导航卫星双向伪距时间同步

针对卫星导航系统时间同步需求，提出了导航卫星双向伪距时间同步的理论根据，并就4种基本同步方法(双向无线电伪距同步方法, 星地双向激光伪距同步方法,双向卫星中继无线电伪距同步方法, 双向地球站中继无线电伪距同步方法)与应用进行了分析，与目前国际导航卫星时间同步通用方法相比,具有精度高, 方法简单，设备负担轻特点。     

星载原子钟性能分析方法比较研究

卫星导航时间系统是影响导航系统性能的决定性因素。原子时钟作为频率标准,能够产生高准确度和高稳定度的标准频率信号,可以实现精确计时。因此在导航卫星上广泛使用原子钟作为频率标准。讨论了原子时钟频率稳定度的Allan方差、重叠Allan方差、Hadamard方差及重叠Hadamard方差算法,并对GPS卫星真实数据进行了频率稳定度分析。得出了不同的GPS卫星,星载卫星钟的稳定度不同。对于同一种类的GPS卫星,卫星钟的稳定度也存在差异,且GPS BLOCK IIR卫星具有较好的频率稳定度。     

基于简化差分插值滤波的编队卫星相对导航

将一种基于Stirling内插公式的非线性差分插值滤波(Divided Difference Filter-DDF)算法的简化形式(Simplified Divided Difference Filter-SDDF)应用到编队卫星相对导航中.该算法通过对非线性系统方程进行多项式展开并取有限差分插值项进行近似.数值仿真结果表明:该算法相对于EKF(Extended Kalman Filter)算法有明显的优势,有较高的滤波精度、更快的收敛速度和较好的稳定性,其中相对位置估计相比EKF提高79%、相对速度提高52%,对编队卫星相对导航具有一定应用价值.     

全球定位系统的差分伪距定位的算法研究

分析了GPS差分伪距绝对定位的传统算法,并提出了一种通过求差,将GPS绝对定位的非线性观测方程转化成线性方程直接求解观测站坐标的新算法.通过实例计算表明该方法计算简单,不需要观测站的初始坐标信息,不需要求导计算和迭代计算,通过采用差分绝对定位的模拟观测数据进行计算.计算结果表明,对于提高GPS差分伪距单点定位的解算速度和精度具有重要的应用价值.     

GPS伪距差分定位技术的试验研究

讨论了GPS伪距差分定位的原理及其数学模型,为了研究伪距差分定位精度,编写了GPS伪距差分定位软件,并对某GPS网的观测数据进行了大量的伪距差分定位试验计算．计算结果表明,GPS三类伪距观测值的差分定位精度基本相同;在距基准站50km范围内,观测10～60s时间的伪距差分定位精度可以达到0．2～0．4m．伪距差分定位技术在海上定位和GIS数据采集等领域有广泛应用前景。     

卫星星历残存误差对差分GPS精度影响的分析

对经差分ＧＰＳ修正后的卫星星历之残存误差,随用户与基准台之间距离变化进行理论研究和分析,所得到结果将有助于用户确定高精度ＤＧＰＳ的服务范围。     

基准原子钟的发展及国家授时中心光学原子钟的研制进展

本文简要介绍了基准原子钟的发展历程;目前,光学原子钟的频率不确定度已达到了10-18量级,是现在人们公认的最可能新的时间基准.国家授时中心担负着国家综合原子时的建立和保持,是国际原子时TAI建立的主要参加单位.文中介绍了国家授时中心锶光学原子钟研制工作的最新进展.     

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.     

用于北斗三号卫星导航系统的星载铷原子钟特性

本文介绍用于北斗三号卫星导航系统的星载铷原子钟主要设计特点和性能指标.铷原子钟频率稳定度主要取决于原子跃迁信号信噪比、电路噪声和原子体系的物理环境效应.为提高原子信号信噪比,物理系统采用了微波场方向因子高于0.9的开槽管微波腔和Xe气启辉的铷光谱灯,并采用了光学滤光和同位素滤光双重滤光方案.电路系统采用了低相噪微波链路,交互调制噪声对铷原子钟稳定度的影响被控制在4.9×10^-13/τ^1/2水平.通过工作参数优化,将物理环境效应对天频率稳定度的影响降低到3×10^-15以下.研制了高精度和甚高精度两型号星载铷原子钟.高精度铷原子钟典型指标为短稳1.5×10^-12/τ^1/2,万秒稳1.3×10^?14,天稳9.4×10^-15;甚高精度铷原子钟典型指标为短稳6.1×10^-13/τ^1/2,万秒稳7.1×10^-15,天稳3.9×10^-15.本文还分析了铷原子钟最新研究进展,预期铷原子钟的性能还可以进一步提升.     

基于单差的动基准站伪距差分算法研究

伪距差分利用误差的空间、时间相关性,通过差分消除卫星段和传输段部分误差,获得亚米级的定位结果,因此被广泛应用于地基增强系统（Ground-Based Augment System,GBAS）等。传统的伪距差分技术应用于静基准站条件,编队航行、飞行等应用需要进行动基准站条件下的相对定位。本论述首先对传统的静基准站伪距差分算法进行介绍,针对动基准站差分的需求,提出一种基于单差的动基准站伪距差分算法,开展动态跑车实验。实验结果表明,基于单差的动基准站伪距差分的定位精度小于1m,可应用于编队飞行、航行等,为飞行器提供快速、灵活、准确的位置服务。     

实时高动态GNSS信号模拟器高精度伪距生成方法

针对伪距实时生成高动态GNSS信号模拟器的关键技术进行了研究,分析了现有真实距离计算方法的问题,提出一种改进的卫星-用户真实距离求解算法.该方法将航迹位置坐标作为用户位置输入,利用开普勒轨道根数计算卫星位置,实现GNSS信号模拟器的星座仿真与参量计算.在伪距计算过程中,为了精确计算真实距离,需要考虑在迭代过程中地固坐标系旋转造成的坐标值变化;在伪距生成过程中,提出一种基于三次样条函数的伪距三阶多项展开式系数的直接计算方法,避免了现存算法需要分别计算卫星、用户位置的高阶导数以及伪距误差的高阶导数等卫星-用户视向动态参数的问题,降低了计算的复杂度.同时也解决了现存算法无法精确计算视向动态参数造成伪距多项式系数计算不精确的问题,提高了伪距生成的精度.仿真结果表明,用该方法计算的伪距精度优于0.1mm.     

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.     

基于差分进化算法的卫星轨道计算方法

针对卫星轨道预测中的不可微、函数性质复杂、高维度传统优化算法失效的问题,提出了基于差分进化算法的卫星轨道预测方法.通过建立不同运动轨迹的卫星运动模型,构建最小化目标函数,根据种群个体进化特点,选取差分进化算法参数和进化策略.通过对椭圆轨道、双曲线轨道、抛物线轨道的全局近点角计算,表明差分进化算法在卫星轨道预测问题上是有效的.通过该算法与其他算法的比较,可以看出该算法有一定的优势.     

北斗卫星星载原子钟的短期钟差预报模型参数选取分析

高精度实时卫星钟差改正数据的获取一直是实现精密单点定位技术的关键问题.针对短期钟差预报模型参数设定对预报精度的影响,详细分析了多项式模型和灰色模型的基本原理,通过对精密星历文件中钟差数据的计算,分析阶数和已知数据个数对2种预报模型精度的影响,评估了此2种预报模型的优劣.实验结果表明:多项式模型应采用的已知点数量和阶数分别为7和2,而灰色模型的已知点数量应设为11;灰色模型总体上优于多项式模型.     

基于ARM+FPGA的相位平滑伪距差分定位方法

为了满足用户更高的定位精度要求,研究了载波相位平滑伪距差分定位方法.根据差分定位原理,基于MATLAB平台自主编制了差分解算软件,兼容北斗和GPS伪距差分定位;基于ARM+FPGA平台的接收机实现了相位平滑伪距差分定位.实验结果表明,零基线条件下,相位平滑伪距差分算法定位精度可由标准定位的米级水平提高到亚米级,性能稳定.基线距离增大,定位精度随之降低,误差在±4m内,差分讯龄和定位精度成正比关系.     

空地协同伪卫星导航增强系统评估方法

针对战区伪卫星导航增强应用效能评估问题,对空地协同伪卫星导航增强系统(PNAS)关键性能指标进行了量化分析,提出了空地协同伪卫星增强系统有效性评价方法.首先对模拟环境下的伪卫星系统内部和外部干扰进行建模;然后分析了系统增强能力和可用性;最后对伪卫星系统的覆盖区域、定位精度等应用性能进行了分析和推导.基于STK与Matlab对系统实体组成、信号链路和信号处理模型进行仿真实现,场景中心区域增强能力达到40dB;通过信号观测质量等参数得到的有效性评估算式对系统进行量化评估,验证了空地协同伪卫星导航增强系统的有效性和可用性.     

基于卫星的定位过程方法研究

针对北斗系统和GPS系统在定位系统的覆盖范围、卫星数量和轨道特性、定位原理、定位精度、用户容量、生存能力、实时性方面进行了比较。根据北斗系统的特点,提出了提高定位精度、定位速度等指标需要采取的措施、方法及进一步需要研究的工作。     

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.     

基于多参考站的分米级GPS伪距差分定位方法

为了提高GPS单频伪距差分定位精度,提出了一种利用已有CORS系统进行伪距差分定位的方法.该方法以单站伪距差分为基础,利用改进的伪距差分模型,首先将各参考站伪距改正数除去接收机钟差影响,再通过参考站与流动站的位置关系建立伪距改正数线性组合内插模型.最后将模型内插得到的综合伪距改正数发送至流动站用户,实现伪距差分定位.实验表明,该方法能有效克服常规伪距差分定位精度不高,且随基线长度增加精度递减的缺陷.多参考站伪距差分能够较稳定地实现分米级定位,精度分布均匀.