基于P-波段星载SAR的电离层成像技术

电离层是地球空间环境的重要部分，电离层的电子密度受太阳顷角、地磁等因素影响，随时间、经度、纬度以及高度变化。电离层探测是地球物理研究的重要课题，了解掌握电离层电子密度分布对新体制卫星通信、导航和雷达系统技术发展有重要意义，另外，电离层在现代信息战的应用还关系到国防和同家安全。     

基于克立格算法的区域四维电离层电子密度并行反演

1 项目概述 电离层电子密度分布是无线电测量技术进行电离层介质改正和研究电离层、太阳活动以及与其它各圈层活动关系（如地球磁层、大气层、地壳剧烈运动等）的关键。最近十年来,全球导航卫星系统（GNSS）特别是星载和地基全球定位系统（GPS）的发展使得GNSS成为快速监测电离层的有效手段,为此我们提出了一种新方法,以国际参考电离层IRI为背景和初值,利用多种GNSS测量,根据电离层电子密度分布的空间相关特性,应用地学统计学内插算法中的克立格算法,进行了电离层总电子含量TEC的反演和基于三次样条基函数的四维电离层电子密度反演,并针对GNSS数据量庞大的特点,采用OpenMP并行计算模型来精确快速解算电离层总电子含量和电离层电子密度分布。     

电离层多尺度变化对无线电波传播的影响机理研究

1项目简介本项目属于电离层电波传播理论与应用基础研究的前沿课题,在国家自然科学基金重大项目等多个课题的支持下,致力于研究电离层多尺度变化对无线电波传播的影响机理和效应分析方法,开展了电离层媒质电磁特性的长期变化趋势、随机不均匀电离层电波传播理论,以及电离层变化对无线电系统影响的评估方法等研究,取得了重要的科学发现和创新性成果,为认识电离层多尺度变化对无线电波传播的影响机理提供了关键的传播理论基础和新的发现现象;建立了强起伏复杂随机媒质高阶统计矩求解方法,为研究电离层多尺度变化对无线电系统的影响及其对策提供了理论基础.     

基于高频相干散射雷达网的中纬度电离层动力学过程研究

中纬度电离层衔接极区和低纬度电离层，是电离层高中低纬耦合与扰动传播的重要区域，其电离层动力学过程尤为复杂。欧美国家依靠布设的高频相干散射雷达网对欧美扇区中纬度电离层动力学过程开展了大量研究，但对亚洲扇区中纬度电离层环境变化特征及机制尚缺乏深入研究，电离层扰动从极区向中低纬度地区的传播特征及其动力学过程和扇区异同性并不明确。基于此，回顾国际超级双极光雷达网的发展历程，总结基于高频相干散射雷达网研究中纬度电离层动力学过程的国际、国内研究现状和发展趋势，凝练我国高频相干散射雷达网建设完成之后的重点研究方向。     

人类要为无人驾驶车设计道德准则

正英国《自然》杂志近日在线发表了一项人工智能(AI)研究:美国麻省理工学院(MIT)报告了全球道德偏好调查。调查内容为:在无法避免的事故中,无人驾驶汽车应如何做出决定拯救哪一方。研究结果结合了全球参与者贡献的约4000万个决策,为制定社会普遍接受的人工智能(AI)道德标准提供了重要借鉴。无人驾驶汽车不仅要能导航路     

月球全球导航卫星系统星座分布的优化设计

本文讨论了类地行星全球导航定位星座空间构型设计的原则,初步对月球全球导航卫星系统星座的分布构型进行了分析设计。讨论了月球导航星座空间分布的卫星覆盖特性与导航定位性能,评估了最佳星座设计,本研究可以为将来建立月球导航卫星系统提供星座设计参考。     

一种全球二维电离层TEC模式的预报方法

利用GPS／GLONASS地面观测站以及其它仪器的观测资料所得到的全球电离层图,计算出球系数序列。对球系数序列采用二元（太阳黑子,10．7cm的太阳辐射能量）线性回归分析、周期函数拟合、AR模型的Burg算法预报等数据处理方法进行预报,最后得到了全球电离层预报模型,并给出了精度评定的结果。     

磁暴和亚暴的理论预报模式

在理论研究和数据分析研究上,建立了磁暴和磁层亚暴的等效电路模式,用于预报亚暴和磁暴的指数。其输入条件为１ＡＵ处地球磁层位置的太阳风参量,模拟计算不同行星际条件下磁层和电离层系统的电流分布演化,亚暴和磁不ＡＥ和Ｄｓｔ指数变化。     

大规模GNSS基准站网数据处理与服务关键技术

全球导航卫星系统（GlobalNavigationSatelliteSystem，GNSS）具有全球、全天候、高精度连续导航和定位功能，已经在导航定位及相关领域产生了深远的影响。许多国家、政府部门、行业、城市，开始建立满足自身需求的连续运行的大规模的GNSS基准站网。因此，大规模基准站网数据处理与服务技术已成为大地测量学及相关学科研究所关注的热点。     

还是叫"空间"好

"Space"一词的直译就是"空间",space science和space physics分别译为"空间科学"和"空间物理学".这种译法比较确切和广义,且不带有人为的色彩.假如把"space"译成"太空",它就仅限于研究地球大气层以外的宇宙空间,这就把空间科学中比较重要的诸如大气电离层的研究排除在外了.     

北斗卫星综合信息应用服务

北京北斗星通导航技术股份有限公司是在2000年伴随着我国北斗导航定位卫星成功发射，立志以推动中国卫星导航定位产业化发展为己任，创建而成的从事卫星导航定位业务的专业化公司。公司主要业务是卫星导航定位产品供应、基于位置的信息系统业务以及基于位置的信息服务，集研发、生产、销售为一体，服务于导航定位、指挥控制、精密测量、目标监控等专业应用领域。     

地震电磁卫星观测技术、数据处理与应用

本项目是中国地震局地震预测研究所与俄罗斯科学院地磁、电离层与电波传播研究所共同协作完成，项目目标是按照我国地震电磁卫星系统建设的总体目标和要求，配合地震电磁探测卫星方案论证，通过与俄罗斯相关研究机构的全面合作，获得和引进俄罗斯方面在卫星电磁观测理论、方法和技术方面的成果，     

高性能实时GNSS软件接收机

随着各个国家积极开展卫星导航系统的建设,多系统和高性能导航接收技术和设备的需求逐渐提升,兼容性问题不断出现。本课题开展高性能实时GNSS软件接收机研究,突破多系统兼容、高性能和多平台软件接收机的关键技术,并研制基于通用平台的相关样机。课题研究成果对于我国卫星导航技术的应用和发展具有重要参考意义。     

太阳风暴及其影响

去年以来,各种新闻媒体多次报导太阳风暴事件。今年4月,又发生了一次剧烈的太阳风暴,导致无线电通讯受阻。到底什么是太阳风暴？它对地球有哪些影响？本文将简要介绍这些问题。太阳风暴实际上是指太阳活动引起的太阳光辐射和粒子发射增强的现象,俗称太阳风暴。它不是科技术语,它与科学术语“太阳风”(solar wind)是两回事。太阳风是指太阳最外层大气永不停止向外膨胀的稳定现象,太阳风暴则是太阳活动引起的偶发事件。因此,要理解太阳风暴,就得从太阳活动讲起。肉眼看到的太阳似乎完美无缺,洁净无瑕,但实际情况并非如此。借助各种专门的太阳望远镜进行观察,就可发现太阳表面常在一些局部区域出现某种特殊现象,或者说发生一些事件,即所谓太阳活动现象。例如在太阳的低层大气(光球层)中出现成群的太阳黑子和光斑,在高层大气(色球和日冕)中出现日珥和谱斑,有时发生太阳耀斑和日冕物质抛射等现象。黑子是日面上的暗黑斑块,它们的本质是太阳表面的局部强磁场区(磁场强度为几千高斯),且具有复杂的磁场极性分布。但黑子区的温度比周围低,显得暗黑。光斑是光球层的高温区,谱斑是色球层中的高温区。日珥是突出于太阳表面的火焰。耀斑则是太阳大气中大规模的能量释放现象,就是太阳爆发,是最剧烈的太阳活动现象。日冕物质抛射也是另一种形式的剧烈太阳活动。黑子、光斑、谱斑和日珥等活动的空间尺度一般为几万至十几万公里,寿命为几天至十几天。日冕物质抛射涉及的空间尺度更大,但持续时间较短。太阳耀斑区的大小约为几千至几万公里,持续时间只有几分钟至几十分钟。耀斑发生时,从耀斑区发射出很强的光辐射(主要为X射线和紫外波段),以及高能粒子流(主要为质子和电子)和低能等离子体。一次耀斑释放的总能量可达到10³²至10³³尔格。太阳耀斑是各种太阳活动现象中对地球影响最大的现象。观测表明,上述各种太阳活动现象倾向于发生在以黑子为中心的局部区域中(称为太阳活动区)。因此一般来说,当太阳上的黑子群和黑子数目较多时,其他各种活动现象也增多。换句话说,可以用黑子群和黑子多寡来代表太阳活动的平均水平。通常用所谓黑子相对数来代表每天的太阳活动水平。黑子相对数定义为R=10g+f,其中g和f分别代表当天日面上的黑子群和黑子数目。人们通过长期观测发现,黑子相对数R的年平均值具有11年左右的周期性变化。年平均值极小的年份表示该年日面上很少出现黑子,因而其他各种活动现象也不多,这样的年份称为太阳活动极小年。反之,R的年均值极大的年份,意味着该年日面上太阳黑子和其他活动现象频繁和剧烈,称为太阳活动极大年。相邻两次极小年之间的时间间隔(11年左右),称为一个太阳活动周。国际上统一规定从1755年极小年起算的太阳活动周为第一周。目前我们正处在从1996年开始的太阳活动第23周。它的极大年在2000年附近,因此从去年至今,日面上经常出现很多大黑子,太阳风暴也经常发生。宏观上稳定的太阳为何会出现太阳活动现象,一直是太阳物理学家的重点研究课题。目前认为太阳活动系起源于太阳内部的原有弱磁场(许多天体,包括恒星和行星都有磁场)与太阳自转相互作用的结果。太阳自转很特殊,即赤道区的自转较快(约27天转一周),两极区较慢(约34天转一周),称为较差自转。理论研究表明,正是这种较差自转能够把太阳内部的微弱磁场拉伸放大,形成管状的强磁场,称为磁流管。因磁流管具有磁浮力,会逐渐向太阳表面升浮。当这些磁流管升浮到太阳表面时,与太阳表面碰撞,并拱出表面,在那里形成局部强磁场区,就是太阳黑子。而光斑、谱斑、日珥、耀斑和日冕物质抛射等其他活动现象,则是黑子区的强磁场与太阳等离子体相互作用的结果。太阳活动具有11年左右的周期,也可以用太阳发电机理论予以解析。地球实际上是浸泡在太阳光辐射和粒子流(太阳风)当中,因此地球附近空间环境的主要特征在很大程度上是由太阳光辐射的能谱(辐射强度随波长的变化)和粒子流的能谱(粒子流量随粒子能量的变化)确定的。太阳稳定的光辐射和粒子流确定了地球附近空间环境的定常状态。例如,在太阳X射线和紫外线的作用下,地球大气中形成了电离层和臭氧层,而太阳风则把地磁场压缩成彗星的形状(称地磁层),并在其中形成了内、外辐射带,它们是被地磁场捕获的太阳粒子的集中区。在此基础上,太阳活动产生的光辐射(主要是X射线和紫外线等短波辐射)和粒子流发射增强,就构成了对定常状态的扰动,产生了各种异常现象,也称为地球物理效应。太阳活动对地球的影响,最严重的就是太阳上发生耀斑时产生的一系列地球物理效应。最先是耀斑产生的X射线和紫外线(特别是其中波长为1～10埃的X射线)于8分多钟后到达地球,使地球电离层中最低层(D层)的电子密度突然增大,从而使无线电通讯中依靠更高电离层(E和F层)反射的短波(波长约10～50米)在其通过D层时受到严重吸收,造成通讯信号减弱,甚至中断。这一现象也称为电离层突然骚扰^*。耀斑发射的高能粒子流(其主要成分为质子)一般于耀斑发生后几小时至十几小时到达地球附近。这些粒子的能量很大,将对人造卫星和宇宙飞船等航天器造成损害,甚至殃及宇航员生命。1991年3月,太阳的几次大耀斑发射的高能粒子流,曾损坏了日本广播卫星的电池板,造成供电不足,使其3个频道中的一个不能工作。欧洲海事通讯卫星MARECS-A也因表面带电引起局部弧光放电,损坏了太阳能电池板,使其功率下降而退出服务。1990年11月初的太阳耀斑发射的高能粒子流也曾使我国的“风云一号”气象卫星受到轰击,造成计算机程序混乱,无法控制卫星姿态,导致卫星在空间翻转。高能粒子流伤害宇航员的事故尚未发生,然而地面实验室的模拟表明,太阳耀斑发射的高能粒子流将会对进行太空行走的宇航员造成伤害,即使对在航天器中的宇航员,也会造成相当严重的危害。因此,应当尽量避免在太阳活动强烈时期进行航天(特别是载人航天)活动。为了避免危险,载人航天器一般都在内辐射带高度以下(低于800公里)飞行。这样可以在一定程度上受到辐射带的保护。甚至在高纬和极区附近飞行的高空飞机,由于那里没有辐射带的保护(地球辐射带的纬度范围只有±70°),也会受到耀斑发射的高能粒子的轰击,危及乘客的安全。英国皇家航空公司就曾制订过避免太阳高能粒子损害的飞行规章。太阳耀斑发射的更大量的低能粒子为同等数量的电子和质子所构成的等离子体。它们通常在耀斑发生后1～3天到达地球,冲击地球磁层和电离层,引起磁暴和电离层暴。大量低能粒子通过地球两极地区进入电离层(主要是下层)后产生电离层暴,它对无线电通讯造成的损害比上述电离层突然骚扰要严重得多,一般会持续好几天。这些粒子撞击地球极区高空大气的原子和分子,使它们受到激发而发光,出现壮丽的极光现象。另一方面,大量低能粒子在地磁场中运动还会产生强大的感应电流,它在引起磁暴的同时,还会严重损坏高纬地区的供电设备和输油管道,甚至电话线路。例如,1989年3月一系列太阳耀斑发射的等离子体引起的磁暴期间,加拿大魁北克地区的电力系统遭到严重破坏,电力供应中断9小时,影响到600万居民的生活。磁暴期间,由于地磁场的正常状态遭到破坏,因此还会影响到利用地磁场进行作业的其他领域,如物理探矿、导航和航测等部门,甚至使信鸽迷路。除了耀斑以外,其他一些太阳活动现象,如特大的黑子群、日珥爆发和日冕物质抛射等,也会有X射线和紫外线增强,以及粒子流发射。一般来说它们的强度不及耀斑,但是它们的累积效应也会对地球产生影响。太阳活动产生的短波(X射线和紫外线)增强和粒子流一般只能到达地球的高空大气,主要对电离层,至多对平流层(位于12～50公里高度,臭氧也在这一层)产生影响。它们不能直接达到天气现象所在的对流层。然而,从上一世纪的统计研究却发现,太阳黑子相对数和太阳耀斑的发生与地球上一些地区的气象和水文参数之间存在相关性。这些参数包括平均气温、气压、雷暴频数、季风频数、旱涝程度,以及大河流的水位和港口冰冻期等。最明显的即许多地区的年平均气温与黑子相对数年平均值同步变化。研究也显示太阳耀斑发生之后的第3～4天,一些地区的雷暴频数明显增加。这些现象表明,太阳活动与天气现象之间密切相关,但其物理机制目前尚不很清楚。太阳活动引起的短波辐射增强和粒子流增强还会使地球大气受到加热。这将使低层大气向高层运动,相当于大气整体向外膨胀,导致高空大气密度增大,从而使在高空运行的人造卫星受到更大的阻力,造成卫星轨道衰变,寿命缩短。有人认为,这种低层大气向高层运动也可能造成大气环流变化,从而影响到天气现象。此外,太阳耀斑等引起的地球大气膨胀还会改变大气角动量,从而影响地球自转。1959年7月和1972年8月发生的两次大耀斑,均造成地球自转突然变慢。有些研究表明,一些地区的地震发生率似乎与太阳活动有关,有可能是太阳活动引起的地磁场扰动和地球自转的微小变化激发了地震的发生。至于有些研究表明某些疾病、农产品产量、人的情绪、甚至交通事故等与太阳活动的联系,有一部分可能是太阳活动产生的紫外线增强、地磁场变化或天气变化等因素间接造成的,这些方面还存在较大争议。除了极少数特大耀斑发射的非常高能的相对论性粒子(能量超过500兆电子伏特的粒子),可以突破地磁场的束缚到达地面(这种现象称为地面太阳宇宙线事件)外,一般耀斑和其他太阳活动产生的粒子均被地磁场捕获在高空地带,不会到达地面。各种太阳活动产生的光辐射增强主要限于波长在1500埃的远紫外和X射线波段。而且波长愈短,增强愈剧烈。但在波长大于1500埃的紫外线、可见光和红外波段,辐射强度并无明显变化。探空火箭和人造卫星上搭载的仪器测量结果表明,太阳活动期间,波长在100～1000埃的太阳辐射强度,会比平时增强10倍左右;10～100埃之间的辐射强度,会比平时增大100倍左右;而波长短于10埃的X射线强度,可以超过平时的1000倍以上。不过值得庆幸的是地球大气对紫外线和X射线有屏蔽作用。对于波长为3000埃的紫外线,地球大气的透过率只有0.011,即只能透过约1%。对于波长比2800埃更短的紫外线和X射线,地球大气的透过率几乎为零。因此,上述太阳活动引起的紫外线和X射线增强,虽然高达几十至上千倍,但是只能在高空测量中看到。对于在地面日常生活中的人们来说,这种辐射增强是难以觉察的。因此可以估计,太阳活动期间在地面的太阳紫外辐射增强最多只有百分之几,绝不会超过10%。同时,即使是在太阳活动峰年,仅仅是太阳活动比较频繁,并非时时刻刻都有太阳活动。因此因太阳活动峰年而改变人的生活方式是没有必要的。太阳活动虽然强烈,但它发射的能量与整个太阳辐射能相比,则是微不足道的。例如,太阳大耀斑的发射能量(包括它的光辐射和粒子发射)估计为4×10³²尔格。假定其持续时间为1小时,则可算出其平均发射功率为每秒10²⁹尔格。这与太阳的总辐射功率每秒3.845×10³³尔格相比,是可以忽略的。更何况太阳也并非每时每刻都有耀斑。因此,存在太阳活动丝毫无损于把太阳视作一颗稳定的恒星。大功率的稳定辐射叠加上小功率的周期性的太阳活动,这就是现阶段太阳的主要特征。 ---------------------第38页* 林元章研究员是天文学名词审定委员会副主任。---------------------第39页* 天文学名词审定委员会已将“电离层突然骚扰”定名为“电离层突扰”。     

导航卫星的自主运行现状分析

本文分析了导航卫星定轨的国内外发展现状,并提出了导航卫星自主运行必须解决的几个关键问题。     

任何平台任意环境下的实时多传感器追踪装置

目前国内单个传感器的导航发展很快，北斗导航系统完成硒域导航定位并在许多领域得到应用，比如汶川抗震救灾中人员救护和财产保护起到很大的作用。而在组合导航系统领域，多年来则进展不大。针对卫星导航在室内、城市高楼区、隧道和其他森林覆盖区卫星信号中断的问题及惯性导航仪器不稳定而产生的漂移问题，采用多传感器组合导航可以通过相互补偿的作用，因而获得更高精度的导航参数，满足人们对室内外定位的精度要求。     

GNSS反射信号接收处理公共平台

随着GPS（全球定位系统）现代化进程的加快,欧洲伽利略项目的不断发展和我国北斗卫星导航系统的日益完善,基于GNSS（全球导航卫星系统）的各种应用所取得的成就在现代社会中已达到不可替代的层面。目前,针对导航卫星反射信号的研究及其在遥感探测领域的应用正日益兴起,其关键技术在于如何实现反射信号的接收、数据处理和实际目标的物理状态反演。     

全球定位系统（GPS）简介

一、GPS系统及构成全球定位系统即Global Positioning System,简称为GPS,是美国国防部为军事目的而研制的导航定位授时系统,旨在彻底解决陆地、海上和空中运载工具的导航和定位问题。该系统从1973年开始设计研制,在经过了方案论证、系统试验后,于1989年开始发射工作卫星,1994年全部建成并投入使用。GPS系统的组成可分为：(1)空间卫星星座部分(2)地面监控部分(3)用户设备部分前两部分是用GPS进行定位的基础,用户只有借助于用户设备才可达到定位的目的。空间卫星星座 由均匀分布在6个轨道面内的24颗卫星组成(其中有3颗是备用卫星),每个轨道上分布有4颗卫星,轨道的平均高度约为20200km,偏心率为0.01,轨道相对地球赤道倾角约为55度,卫星运行周期为11小时58分。GPS卫星的这种空间分布使得同一观测点上每天出现的卫星分布图相同,只不过每天的时间提前约4分钟;并且每颗卫星每天约有5个小时在地平线以上,同时出现于地平线以上的卫星数目最少为4颗,多达11颗,随时间和地理位置而异;因卫星信号的传播和接收不受天气影响,故GPS是一种全球性全天侯的连续实时定位系统。从1979年开始至今已有三代GPS卫星,分别为BlockⅠ,BlockⅡ和BlockⅢ。第一代(BlockI)为GPS实验卫星,现已停用;第二代(BlockⅡ,ⅡA)为GPS工作卫星,至1994年已发射完毕;第三代(BlockⅢ,ⅡR)正在设计中。GPS卫星的主体呈圆柱形,直径为1.5m,重约774kg(包括310kg燃料),两侧设有两块双叶太阳能电磁板,它能自动对日定向,以保证卫星工作供电。每颗卫星装有4台高精度原子钟,为GPS定位提供高精度的时间标准。GPS卫星的基本功能为：(1)接收和储存由地面监控站发来的导航信息,接收并执行监控站的控制指令;(2)卫星上设有微处理机,进行部分必要的数据处理工作;(3)通过星载的高精度铷钟和铯钟提供精密的时间标准;(4)向用户发送定位信息;(5)在地面监控站的指令下,通过推进器调整卫星的姿态和启用备用卫星。地面监控部分 包括卫星监测站,主控站和信息注入站,主要由分布于全球的5个地面站构成。卫星监测站设有双频GPS接收机,高精度原子钟,计算机和环境(气象)数据传感器。该站在主控站直接控制下自动采集数据,对GPS卫星连续观测,并监控卫星工作状况。观测资料经初步处理后存储并传送给主控站,以便确定卫星的轨道。主控站设在美国的Colorado springs,除协调和管理所有地面监控系统外,其主要任务是：(1)由本站及其他监控站的所有观测资料,推算编制各卫星的星历、卫星钟差和大气层的修正参数等,并把这些数据传送到注入站;(2)提供全球定位系统的时间基准;(3)调整偏离轨道的卫星并使之沿预定轨道运行;(4)启用备用卫星以代替失效的工作卫星。注入站由分设在印度洋的Diego Garcia,南大西洋的Ascencion和南太平洋的Kwajalein三个站组成。其主要设备包括天线(直径3.6m),C波段发射机和计算机。注入站的作用是在主控站的控制下,将主控站推算和编制的卫星星历、钟差、导航电文和其他控制指令等注入到相应卫星的存储系统中,并监测所注入信息的正确性。用户设备部分 用来接收GPS卫星发射的无线电信号,以获得必须的卫星轨道信息及观测量,经数据处理而得到定位结果。随着GPS应用领域的日益扩大,用户设备依用途不同而异,主要由GPS接收机硬件,数据处理软件,微处理机及其终端设备组成;硬件又分为主机、天线和电源。二、GPS定位的基本原理及系统运作方式1.GPS卫星星历及坐标系统GPS定位处理中,卫星轨道通常是已知的。卫星轨道信息用卫星星历描述,具体形式可以是卫星位置(和速度)的时间列表,也可为一组以时间为引数的轨道参数。按提供方式又可分为预报星历(广播星历)和后处理星历(精密星历)。卫星的位置(和速度),及用户定位计算的点位(未经坐标转换时)都是在协议地球坐标系(或叫地固系(ECEF))中表示的,其原点在地球质心,正z轴指向协议平均地极(CTP),正x轴指向赤道上的经度零点(格林尼治平均天文台)y轴与z轴和x轴构成右手坐标系。GPS定位中的WGS-84坐标系和ITRF坐标系均属地固系。另外GPS系统主控站维持有专门的时间系统,称为GPS时,这是一种连续且均匀的时间系统,原点为1980年1月6日0时UTC,单位同国际单位制(SI)时间的秒定义,其后GPS时不受跳秒影响。2.GPS定位的基本观测量及基本定位原理GPS卫星中采用了现代数字通讯技术,运用多级反馈移位寄存器产生伪随机噪声码(Pseudo Random Noise,PRN),这种伪随机码形成各GPS卫星的两种测距码,即C/A码和P码(或Y码);此外GPS卫星所播发的信号中还包括载波信号和数据码(或称D码)。这三种信号分量都是在10.23MHZ的基本频率控制下产生的。其中数据码包含有关卫星星历、卫星工作状态、时间、卫星钟运行状况、轨道摄动改正等导航信息。GPS卫星以L波段中的两种不同频率的电磁波为载波：L1载波频率为10.23×154MHZ=1575.42MHZ;L2载波频率为10.23×120MHZ=1227.6MHZ;P码频率为10.23MHZ;C/A码频率为10.23/10=1.023MHZ;数据码频率为10.23/10/1023/20=50HZ。GPS定位中的基本观测量包括伪距和载波相位。接收机在跟踪卫星信号时,机内同时产生被跟踪卫星的码信号的复制码。为将该复制码和进入到接收机内的卫星信号对齐(相关),码跟踪环路产生时移和多普勒频移;至两信号对齐时所需的时移乘以光速,即为所谓的伪距。其中包含了卫星和接收机时间系统的偏差,以及卫星信号在电离层和对流层中传播引起的时延,因而伪距的基本观测方程为：P=[(X_R－X_S)²＋(Y_R－Y_S)²＋(Z_R－Z_S)²]^1/2+(V_S－V_T)·C其中卫星X_S、Y_S、Z_S、V_S分别为观测时刻的卫星坐标和卫星钟差,均可由观测时间和卫星历星求出;V_T为接收机钟差。由于P中已作了电离层和对流层的延迟改正,因而上式中只包含X_R、Y_R、Z_R和V_T等4个未知数。欲通过GPS定位观测求得X_R、Y_R、Z_R,必须同时有4颗卫星的观测量P₁…P₄;由GPS定位系统中卫星的布设可知,任何时刻于任何地点均可获得至少4颗卫星的观测量,因而通过该系统的伪距观测量随时可获得空间定位结果。这种定位称为单点定位或绝对定位,其实质是测量学中的空间距离后方交会,由此可说明GPS定位的基本原理。载波相位是指接收到的具有多普勒频移的载波信号与接收机产生的参考载波信号之间的相位差。由于无法直接测定载波信号在传播路线上的相位变化的整周数,故存在整周不定性问题。另外由于观测环境等影响因素,其中还会产生整周跳变,因而与伪距观测定位相比,数据处理变得复杂,往往难以实现单次观测定位,不过由于相位观测量的精度比伪距观测值的精度高得多,它被用作相对定位,即精确地求定一点相对于另外一点的位置和精度。相对定位是指给定至少一个已知点坐标,用两台或多台GPS接收机的观测数据推求其余未知点坐标参数的定位方法。它与绝对定位一起构成了GPS定位的两种基本模式。由于绝对定位可直接实时地获取观测点的地理坐标,因而该方法被广泛地应用于飞机、船舶及车辆等运动载体的导航和调度,以及在GIS(地理信息系统)中用作点位数据的采集等。相对定位由于其精度高,因而在大地测量、地球动力学和许多其它应用场合中需要采用这种定位模式。三、 美国政府的GPS政策及用户的措施鉴于GPS定位技术在军事上的重要性,美国政府在该系统的设计及运行中均采取了一些措施来限制非经美国特许的用户利用GPS定位的精度,因此将定位服务分为精密定位服务(PPS)和标准定位服务(SPS)。前一种针对美国军事部门及其特许用户,其实时单点定位精度可达510m;后一种则针对非特许用户,实时单点定位精度则降为100m(水平)和150m(垂直),这是因为其中采取了SA技术(Selective Availability)和AS技术(AntiSpoofing)。AS包括人为降低广播星历精度和在卫星钟频信号中加入钟频抖动;AS技术则将p码与保密的W码相加形成Y码,这种码严格保密,以防敌方干扰和电子诱骗。有鉴于此,目前普通用户普遍采用差分GPS技术来消除SA技术和AS技术对GPS定位的影响。经实施差分改正后的实时定位精度可达25m或更好(水平)。使用载波相位观测时,采用RTK差分技术可得到厘米级的实时定位精度。为从根本上消除这类影响,可建立地区GPS卫星跟踪网,采用广域差分GPS(WADGPS)技术自行确定GPS卫星精密轨道和差分改正数,以达到精确定位和导航的目的。四、GPS应用概况GPS是现代空间技术,计算机技术与现代通信技术发展的结晶。这种空间定位与导航系统成为20世纪后期人类科技进步的里程碑。同时它将更广泛地渗透到地球物理学、海洋学、天文学、航空航天与遥感、交通及通信、气象科学等领域,并不断推动科学技术的发展与进步。GPS的典型应用包括：(1)大地测量,工程测量,城市规划及资源管理中的定位。(2)地壳板块运动监测,地表沉降,建筑物形变及灾害的监测和预报。(3)飞机着陆,公路、铁路车辆运行监控与管理。(4)大气电离层变化分析,大气水汽含量及变化,遥感,天气预报。(5)旅游,渔业和探险中的定位和定向。(6)授时,通信网络与电力网络等时间同步服务。(7)飞行器的轨迹及空间姿态的测定和预报。* 杜道生教授是地理信息名词审定委员会委员。     

农田作业机械智能导航控制技术与产品研发

近年来,随着全球定位系统（GPS）、北斗等卫星导航定位技术、电子技术、现代传感技术、计算机技术和自动控制技术在农业机械装备上的广泛应用,基于GPS的农业机械导航技术与装备发展迅速,成为现代智能农业机械与装备的重要组成部分,对现代农业建设提供了良好的技术支持。农业机械智能导航技术在欧美日等发达国际已经实现产业化,产生了良好的经济效益和社会效益。基于GPS的农业机械智能导航技术可有效减轻驾驶员的工作负担,避免叠行或者漏行作业,提高作业质量和土地利用率,显著提升了农业机械的自动化水平,对我国现代农业的发展将起到有力的推动作用。     

多模卫星导航系统完备性监测技术

1 课题简介 随着GPS导航系统的技术升级以及GLONASS/GALILEO/BD导航系统全面开展建设,卫星导航用户定位精度显著提高,特别是一些新技术的出现,如精密单点定位PPP技术、网络RTK技术,达到了厘米量级甚至优于1厘米的精度,已基本满足绝大部分用户对精度的需求,与之相比,决定用户安全性能的导航系统完备性问题变得更加突出.目前,民航系统将卫星导航作为飞机导航的辅助手段而不是单一的主控手段,从用户安全的角度考虑,导航系统的完备性要有着比精度更加重要的地位.