机的复杂度与CBOC情况相当.同时,提出了两种多路复用方式,可将QMBOC调制信号与同频点其他信号以恒包络形式组合,且具有较高的复用效率.可以为我国自主GNSS信号体制设计和优化提供一种可行的参考方案.     

GPS信号与Galileo信号特性分析

信号体制是卫星导航定位系统技术体制中最重要的部分之一,合理的信号体制对于卫星导航定位系统实现其导航,定位,授时,通信和测距等功能和满足性能要求十分关键。该文首先介绍了GPS信号和GALILEO导航信号的特点,对他们的信号体制进行分析与比较。阐述了GPS、Galileo两种卫星信号的特性,包括频率及调制格式、相关性特性、功率特性;比较分析了两种信号功率谱的区别,对两种卫星信号特性进行了深入的比较与分析。     

GNSS信号兼容捕获算法

目前卫星导航定位系统正在从单一的GPS时代向多星座并存的GNSS时代转移,多星座兼容的卫星导航接收机将会成为未来接收机产品的主流.常用的伪码频域和时域捕获算法,虽可以实现特定系统的伪码信号的快速捕获,但对于处理多个系统、多种调制方式、不同码长的卫星信号而言,尚存在一定的局限性.本文将提出一种应用于GNSS兼容接收机的通用信号快速捕获方法.经实际测试表明,该算法实现了兼容捕获GPS,GLONASS,Galileo和COMPASS等GNSS信号,可以对不同类型的卫星导航信号进行快速捕获,具备较高的实用价值.     

GPS双星定位方案研究

全球卫星定位系统（GPS）作为迄今最好的导航定位系统之一,获得了日益广泛的应用。但GPS信号容易受到干扰或是中断,从而使定位出现较大误差,甚至是不能正确定位。本文提出用两颗GPS卫星、具有精密时钟的GPS接收板和气压高度表对载体导航定位的方案,并检验此了方案是否能达到在GPS接收机不能正常定位时实现连续定位。     

全球卫星导航系统的研究与应用

全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)是利用全球的所有导航卫星所建立的覆盖全球的全天侯无线电导航系统.在介绍当前GNSS系统(GPS,GOLLNASS,Galileo,Compass)的构成和现状等的基础上,对这4种卫星导航系统的异同进行了综合对比说明,并分析...     

Compass系统导航信号的兼容性研究

我们研究了Compass,GPS和Galileo系统的兼容情况,分析了Compass系统各频段信号的功率谱密度以及与GPS和Galileo信号的重叠情况,然后在考虑星座和多普勒影响的前提下,以谱分离系数和等效载噪比衰减作为系统兼容性的评估标准,仿真并分析了Compass,GPS和Galileo系统的相互干扰程度.基于分析结果从信号兼容性、互操作性和信号性能等方面出发,对Compass信号体制的设计提出了建议.     

基于北斗二代系统的船用导航仪硬件设计及关键算法研究

摘要：随着北斗新一代全球卫星导航系统的实施,船舶导航关键设备将实现从GPS到北斗的更新与应用。本文首先介绍了基于北斗二代卫星导航系统的ARM嵌入式船用导航仪的设计原理及硬件平台,该导航仪采用ARM9系列的S3C2410A处理器作为导航仪的基础硬件平台,采用专用的北斗基带芯片接收北斗卫星信号并进行处理,加上必要的外围电路;此基础上对适合船用的北斗基带芯片核心算法进行了研究,即北斗卫星信号的捕获、跟踪算法研究,并给出导航定位实验结果。     

基于RTK模式的应用GPS III和Galileo模糊度算法分析

在介绍三频法确定主频率模糊度的基础上,针对RTK工作模式,采用GPS、Galileo和GPS/Gali-leo系统,在不同基线长度下,分别利用三频法和两频法从确定模糊度的时间、正确率以及定位精度等方面进行分析,总结了不同情况下如何采用导航系统和定位模式,以保证定位精度和可靠性。     

Compass B1信号设计中的非对称ALTBOC复用技术

中国第二代卫星导航系统(Compass)将分为区域和全球系统2个阶段完成,使得研发多路导航信号复用技术实现Compass的平稳过渡问题成为一项紧迫任务。该文提出了一种非对称ALTBOC复用技术,通过复子载波将调制在2个不同中心频点,具有不同调制方式和码速率的4路二进制信号分量恒包络复用在同一载波上。仿真结果表明:该方法复用损耗小于1dB,在非匹配接收模式下,采用4MHz带宽和10MHz带宽接收的相关信噪比损耗分别约为1.5dB和1.1dB,具有较高的复用效率和较好的信号接收性能,是实现Compass B1区域信号和全球信号平稳过渡的有效解决方案。     

基于Flower星座的区域卫星导航系统

在Flower星座设计方法的基础上,提出了一种新的区域卫星导航系统设计方法.利用2个Flower星座,通过Flower星座模型精确计算导航Flower星座(NFC)中每个卫星的6个轨道参数,得到一个区域卫星导航系统NFC.NFC可以分阶段部署,开始由8颗卫星组成,补充发射6颗卫星以后组成完整的系统.对中国区域的几何精度因子(GDOP)仿真证明,NFC的平均GDOP值为2.113.与国内已经提出的几种区域导航系统及GPS,GLONASS,Galileo等全球卫星导航系统相比,NFC的GDOP性能与Galileo系统相当,远优于其他系统.NFC较高的导航精度和经济性证明基于Flower星座的区域卫星导航系统设计方法是有效的.     

基于STK的空间站星载GPS接收机仿真分析

将GPS系统用于航天器的导航、定位和授时是目前的趋势。但是星载接收机的高速轨道运动特点有区别于地面用户。通过建立GPS星座与国际空间站的链路进行仿真分析。仿真结果表明GPS星座可以满足空间站的大于4颗卫星的信号可用性需求。