基于北斗GEO卫星信号的目标成像研究

利用北斗导航卫星信号进行目标成像目前还处于研究和探索阶段,文章为此针对北斗卫星B1和B3频段信号的特点设计了利用北斗地球静止轨道(Geostationary Earth Orbit,GEO)卫星进行目标成像的算法,并进行了基于点目标成像的仿真实验,实验比较了B1和B3信号的目标成像效果。仿真实验结果表明能够利用北斗B1和B3信号进行目标成像,而且B3信号的成像分辨率优于B1信号。最后通过现场实验对直达和反射信号进行了研究,验证了利用北斗GEO卫星B3信号对目标进行探测和分辨的可行性。     

北斗卫星导航系统多路径效应分析

多路径效应对于卫星导航一直是难以有效克服的问题,近年来一直是国内外相关学者们致力研究的重要课题。本文利用某型高精度监测接收机在(23°17′N,116°40′E)对北斗卫星的观测数据,分析了北斗系统IGSO、GEO以及MEO这3种类型卫星观测数据的多路径效应。结果表明:北斗系统的卫星高度角与其多路径值成负相关;北斗系统的卫星频点B1和频点B2的多路径值变化情况基本相同;北斗系统的卫星多路径值在高度角低于30°时波动较大。     

基于北斗地球同步轨道卫星多星成像的图像融合

利用大型轨道卫星系统(global nanigation satellite system,GNSS)导航卫星作为发射信号源的双基地雷达成像方法是一种新型的微波成像手段。由于单颗卫星成像存在空间分辨率不高、信噪比偏低等问题,采用了多颗北斗GEO卫星,获取了多幅卫星成像图,然后将最大互信息准则应用于多幅卫星成像图的配准,利用Powell算法将最大互信息作为目标函数搜索卫星成像图几何变换的最优配准参数;最后使用高频带融合方法对配准后的卫星成像图进行融合以提高图像质量。将配准后融合的卫星成像图与Google实景地图比较的结果表明,该多星成像融合算法使得信号增益提高了约20%;且避免了同一目标点在不同位置多次叠加产生的成像混淆,从而达到了提高成像精度的效果。     

岸基多星多参数北斗GEO反射信号海面风速反演

开展北斗GEO卫星B3I信号岸基近岸海域海面风速反演研究.在GNSS反射信号相干时间和归一化时延波形面积两个观测量的基础上,本文提出了主成分分析和线性无偏最小方差的多星多参数海面风速反演方法.为了验证北斗GEO卫星B3I信号反演海面风速以及所提方法的有效性,在山东东营青东五验潮站开展了外场试验.试验结果表明反射信号的相干时间能够提供比波形面积更好的反演性能;多星多参数的反演结果比单星单参数的更好;线性无偏最小方差能够提供精度为1.15 m/s的最佳反演结果.      

基于FPGA的北斗卫星导航信号发生器设计

设计了一种基于FPGA的北斗B1频点信号发生器,通过MATLAB对北斗B1频点的C/A码、D码及其被扩频后经过QPSK调制的卫星模拟信号分别进行了仿真,使用Verilog HDL描述了信号发生器,并使用ISE对设计进行综合实现,使用Modelsim对信号发生器内的模块进行仿真.实验结果验证了设计的正确性和可行性,为信号发生器的最终实现提供了强有力的支撑.     

基于导航卫星反射信号的距离-多普勒图信噪比增强算法

利用全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)与地基接收机构成的双基地雷达探测水上目标,是监测水上交通的新兴手段。利用由地球静止轨道(geostationary earth orbit,GEO)卫星反射信号生成的距离多普勒(range-Doppler,RD)图来实现目标探测。为了提高RD图中运动目标回波信号的信噪比,提出了一种增强回波信号能量的算法。该算法首先将相邻距离元和多普勒元上的回波信号通过距离补偿和多普勒补偿搬移到弱回波信号的位置,然后通过信号累加提高回波信号的能量,从而达到增强信噪比的目的。描述了探测长江货轮的实验,实验结果表明经增强算法处理后,运动目标回波信号的信噪比平均提高了4 dB左右。这一结果验证了利用北斗GEO卫星探测水上目标的可行性。     

北斗GEO卫星微动条件下的GNSS-R土壤湿度反演

全球定位系统GPS发射的L波段导航信号源已被用于估测地球表面的土壤湿度,但由于卫星具有一定的重返周期,所以对固定区域土壤湿度反演的性能受到不断变化的星下点轨迹的限制。北斗GEO（geostationary earth orbit）卫星是地球静止轨道卫星,同时又存在着周期性的微动,利用它的反射信号来反演土壤湿度受到其微动特性的影响。针对这个问题,本文研究了利用GEO卫星反射信号功率进行固定区域内土壤湿度反演的可行性。本文首先分析了GEO卫星的微动特征和反射区域的变化;然后采用包络提取和三次多项式插值的方法来恢复SNR的趋势变化规律,以消除因为GEO卫星轻微运动带来的周期性波动和噪声,并且根据现场收集的部分实验数据确定的校准参数值对反射系数进行校正;最后,我们使用测试数据进行土壤湿度反演,得到每半小时固定区域的连续土壤湿度反演值。结果表明,土壤湿度反演值与原位土壤湿度值的变化趋势基本一致,反演的平均绝对误差小于4.63％。可见,BDS GEO卫星信号可以作为GNSS反射计的重要数据来源。     

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.     

BDS多频非组合伪距单点定位方法

针对北斗卫星导航系统多频伪距单点定位研究较少的现状,利用北斗卫星导航系统B1、B2和B3频率伪距观测值,提出了一种基于非组合方式的北斗卫星导航系统多频伪距单点定位方法,将三频伪距观测值作为相互独立的观测值信息进行最小二乘参数估计.采用单历元多频伪距单点定位和多历元多频伪距单点定位的数据处理模式进行用户的单点定位,多历元多频伪距单点定位采用参数消去法消掉接收机钟差,并进行法方程叠加.利用实测数据进行算法实验,结果表明基于非组合方式的北斗卫星导航系统多频伪距单点定位能达到米级至亚米级的定位精度,较北斗卫星导航系统标准定位服务的精度有明显改善.     

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。     

北斗系统长期空间信号测距精度评估及精度提升分析

基于后处理精密产品,评估了2015-06-01—2018-06-30北斗广播星历的性能精度.对北斗系统性能精度评估的基准问题进行了讨论,统计分析了北斗系统不同星座卫星的轨道差值与星钟差值的长期变化趋势,表明北斗系统空间信号测距精度有逐年提升的趋势.还发现北斗广播星历在2017-01-17前后做出的调整具有较好的效果,不同卫星轨道径向产生一个非零均值的偏差,分析表明该径向偏差更好地实现了轨道径向与卫星星钟参数的自洽,进而大大提高了北斗系统空间信号测距精度.并且北斗系统在2017-07-22对广播星历TGD参数进行了更新,提高了卫星钟差精度.采用4个MGEX测站数据的伪距单点定位验证北斗空间信号精度提升对北斗系统基本导航定位服务的影响,结果表明北斗系统在2017年2次更新后,北斗基本导航定位精度在NEU三个方向分别提升41%、49%和39%.2018年1—6月的统计结果表明,目前北斗系统的IGSO卫星空间信号测距精度最高,优于0.8 m,GEO与MEO卫星次之,约为1 m.     

北斗三号B1频点卫星导航信号的调制复用及实际接收性能

导航信号结构是卫星导航系统的核心技术之一,也是我国北斗三号卫星导航系统独立建设、自主运行的标志.本文分析了北斗三号B1频点卫星导航信号设计的需求与挑战,详细介绍了为满足北斗三号新一代导航信号性能提升、多样化接收以及与其他导航系统兼容与互操作等方面的迫切需求,我们为北斗三号主用信号B1C提出了一种新型的正交复用二进制载波偏移(Quadrature Multiplexed Binary Offset Carrier,QMBOC)调制技术,以及为解决北斗三号B1频点新旧两代和军民两类导航信号并存的重大技术难题,提出了一种通用的多频多分量导航信号恒包络复用(CEMIC)技术,并通过对北斗三号组网卫星实际播发的信号接收处理与分析,验证了新一代B1频点信号的先进性能.QMBOC调制和CEMIC复用构成了北斗三号B1信号的核心结构,在很大程度上决定了信号的时频域特性、接收性能及发射效率,目前已经部署在北斗三号所有的组网卫星上并开始向全球提供服务,成为北斗三号赶超世界先进水平的重要特征.     

基于修正斜距模型的GEO SAR远地点的CS成像算法

针对地球同步轨道SAR（GEO SAR）卫星的轨道曲率大,若使用传统直线斜距模型,将不能正确地描述卫星处于远地点时场景目标的“近远近”斜距历程,建立了一种曲率为负的修正斜距模型. 该模型能够准确地描述远地点目标的斜距历程;基于该修正的斜距模型精确地推导了GEO SAR远地点回波信号的二维频谱表达式,并给出了一种适用于GEO SAR远地点成像的修正CS成像算法;在方位向成像处理时补偿随距离线性变化速度引起的空变相位,实现GEO SAR较宽的成像幅宽的聚焦处理. 并通过场景尺寸为100 km×100 km点阵的GEO SAR成像处理,验证了该基于修正斜距模型的CS成像算法的有效性.      

北斗三号组网卫星首发成功

<正>[核心媒体报道频次:28/30]11月5日,中国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭,以"一箭双星"方式成功发射第24和25颗北斗导航卫星。这两颗卫星属于中圆地球轨道卫星,是中国北斗三号第一、二颗组网卫星,开启了北斗卫星导航系统全球组网的新时代。北斗三号卫星将增加性能更优的互操作信号B1C和B2a信号,在进一步提高基本导航服务能力基础上,按照国际标准提供星     

北斗MEO/IGSO卫星信号成像的多星点扩散函数分析及应用

利用导航卫星作为信号源进行双基地合成孔径成像是一种新的遥感成像手段。利用导航卫星成像的关键是成像分辨率,而双基地点扩散函数(point spread function,PSF)和多星点扩散函数(multi-satellite point spread function,MPSF)在成像拓扑结构设计和分析成像分辨率上有重要意义,但是目前缺乏对导航卫星成像的多星点扩散函数研究。针对此问题,首先研究利用北斗中圆地球轨道(medium earth orbit,MEO)/倾斜地球同步轨道(inclined geosynchironous orbit, IGSO)卫星和地面静止接收机形成的成像拓扑结构的双基地点扩散函数模型;其次,通过对具有不同方向角的双基地点扩散函数进行非相干累加得到了多星点扩散函数的数学模型,并对分辨率参数进行了分析,然后通过现场实验验证了点扩散函数计算的正确性;最后,针对多星成像中存在伪像的问题,提出基于多星点扩散函数的目标分离算法。结果表明:使用目标分离算法能够对正确地分离出多星成像中的伪像。     

一种双模五频点射频前端设计

根据民用卫星导航接收机市场的发展趋势和需求,提出了一种双模五频点射频前端设计方案,并完成电路设计。新方案能够同时满足接收机对GPS L1和L2以及北斗二代B1、B2和B3五个频点信号的接收。实测结果表明设计性能优越,性能稳定,抗干扰能力强,特别适合需要同时处理多模多路信号的卫星导航接收机系统。     

基于路径估计的卫星双向传播时延差估算方法

利用卫星广播星历,采用坐标旋转修正Sagnac效应,获知信号传播路径;综合考虑Sagnac效应修正和双向伪距离时延差、电离层时延修正、对流层时延修正,对单向传播时延进行建模,提出一种迭代计算卫星双向时间频率传递(TWSTFT)中双向空间传播时延差的方法。利用北斗导航系统中相距3 376 km的两地面站经过位于东经140°的GEO卫星建立的C波段TWSTFT进行2 d实验。实验结果表明:相比于国际权度局推荐的计算方法,该方法能更好地反映实际双向链路的卫星双向传播时延差随卫星运动而改变的情况,并且卫星运动不但使得双向几何距离时延差(包含Sagnac效应修正)出现幅度为0.412 ns、均值偏差为77 ps的日波动,还造成了双向电离层时延差出现最大幅度为0.120 ns、均值偏差为31 ps的日波动,需从双向测量结果中扣除。     

北斗卫星整网集中式自主定轨算法研究

由于分布式定轨算法只能得到局部次优解,为进一步提升北斗卫星自主导航算法精度,对北斗卫星整网 集中式定轨算法在轨实现方法进行研究。设计了基于推广卡尔曼滤波算法的整网集中式定轨算法及其在轨实 现流程,并利用北斗卫星上的龙芯1E300 处理器对算法精度及工程可行性进行了评估。仿真结果表明,整网集 中式算法精度优于分布式导航算法。且通过在龙芯1E300 处理器上仿真验证可知,集中式导航算法已具备星 上使用条件。     

基于GNSS信号的多孔径无源成像

基于全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)信号的无源成像技术具有多种突出优点,但GNSS信号带宽较窄的缺点导致系统距离向分辨率较低。文章以波数域回波与空域目标像之间的傅里叶变换关系为出发点,通过分析回波在波数域的分布特征与信号频率、收发站布站构型之间的内在联系,寻求带宽和孔径对成像分辨率贡献的互补途径,从而建立一种基于GNSS多星照射、少数甚至单个地面站接收的对地成像方案;该方案利用多颗GNSS卫星的轨道互异特征,扩展系统的孔径数量,弥补现有GNSS信号带宽普遍较窄的不足,从而提高成像分辨率;针对GNSS多孔径无源系统波数域数据大、面积缺失的特点,选用鲁棒性和稳健性较强的逐点匹配滤波方法进行图像反演,最后通过数值仿真实验验证成像方案。     

基于二次编码的北斗信号二次捕获算法

针对恶劣环境中微弱北斗卫星导航系统(BeiDou navigation satellite system,BDS)信号捕获难度大的问题,结合北斗采用的二次编码与主码的分层结构,提出北斗信号二次捕获算法.在主码层面进行并行捕获,而后在整个二次编码周期上进行二次捕获,以去除二次编码对积分时间的限制延长积分时间,达到提高接收机灵敏度的目的.实验仿真证明该算法提高了捕获能力4 dB,同时降低约30%的运算量.