教学课程资源库 更多>>

关键词： 民用航空   北斗卫星导航系统   基于性能的导航   星基增强  

摘要： 本文基于北斗三号卫星导航系统阐述民用航空应用技术体系架构,分析其具体构成、技术标准及规范,表明北斗系统在我国CNS/ATM系统中的关键地位。文章讨论了民航PBN应用中的需求和发展,介绍了BDSBAS的原理、性能要求,聚焦BDSBAS在进近阶段的可用性。经过梳理论证,表明BDSBAS在未来民航行业具备极大需求和潜力。

关键词： 北斗卫星导航系统   太阳光压   ECOMC光压模型   精密定轨   数据质量控制   精密相对定位   精密单点定位  

摘要： 随着北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)的正式运行和BDS精密导航定位服务的快速发展,高精度的北斗导航卫星轨道是其相关产业应用的基础,因此需要对BDS卫星精密轨道确定。本文以ECOMC经验型新光压模型为研究基础,利用BDS-2/3的GEO、IGSO和MEO三类卫星两年的事后精密星历进行轨道积分和轨道拟合,对各类卫星光压模型的各个参数的大小和变化规律进行分析,精化BDS-2/3卫星的太阳光压摄动力模型,对BDS-2/3三类卫星进行精密定轨研究,最后利用BDS-2/3的精密轨道进行精密相对定位实验研究。本文的主要研究内容如下:(1)概述了北斗卫星导航系统建设与发展的情况,较为全面的阐述了影响BDS-2/3卫星定轨精度的主要摄动力及对应摄动力模型,并分析了国内外太阳光压摄动力建模研究现状。(2)针对卫星所受到的太阳光压摄动力,详细总结了目前三类光压模型的建模方法,并分析了各类光压模型的优缺点和适用性。对BDS-2/3卫星精密定轨的应用提供了一定的理论基础和科学依据。(3)对全球分布的MGEX和iGMAS跟踪站接收到四系统观测数据进行数据质量分析和控制,削弱了原始观测数据质量对定轨及定位解算的影响,并为BDS-2/3卫星定轨及定位研究中地面跟踪站的选择提供了一定的参考。(4)针对CODE发布的一系列ECOM光压模型进行了系统的概述,详细阐述了ECOMC新经验型光压模型的建立方法。并利用ECOMC光压模型对BDS-2/3的GEO、IGSO以及MEO三种轨道卫星进行轨道积分和轨道拟合,获得模型参数的时间序列图,分析各个参数的周期特性和变化规律,同时利用不同阶数的傅里叶多项式函数对各参数进行数值拟合,便于对模型各参数预报等研究。(5)研究了BDS-2/3卫星精密定轨的基本原理,并对地面基准站进行数据质量控制,选择出一部分质量较优的跟踪站进行BDS-2/3精密定轨研究,研究不同ECOM光压模型参数对BDS-2/3混合星座精密定轨的影响,分析各光压模型对轨道重叠弧段精度、轨道RAC三方向精度以及URE精度的影响。并根据实验结果,对不同类型轨道的BDS卫星光压模型参数选择策略得出相应的结论。(6)利用BDS-2/3精密轨道进行精密相对定位应用研究,并与GPS、单BDS-2和单BDS-3的解算结果作为参考,分析其解算质量和解算精度。

关键词： 北斗卫星导航系统   短报文通信   嵌入式系统   数据处理   应急通信  

摘要： 如何实现空中情报的可靠传输是保证空中与地面安全的前提。但传统通信方式由于受到信号覆盖面积小等条件限制,无法实现长距离稳定传输,所以设计一款应急空情传输系统具有重要意义。我国自主研发的北斗卫星导航系统所独有的短报文通信功能具有全时段、全国覆盖的通信优势,非常适合作为一种应急通信的手段。本文设计了一款基于北斗导航系统的空情应急传输系统,并对传输系统结构与组成进行了分析与研究,本文主要工作内容如下:(1)设计了传输系统的雷达组网结构与通信协议。首先分析了短报文通信的相关功能与检错性能,短报文通信容量小,在通信发送时需进行数据压缩,接收后再解压缩数据,同时,空情传输系统是多部雷达对一部指挥系统进行数据传输,需在指挥系统实现发送方的识别。本文分析了传输系统的结构,再根据系统结构设计了系统通信协议,并分析了数据处理算法的流程,为数据处理模块的设计奠定基础。(2)设计了空情传输系统数据处理模块的硬件系统。为实现数据处理的自动化,数据处理模块采用了嵌入式系统。嵌入式硬件系统中选用了STM32系列芯片作为中央控制器,同时配备了串口通信转换电路、电源降压电路等外部电路,确保硬件系统可实现与北斗系统、预警雷达以及指挥终端连接与正常使用,为软件算法的实现提供硬件支持。(3)设计了空情传输系统数据处理模块的软件算法。数据处理模块的软件算法分为两个部分,分别为发送方数据处理与接收方数据处理,两者的功能不同,发送方数据处理的主要功能为数据分批、威胁判断与数据压缩,而接收方数据处理的主要功能为数据解压缩与数据上传,针对不同的功能对应设计了相应的软件算法。(4)完成了系统的搭建与验证。在系统设计完成后对空情传输系统进行了实地测试,首先测试了北斗短报文通信的可靠性,其次通过将系统与雷达、指挥终端相连进行实验测试,验证了系统设计的正确性与运行的可靠性。

关键词： 复杂艰险山区铁路   北斗卫星导航系统   连续运行基准站   NRTK服务  

摘要： 某复杂艰险山区铁路地处青藏高原东南缘，该地区地质构造活跃，地震等地质灾害频发，导致铁路测量控制点的空间位置始终处于动态变化中。为了动态把握基准点空间位置，满足复杂艰险山区铁路对高精度空间基准的需要，中铁一院在上述区段建设完成了7座北斗基准站及其配套的多用途位置服务平台。本平台是国内在高海拔、大高差环境下进行高精度NRTK系统部署的首次尝试。系统介绍北斗平台的建设情况，优势特点和NRTK精度的测试情况。测试结果表明：本平台可提供平面定位精度优于2 cm、高程定位误差不大于5 cm的高精度NRTK定位服务，可满足铁路实际应用需求。未来本平台将在铁路勘察设计、施工建造和运营维护的全生命周期提供准确、可靠和稳定的位置服务信息。

关键词： 北斗卫星导航系统   基带芯片   时序分析   布图规划  

摘要： 基带芯片作为通讯设备的核心器件，主要作用是合成即将发射的基带信号或对接收到的基带信号进行解码。随着我国北斗导航系统的迅速发展，应用于北斗卫星的基带芯片集成度越来越高，面积越来越小，致使在芯片设计过程中时序收敛愈发困难。如果芯片时序不能收敛，不仅会造成芯片内部功能紊乱，还可能导致芯片失效。本文在数字后端设计的不同阶段，针对时序难以收敛的问题进行了分析与优化，解决了时序难以收敛的问题，减少了设计迭代次数，缩短了开发周期。　　本文基于格罗方德（Global Foundries，GF）55nm工艺，实现了一款北斗基带芯片的数字后端设计。芯片的频率为250MHz，面积为5200um*5300um，规模为1580万门，64个输入/输出(Input/Output，I/O)单元，144个宏单元（Macro），其中包含一个锁相环（Phase Locked Loop，PLL）和一个实时时钟（Real Time Clock，RTC）。　　本文针对北斗基带芯片数字后端设计中的布图规划（Floorplan）、时钟树综合后（Post-CTS）、时序签核（Timing Sign-off）三个阶段，提出了解决时序难以收敛的优化方案。（1）针对芯片宏单元的数量多，为在布图规划阶段通过合理布局满足芯片面积要求，并在后续阶段解决时序收敛问题，本文提出了依据标准单元模块数据流的走向对宏单元进行强制分组的方法，对布图规划优化前后的时序进行了比较，优化后的布图规划方法建立时间违例（Setup Time Violation）的最差负时序裕量（Worst Negative Slack，WNS）降低了83.25%，总的负时序裕量（Total Negative Slack，TNS）降低了79.26%，时序违例路径总条数减少了81.23%。（2）时钟树综合后（Post Clock Tree Synthesis,Post CTS）阶段针对综合门控时钟（Integrated Clock Gating，ICG）产生的建立时间违例，本文提出了复制综合门控时钟优化建立时间违例的方法，100%优化了全部建立时间违例，且不会影响其它时序路径。（3）在时序签核阶段，本文提出了针对不同时序违例的修复方法，通过工具自动修复和手动修复相结合的方法，使得不同电压、温度、工艺角（RC Corner）构成的共12个分析情景（Scenario）全部实现时序收敛。

关键词： 全球定位系统   低轨卫星编队   相对轨道确定   北斗卫星导航系统   MW组合   模糊度固定   星间测距  

摘要： 低轨卫星的编队飞行技术被广泛应用于时变重力场估计、大气密度反演等领域。而高精度的相对轨道信息是低轨卫星编队完成科学任务的前提条件和基础保障。提升低轨卫星编队的定轨性能对其任务的顺利实施、扩展任务应用领域具有重要的现实意义。本文针对低轨卫星编队高精度相对轨道确定中存在的关键问题,开展多源数据融合的低轨卫星编队高精度相对定轨性能提升方法研究,主要工作和贡献如下:一、针对星载GNSS数据中存在的观测误差,提出了伪码和相位变化误差修正方法以提高模糊度固定率和相对定轨精度。首先,在双差模糊度固定前提下,分别利用单差相位无电离层组合OC残差和单差宽巷模糊度残差估计相对天线相位中心变化(Relative Phase Center Variations,RPCVs)和单差MW组合残差变化(SD MW model residuals variations,SD MWVs)。GRACE和GRACE-FO卫星实测数据处理结果表明,RPCVs和SD MWVs估计结果最大分别约为14 mm和0.32 cycle。RPCVs修正后,重叠弧段互比对残差和双差相位无电离层OC残差均有明显下降,GRACE和GRACE-FO相对定轨KBR检核精度分别提升了30.1%和37.5%,表明RPCVs修正可有效提升低轨卫星编队相对定轨精度。其次,增加SD MWVs估计后,GRACE的双差宽巷模糊度固定率由85.36%提升到98.06%,提高了12.7%,KBR检核精度由0.65mm提升至0.57mm,表明SD MWVs估计可有效抑制伪码多径误差对宽巷模糊度的影响,提高双差模糊度固定率。最后,研究表明在低轨卫星编队构型不发生变化的前提下,RPCVs和SD MWVs估计结果具有较好的稳定性。二、详细分析了GPS和BDS2融合对天绘二号(Tian Hui-2,TH-2)卫星高精度相对定轨的影响。首先,从数据观测量、伪码多径误差和相位观测噪声等方面分析了TH-2的GNSS观测数据质量。然后,GPS相对定轨结果的机构间互比对残差RMS为1.48mm,重叠弧段互比对残差RMS为0.71mm,表明单GPS相对定轨精度可达毫米级,将其作为后续评估BDS2和GPS+BDS2融合相对定轨精度的参考轨道。其次,GEO卫星观测数据权值为1、0.5和0.2时,BDS2与GPS相对定轨结果互比对残差RMS分别为7.08mm、8.00mm和11.4mm,BDS2在亚太地区和非亚太地区相对定轨精度分别为2.89 mm和7.96 mm,表明GEO卫星可有效提高TH-2的相对定轨精度。最后,加入BDS2后,GPS的模糊度精度衰减因子(Ambiguity Dilution of Precision,ADOP)由0.160 cycle降低至0.153 cycle,GPS+BDS2融合与GPS相对定轨结果互比对残差RMS为1.2mm,重叠弧段互比对残差在径向(radial,R),切向(along-track,T)和法向(cross-track,N)均优于1mm,表明多系统融合定轨,可视卫星数增加,可有效提升双差模糊度浮点解的精度,提高相对定轨的精度和可靠性。三、针对传统定轨处理方式无法充分利用集群局部星间测距信息约束来提升定轨精度的问题,提出了GNSS与星间测距数据融合的多星整网定轨模型,使用非差GNSS观测方程,加入高精度的星间测距信息,一体化求解多颗卫星的状态参数。GRACE和GRACE-FO的实测数据处理结果表明,加入星间测距数据后相对定轨精度分别从0.95mm和0.84mm提升至0.30mm和0.21mm。然后,利用GRACE-FO+SWARM-A组成多星编队,进一步验证了GPS和星间测距数据融合的多星整网定轨技术的有效性,加入星间测距数据,GRACE-C/-D的相对轨道精度从0.83mm提升至0.19mm。仿真实验结果表明,星间测距数据的加入可有效提升跟飞编队T方向的相对定轨精度,可明显改进绕飞编队R、T和N方向的相对定轨精度,提高多星编队整体的相对定轨精度。