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。     

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.     

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。     

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.     

GBAS中相位平滑伪距差分修正改进算法

针对卫星导航精度问题,提出一种载波相位平滑伪距差分修正算法的改进方案.通过无码载偏离平滑滤波技术来解决电离层对伪距和载波相位观测值带来的不一致性导致的电离层误差加剧问题.利用信号传播中误差模型预测值、载波信号和码伪距确定滤波器的衰减因子,把接收到的双频载波信号相位值和伪距值线性组合,输入滤波器滤波.同时用卫星修正信息对平滑伪距值中钟差进行修正.仿真结果表明通过该算法能够减少滤波后的信号残差,提高载波相位平滑伪距差分修正值标准差的可用性,减少电离层误差对星基导航精密进近阶段定位精度的影响.     

北斗新一代试验卫星星钟及轨道精度初步分析

北斗卫星导航系统新一代试验卫星星座由2颗高轨倾斜地球同步轨道卫星和3颗中轨地球轨道卫星组成,2016年2月全部发射入轨,其任务是验证北斗系统从目前区域导航定位授时服务走向全球服务的新技术体制设计及指标性能.导航卫星星载原子钟是最重要载荷之一,负责星上时间频率基准信号维持和产生,本文利用星地双向时频传递设备观测的星地钟差数据,评估了试验星配置的新型高精度铷钟和被动型氢钟的实际性能,定量比较了相对于北斗区域系统卫星钟的性能提升.结果表明新一代试验星与北斗区域系统卫星钟差预报精度相比较有较大提高,地球倾斜静止卫星(Inclined Geosynchronous Orbit,IGSO)短期预报误差从0.65ns减小到0.30ns,中轨道卫星(Medium Orbit,MEO)短期预报误差从0.78ns减小到0.32ns,IGSO/MEO卫星中期预报误差均从2.50ns减小到约1.50ns.星间链路(Inter-Satellite Link,ISL)是北斗全球系统最重要的技术体制设计之一,本文评估了试验卫星实现的星间伪距测量对提升空间信号精度,即轨道和钟差的贡献,得到在地面监测网无法连续覆盖到的境外弧段,高精度星间链路测量对轨道确定和钟差测定精度的提升尤为明显.加入星间伪距测量,MEO卫星重新入境时钟差预报误差由3ns减小至1ns以内.采用星地星间联合定轨方法估计的卫星轨道径向重叠弧段互差优于0.1m,三维位置重叠互差优于0.5m,预报24h径向重叠弧段互差优于0.2m,三维位置重叠互差优于1m,均较区域监测网L波段定轨结果有较大提升.为解决多星定轨处理时卫星钟差与轨道高度耦合问题,本文提出了卫星钟差半约束模式定轨处理方法.用户等效距离误差分析结果表明采用卫星钟差半约束的定轨模式,卫星轨道预报4h用户等效距离误差由1.04m减小至0.82m.     

确定GPS接收机码间偏差的一种新算法

针对目前求解GPS接收机码间偏差(B)的主要方法(球谐函数模型法、曲面拟合模型法等)存在计算繁琐和效率不高等问题,研究并提出一种新的计算方法,即利用双频载波相位平滑伪距数据以及CODE提供的全球电离层VTEC地图和卫星B值,通过旋转地图内插VTEC以及伪距差分进行单站GPS接收机B值的解算。采用此方法和IGS跟踪站的观测数据解算GPS接收机的B值,并与CODE提供的跟踪站的B值进行比较,结果表明,这种新算法能够以优于0.4ns的精度确定GPS接收机的B值。     

一种GPS/BDS多频单站电离层模型与卫星频间偏差精化方法

电离层误差与卫星频间偏差(DCB)是精密定位中的重要误差源。对于局域增强系统,常规方法是利用单个基准站对这些误差进行精密修正。从GPS/BDS的局域增强应用实际出发,讨论了建立GPS/BDS多频单站电离层模型与解算卫星BCB的方法;并利用乌鲁木齐i GMAS监测站验证了该方法的有效性。结果表明,该方法建立的局域电离层模型,与CODE全球电离层格网模型的误差可控制在3.5TECU以内;GPS卫星DCB与CODE发布值可控制在0.5 ns以内;BDS卫星DCB与IGG发布值可控制在1.7 ns以内。GPS的BCB稳定性比BDS略好;IGSO卫星DCB稳定性优于MEO与GEO卫星。     

利用北斗单星三频载波数据估算码偏差的方法

卫星导航系统码间硬件延迟偏差是电离层解算的主要误差来源,在高精度定位时,码偏差需要加以计算和消除.本文提出了通过北斗单星三频无电离层组合、线性回归假设及载波硬件延迟模型进行估算北斗接收机载波相位码偏差的方法,直接计算接收机的码偏差.通过采用实测的北斗单星三频载波数据,验证了该方法对于码偏差大于1μs时是有效性的.此方法提高了北斗二代测试期间数据质量分析水平,增强了北斗接收机软硬件的开发测试能力.     

北斗三号码观测值评估及定位精度分析

随着北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System, BDS)完成全球组网，北斗三号(BDS-3)3个新频段观测值和定位精度需要评估。文章选取全球范围20个国际GNSS服务(International GNSS Service, IGS)组织的监测站数据，从信噪比(signal-to-noise ratio, SNR)、伪距多路径(multipath, MP)误差和伪距定位误差方面综合对比BDS-3的6个频段码观测值数据。结果表明：6个频段的SNR从大到小依次为B2a+b、B3I、B2a、B2b、B1C、B1I;6个频段的伪距MP误差从小到大依次为B2a+b、B2a、B3I、B1C、B2b、B1I;B3I频段观测值定位精度最高，B2a+b、B2a频段定位精度相当，且优于B1C频段；目前接收机跟踪BDS-3新频段的可见卫星数相对较少，独立解算时误差较大，稳定性较差。研究结果可为BDS-3应用和发展提供参考。     

一种新型分组卷积码

针对固定长度报文的差错控制,设计了一种新型分组卷积码,它结合了分组码和卷积码的优点,具有高传输效率、低时延及高可靠性的特点。介绍了分组卷积码的基本思想,给出了分组卷积码的生成矩阵和校验矩阵,并通过编译码例子展示了分组卷积码的整个编码和译码过程;对传输效率及误码率性能进行了分析;通过计算机仿真,比较了分组卷积码和传统卷积码的误比特率。结果表明:与传统卷积码相比,分组卷积码具有更高的传输效率,而误比特率基本相同。     

一种实时双频电离层修正方法

电离层延迟是影响GPS绝对定位的重要因素。比较常用的电离层延迟修正方法有模型方法和双频方法。模型方法和使用双频码伪距的方法精度有限。使用双频载波相位进行电离层延迟计算需要求解整周模糊度,计算复杂。本文提出了一种同时使用GPS双频码和载波观测量进行电离层误差修正的方法。使用卫星信号模拟器生成信号并用接收机实时接收,用此方法计算出电离层延迟值,并与真值进行比较,计算误差为厘米级。最后,接收真实卫星信号并计算了真实电离层延迟,并与使用Klobuchar模型方法计算出的电离层延迟进行了比较。     

北斗导航卫星伪距偏差特性及减弱方法

导航卫星信号的非理想特性会引起伪距测量产生偏差,具体表现为相同类型接收机具有相同伪距偏差,不同类型接收机的伪距偏差不一致.当提供导航定位服务产品的接收机技术状态与用户端不一致时,伪距偏差将引起导航定位服务性能降低.本文利用超短基线双差伪距O?C(Observation Minus Computation)方法计算了BDS(Beidou Satellite Navigation System)的伪距偏差,发现在早期试验卫星阶段的不同状态接收机之间存在较大的伪距偏差现象,设计了接收机环路参数调整、改变抗多径算法和卫星预失真滤波器参数调整三种减弱伪距偏差的方法.分别试验验证结果表明,接收机环路参数调整能大幅降低卫星之间的伪距偏差,B1I各颗卫星伪距偏差标准差由0.63 m降低至0.36 m;抗多径算法会造成额外的伪距偏差,窄相关算法能大幅减小伪距偏差,B1I各颗卫星伪距偏差标准差由0.36 m降低至0.18 m;调整卫星预失真滤波器参数能在一定程度上减小伪距偏差,单颗卫星伪距偏差降低约0.3–0.4 m.最后,针对BDS卫星伪距偏差解算无固定参考基准的问题,设计了一种基于外频标非实时双差O?C方法,利用该方法分别处理了BDS和GPS(Global Positioning System)数据,并对两个系统卫星伪距偏差的特性进行比较分析.结果表明,BDS和GPS卫星都存在伪距偏差;GPS卫星L2C伪距偏差与BDS-3卫星B1C数据支路相当;GPS卫星L1CA伪距偏差与其兼容互操作的BDS-3卫星B1C导频支路相当;L5C与其兼容互操作的BDS-3卫星B2a信号相比伪距偏差更大.     

关于非相干多输入输出系统的新的空时编码

给出了几个关于非相干多输入输出系统的新的编码．在高信噪比的情况下，非相干空时编码问题等价于在格拉斯曼流型上的存储问题；通过指数映射，它被进一步简化成相干情况下的多输入输出系统的空时编码问题．在相干和非相干编码中，对于每个信号的平均发送功率有不同的考虑．通过改造已有的相干空时编码或者选择新的信号设计，我们构造出一些新的非相干空时编码．模拟计算表明，新码有更好的表现．与此同时，新码也全部运用了系统自由度．这意味着它们具有高光谱效率．     

低度数值信息节点可按序消除的卢比变换编码算法

为了解决传统卢比变换(Luby transform, LT)码在加性高斯白噪声(additive white gaussian noise, AWGN)信道中存在误码平台的问题,提出了一种改进的编码算法。该算法引入阈值筛选出度数值相对较小的信息节点,并使这些节点优先参与编码过程;阈值可变且递增,进而达到了按序消除不可靠信息节点的目的。首先,分析了低度数值信息节点对误码平台的影响,设计了阈值递增的节点按序消除编码算法。其次,给出了改进算法的理论误比特率(bit error rate, BER)下界,分析了不同参数对算法BER性能的影响。最后,分析了改进算法对LT码收敛性的影响,并指出了算法参数的选取原则。仿真结果显示,与传统LT码相比,改进算法能够将误码平台降低近3个数量级;此外,改进算法也能够实现优于参考文献LT码的BER性能,验证了算法的可行性。     

基于扩展的双曲同余码/素数码的二维光正交码

构造了一种扩展的双曲同余码(EHC)，用该码作为时间扩频伪随机序列和以素数码(PC)作为波长跳频伪随机序列，形成了一种新的二维光正交码EHC／PC．与EQC／PC相比，两者的码字数相同，互相关性能相当，但前者扩频系数和码重较小，可以提高用户的数据速率并降低对光编／解码器的要求．模拟计算表明，当同时使用的用户数较少时，EQC／PC的误码率比EHC／PC略低；当同时使用的用户数中等或较多时，两者的误码率性能相当．因此，EHC／PC比EQC／PC更适合于同时使用的用户数中等或较多的光码分多址(OCDMA)系统．     

三角形网格的链码方法研究

目前可以应用于三角形网格的链码方法只有顶点链, 而它对角相邻情况的表达存在缺陷, 针对此问题, 提出3种链码方法, 并进行特性分析和性能比较。首先将Freeman链码扩展应用到三角形网格, 根据两种不同的三角形单元, 分别设计对应的12方向Freeman链码编码规则; 然后, 基于外轮廓前进相对方向的变化, 提出相对方向链码; 最后, 通过区分边界网格在外轮廓上的边数和内部网格数的不同组合, 得到边角组合链码。通过实验比较3种链码的表达能力和压缩率, 结果表明, 3 种链码方法均能克服顶点链的缺陷, 准确完备地实现三角形网格形状的边界表达。其中, 边角组合链码的综合性能最高, 平均码数为1, 压缩率可达0.75。     

基于有限域的LDPC卷积码构造算法

采用有限域方法研究获得具有快速编码特性的规则、时不变LDPC（Low-Density Parity-Check,低密度奇偶校验）卷积码的构造算法. 首先给出基于有限域GF(q)所构造的准循环(QC)LDPC码的基矩阵结构特性;然后提供了一种新的代数构造及其对应的修正的矩阵结构;最后,根据QC与LDPC卷积码之间的环同构关系,获得了具有快速编码特性的LDPC卷积码的多项式矩阵结构. 代数构造方法简化了整个构造过程. 而LDPC卷积码的快速编码特性减小了编码复杂度,简化了编码器结构. 用基于置信传播(BP)的译码算法在加性高斯白噪声(AWGN)信道上获得的仿真结果表明,与其他结构化LDPC卷积码相比,文中所构造的码具有更好的性能.     

容量无损满分集度空时分组码

给出了线性空时码同时能达到最大分集度和信道容量的符号传输率必须满足的条件.提出了一种新的空时分组码设计方法,由该方法设计得到的空时分组码为容量无损满分集度空时码,即它能提供满发送分集度,且含空时码等价信道容量达到MIMO系统容量.证明了许多已发现的容量无损满分集度空时分组码均为该方法的特例.对新得到的分组码的性能进行了仿真,并与其他空时分组码就平均误比特率做了比较,证实了其性能的优越性.     

基于(17,9)平方剩余码的广义LDPC码构造及性能研究

低密度奇偶校验(low-density parity check, LDPC)码的校验节点通常采用单奇偶校验(single parity check, SPC)码,然而当采用一种具有更强纠错能力分量码替换LDPC码中的SPC码时可以构造出一种性能更好的广义LDPC(generalized LDPC, GLDPC)码。鉴于此,采用一个(17,9)平方剩余(quadratic residue, QR)码作为分量码来替换LDPC中的SPC码构造出了一种基于QR码的GLDPC码。通过研究GLDPC码和QR码的构造以及GLDPC码的译码算法,提出了一种基于(17,9) QR码的GLDPC码构造方法,研究了该GLDPC码的性能,并对该GLDPC码与传统的LDPC码、同码率不同码长的GLDPC码以及同码长不同码率的GLDPC码进行了性能仿真。仿真结果表明,基于(17,9)QR码的GLDPC码相比同码率下的LDPC码,在错误比特率和译码收敛速度上都取得了更优异的表现。