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关键词： 全球卫星定位系统   北斗卫星导航系统   病毒携带者   密切接触者   课后阅读   病毒变异   自主研究开发   精准施策  

摘要： 针对新冠病毒变异快、传播快且途径隐秘的特点,我们怎样才能快速找到病毒携带者、密切接触者以及准确掌握他们的行动轨迹,为科学防治,精准施策,打赢这场没有硝烟的战争提供更为准确的情报呢?我参加了学校科技创新兴趣社团活动,通过聆听老师和专家的有关“北斗卫星导航系统”的讲座以及课后阅读,了解了北斗卫星导航系统是我国自主研究开发的全球卫星定位系统。

关键词： 北斗卫星导航系统   惯性导航系统   组合导航   无迹卡尔曼滤波  

摘要： 现阶段导航技术已全面服务于各行各业之中,各领域导航应用不断发展,对导航系统也不断提出更高的要求。卫星导航系统具有全球性、全天候、高精度、实时性等优点,但其存在易受干扰、动态环境中可靠性差等不足之处;惯性导航系统(Inertial Navigation System,INS)具有自主性强、隐蔽性好、抗干扰能力强、短时精度高等优点,能够独立提供载体所需的导航参数,但其存在导航误差随时间累积的缺点。所以两个系统具有很强的互补性,是极为理想的组合方式。2020年6月,我国北斗三号卫星导航系统(BeiDou-3 Navigation Satellite System,BDS-3)完成全球组网,北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)现已广泛渗透到关系社会进步和大众生活的相关行业,研究开发BDS/INS组合导航系统势在必行。论文主要工作及创新点总结如下:(1)针对BDS/INS传统组合导航算法在实现定位时存在杆臂误差和时间不同步误差难以精确测量的问题,通过将杆臂误差和时间不同步误差增加到传统15维组合状态向量中,改进了BDS/INS组合导航模型。(2)为了验证改进的BDS/INS组合导航模型能够提高定位精度,设计了BDS和INS计算机仿真实验,通过模拟飞行载体的飞行轨迹与动态数据作为仿真实验中各定位算法的对比基准值,利用扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman Filter,EKF)和无迹卡尔曼滤波(Unscented Kalman Filtering,UKF)对改进的BDS/INS组合导航模型进行仿真实验。实验结果证明了改进的BDS/INS组合定位算法的有效性,UKF算法在BDS/INS组合定位系统中滤波性能更好。(3)针对UKF的计算量随着维数的扩大而显著增加的问题,提出了比例超球面单形采样无迹卡尔曼滤波(Spherical Simplex Unscented Kalman Filtering,SSUKF)算法。仿真实验结果表明,改进的算法通过改变sigma点采样策略从而提高了滤波精度,同时具有计算量小的特点。(4)为对文中研究的算法进行实际验证,搭建了小车实验平台。在仿真验证了算法的可行性后,利用实验平台采集的实测数据对不同滤波算法进行了对比实验,实验结果表明,基于比例SSUKF算法的组合导航系统相比UKF算法纬度和经度的误差均值分别减小26.5%和30.5%,均方根误差分别减小20.3%和23.2%,且计算用时也大幅度减少,实验结果验证了文中研究的BDS/INS组合导航定位算法的有效性和实用性。

关键词： BDS   随机脉冲   太阳光压模型   姿态控制模式   精密定轨  

摘要： 北斗卫星导航系统(Bei Dou Navigation Satellite System,BDS)能够为全球用户提供高精度的定位、导航和授时服务,而高精度的导航卫星轨道产品是保证BDS实现精密服务的基础,因此,根据BDS自身特点和发展现状来进一步提高BDS卫星精密定轨精度显得尤为重要。BDS卫星的轨道精度随着动力学模型的完善和处理技术的进步而不断提高,但是与全球定位系统(Global Positioning System,GPS)卫星的轨道精度还存在着差距,这表明BDS卫星轨道精度有进一步提升的空间。因此,本文研究了不同光压模型、随机脉冲参数以及不同信号组合对BDS-2/3三类卫星精密定轨的影响。总体而言,本文主要的研究内容和结果如下:(1)分析和比较了太阳光压模型中常用的经验型光压模型,包括ECOM1、ECOM2-7与ECOM2-9。实验结果表明:当卫星处于非地影期时,BDS-2卫星采用ECOM1模型时的轨道精度最好,而BDS-3 MEO卫星使用两种ECOM2模型的轨道精度要略优于ECOM1,但三者精度相差不大;当卫星处于地影期时,BDS-3 IGSO卫星的轨道精度使用ECOM1的模型最好,除此之外,其余BDS卫星使用两种ECOM2模型时的外符合精度要明显高于ECOM1模型,同时,使用两种ECOM2模型的卫星轨道在切向与法向的内符合精度较ECOM1模型有20%～42%的提升。因此综合地影期和非地影期的实验结果,在进行BDS卫星数据处理时推荐选用ECOM2系列模型,其适用性更优。(2)利用在确定性卫星运动方程中加入随机脉冲参数的方法,探究未模型化摄动力对卫星轨道的影响。结果表明随机脉冲参数的加入使非地影期和地影期的BDS卫星在定轨时能较好地吸收未被模型化的误差,进而使BDS卫星的轨道精度得到不同程度的提高。其中,非地影期的BDS-2 GEO、IGSO、MEO以及BDS-3 MEO的定轨偏差分别由111.26 cm,10.66 cm,7.86 cm,6.71 cm减少到了105.64 cm,9.07 cm,6.7 cm,5.61 cm,定轨精度分别提高了5.1%,14.9%,14.8%,16.4%,地影期的卫星定轨精度提高了26.5%,并且相对于非地影期来说,随机脉冲参数的引入对地影期卫星的定轨精度改善更为显著。(3)分别采用过渡信号组合B1I&B3I和新信号组合B1C&B2a对BDS-3卫星进行精密定轨,通过与外部精密轨道产品比较的外符合精度以及轨道日边界不连续性分析的内符合精度对轨道结果进行精度检核。结果表明,除了非地影期的IGSO卫星是基于B1C&B2a解算出的轨道日边界不连续性偏差更小以外,非地影期的MEO卫星以及地影期的MEO、IGSO卫星的内符合精度和外符合精度都是基于B1I&B3I更优。该论文有图35幅,表12个,参考文献108篇。

关键词： 北斗卫星导航系统   多频精密单点定位   频率间卫星钟偏差   相位小数偏差   非差模糊度固定  

摘要： 精密单点定位(Precise Point Positioning,PPP)技术是全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)高精度定位的主要模式之一。历经二十多年的研究与发展,PPP在理论上已十分成熟,但几十分钟的收敛时间限制了其进一步应用。多频PPP与PPP模糊度固定(PPP Ambiguity Resolution,PPP-AR)的出现为解决这一问题提供了曙光。当前,BDS-2的15颗在轨运行卫星能为亚太地区用户提供B1I/B2I/B3I三频信号,BDS-3已于2020年7月正式开通,其在轨运行的30颗卫星能为全球用户提供B1I/B3I/B1C/B2a/B2b/B2a+b六频观测信号。与其他系统相比,BDS在轨卫星数与播发频率数均处于领先地位,这为其快速精密定位奠定了良好基础。融合使用多频信号能够加速模糊度固定、缩短收敛时间,但同时也引入了更多类型的偏差,这些偏差量级不可忽视却又难以从信号中分离,若不能妥善处理,不但会影响多频PPP的性能,也将为模糊度固定带来隐患。为此,本文围绕BDS-2/BDS-3多频PPP所涉及的相位偏差的精密校正方法与模糊度快速固定方法开展研究,主要工作与结论如下:(1)针对BDS-2卫星频率间卫星钟偏差(Inter-Frequency Clock Bias,IFCB)量级小、建模精度低且模型无法覆盖全星座的问题,构建了各颗BDS-2地球静止轨道卫星、倾斜地球同步轨道卫星和中圆地球轨道卫星相位IFCB的高精度模型。基于275个测站一年的观测数据研究了IFCB变化特性,并对IFCB序列进行了严密的谐波分析,明确了BDS-2三种轨道类型卫星IFCB的周期项;在考虑了轨道重复周期后,IFCB建模精度和模型预报精度分别可达2–4 mm和4–6 mm;在使用模型预报值改正IFCB后,BDS-2三频PPP在东、北和高程三方向的定位精度分别改善了14–20%、14–20%和23–29%。(2)通过单站估计、站间对比,发现了BDS-3多频相位观测值存在与接收机相关的时变偏差,称之为接收机端频率间钟偏差(Receiver Inter-Frequency Clock Bias,RIFCB);提出了BDS-3 RIFCB统一改正方法,该方法能够兼容任意频率非差非组合和无电离层组合PPP模型。证明了这些振幅可达1 dm的RIFCB源于接收机端时变的相位硬件延迟;分析了RIFCB对BDS-3多频PPP的影响,结果显示若忽略RIFCB改正值,载波相位观测值的验后残差呈现系统性偏差,在改正RIFCB后,验后残差显著减小。(3)评估了BDS-3多频信号融合对PPP静态与动态性能的增益。与双频PPP和四种三频PPP结果相比,使用全部六频信号可显著缩短PPP收敛时间,尤其是东方向和三维方向,并略微提高定位精度。BDS-3六频静态PPP在东、北和高程方向定位精度分别达到了4 mm、3 mm和11 mm,收敛时间分别为13.9 min、5.7 min和15.1 min,与双频PPP、三频PPP相比三维方向收敛时间分别缩短了15.9%和1.1%–12.5%;BDS-3六频动态PPP三方向的定位精度分别为22 mm、15 mm和41 mm,收敛时间分别为12.4 min、3.5 min和17.1 min,与双频PPP、三频PPP相比三维方向收敛时间分别缩短了25.6%和7.5%–17.1%。(4)发展了一种BDS-3六频非组合相位小数偏差(Uncalibrated Phase Delay,UPD)精密估计方法,以及一种适用于BDS-3六频非差非组合PPP模型的模糊度快速固定方法。从稳定性、验后残差与数据利用率等方面分析了UPD估值特性,结果显示BDS-3四类超宽巷和宽巷UPD十分稳定,所有卫星的标准差优于0.02周,而B1I UPD平均标准差为0.11周;BDS-3六频PPP-AR静态收敛时间在东、北和高程方向可达8.2 min、4.0 min和13.4 min,其三维方向收敛时间与六频浮点解、双频固定解相比分别缩短了21.1%和26.5%;BDS-3六频PPP-AR动态收敛时间三方向可达3.4 min、2.6 min和16.2 min,相应改善率为34.1%和48.0%;BDS-3六频PPP固定解静态定位精度三方向可达4 mm、3 mm和9 mm,相应动态定位精度为18 mm、14mm和38 mm,略优于其他方案。图47幅,表21个,参考文献108篇

关键词： 三维基线测量   稳相传输   北斗卫星导航系统   载波相位差分  

摘要： 三维基线测量是实现姿态测量、应变监测和相对位置测量的基础性技术之一。因具有系统结构简单、监测精度高等优点,基于北斗导航信号的三维基线测量技术被广泛应用于运动载体的飞行状态监测、大型设施安全健康监测和高精度相对定位等军民用领域。随着应用领域的不断拓展和挖掘,实际应用对三维基线测量技术提出了更高的性能要求。以铁塔沉降和城市高楼监测为例,铁塔、高楼间跨度超过数公里,并且需要对多个铁塔和高楼同时进行监测,分析多目标之间的关系。传统基于电缆传输北斗导航信号的测量技术受限于电缆的传输损耗,导致测量范围小,且难以对多基线进行测量,极大地限制了应用范围和场景。微波光子技术以其超低传输损耗和稳定可靠的传输性能,可有效突破上述限制,为实现大范围、分布式三维基线的测量提供有力支撑。 本文针对大范围、多基线测量的需求,开展了基于光载北斗信号的分布式三维基线测量技术研究,提出了一种基于被动补偿的分布式稳相传输技术,实现了多个北斗接收机间时钟信号的高精度同步,设计了基于光载北斗信号的分布式三维基线测量系统。论文具体研究内容如下: 1.研究了基于卫星导航信号的分布式三维基线测量理论,建立了基于载波相位差分的分布式三维基线测量模型,明确了高精度分布式三维基线测量对时钟同步和链路时延测量的需求。 2.提出了一种基于被动补偿的分布式射频信号光纤稳相传输技术,并利用该技术实现了不同站点处相位的自动校正。实验将5 GHz的射频信号分别传输至10 km和15 km的两个站点,稳相后的相位抖动分别达0.03 rad和0.05 rad,验证了分布式射频信号光纤稳相传输系统的有效性。 3.提出了一种基于时钟稳相传输的分布式三维基线测量技术,并利用该技术实现了多接收机间时钟信号的高精度同步,以对多基线进行解算。实验在距离中心站200 m和2 km的两个站点实现了三维基线测量,水平方向上的精度达2 mm,垂直方向上的精度达4 mm,验证了分布式三维基线测量系统的可行性和有效性。

关键词： 非线性滤波   容积卡尔曼滤波算法   北斗卫星导航系统   捷联惯性导航系统   组合导航  

摘要： 如今,卫星导航系统已应用于各个领域并且其地位是至关重要的,因此各个国家都想要发展完全拥有自主知识产权的卫星导航系统。近年来,我国北斗卫星导航系统(Beidou Navigation System,BDS)发展迅速,已经成为世界上成熟的卫星导航系统。由于单一导航系统的性能与稳定性已不能满足各个行业对导航的需求,有学者就提出组合导航的概念,主要思想是利用不同导航系统各自的优点,既能功能互补,又能提高导航的精确性和稳定性。本文主要研究对组合导航系统中改进的数据融合算法,主要以BDS和捷联惯性导航系统(Strap-down Inertial Navigation System,SINS)的紧组合导航系统为背景展开研究。本文针对紧组合导航系统的强非线性特点,对传统数据融合方法即:卡尔曼滤波(Kalman Filter,KF)、扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman Filtering,EKF)、无迹卡尔曼滤波(Unsecented Kalman Filtering,UKF)和容积卡尔曼滤波(Cubature Kalman Filtering,CKF)分别进行仿真实验,并对仿真结果进行对比分析。实验结果表明,在BDS/SINS紧组合导航系统中,CKF算法的滤波效果综合最优,因此本文选用该算法作为基础算法。CKF算法在滤波过程中需要已知系统噪声和量测噪声统计特性的先验信息,否则会导致滤波精度下降甚至滤波发散,但是在实际环境中这些信息有可能是未知的,基于此问题,本文提出了对未知噪声的先验信息进行噪声估计的自适应滤波算法(ACKF),通过引入常值噪声估值器和时变噪声估值器,对未知噪声统计特性进行实时预测。然后对这两种噪声估值器算法分别进行仿真实验,实验结果表明噪声估值器对噪声的实时跟踪具有良好的效果,对带噪声估值器的ACKF算法面对未知的噪声先验信息具有自适应的能力,并且在滤波前可以不需要已知噪声先验信息。BDS接收机在接受北斗卫星的回传信号时,很有可能会受到干扰而接收到异常值,这便会劣化滤波精度和稳定性,在滤波过程中,由于滤波迭代次数的增加,噪声统计特性中误差协方差矩阵可能会出现非正定的情况,从而导致不能进行柯西分解使得滤波被中断。因此本文提出了首先用均值滤波对最初的观测值进行预处理,使异常值对滤波的影响降低;然后使用奇异值分解(Singular Value Decomposition,SVD)代替柯西分解,避免误差协方差矩阵出现非正定滤波中断的情况,因为SVD分解可以对非正定矩阵进行分解;最后利用改进IGGIII权函数构建抗差因子,再次降低异常观测值对滤波的影响。以上算法提出的前提是在BDS/SINS紧组合导航系统中实现。为了验证所提算法在的有效性,本文设计出紧组合导航系统的框架结构,搭建实验所需要的仿真环境,在实验仿真平台使用以上所提出的改进算法。实验结果表明,相较于传统CKF滤波算法,基于SVD的抗差自适应CKF算法对未知噪声先验信息有更好的自适应性,对观测信息中的突变观测值有较好的抗差能力。本文所提的算法能够有效提高在BDS/SINS紧组合导航系统中的滤波精度,经过验证可证明所提算法在紧组合导航系统中是一种可行并且有效的滤波算法。

关键词： 北斗卫星导航系统   伪距测量定位   误差修正   定位估算  

摘要： 随着北斗三号全球卫星导航系统的全面建成,中国北斗导航系统正式拥有全天时、全天候、全球覆盖的服务能力,能够为全球用户提供实时高精度的导航定位授时服务。北斗导航系统最基本的功能之一就是为用户提供定位服务,即确定用户所在的位置。目前,北斗导航定位技术主要包括伪距测量定位技术和载波相位定位技术两大类。其中,伪距测量定位技术由于自身技术实现简单、定位速度快、不存在整模糊度的问题,从而得到了广泛的研究与应用。然而,伪距测量定位在定位过程中极易受到来自卫星、环境以及接收机自身的各种误差影响,导致定位精度无法达到需求。因此,消除误差影响提升定位精准度,是北斗导航伪距测量定位技术要解决的重要课题。本文在研究了国内外伪距测量定位技术的现状与北斗导航系统的机理的基础上,详细研究了北斗伪距测量定位中伪距单点定位与伪距差分定位的定位原理以及误差因素,进而提出了一种高精度伪距测量定位方法。该方法中,采用伪距测量差分定位消除了卫星钟差、电离层延迟误差与对流层延迟误差,同时,为解决随机误差引入的不确定性问题,建立了一种随机误差修正模型,修正无法用数学模型彻底修正的偶然出现的脉冲性干扰与其他周期性干扰,滤除了观测噪声中的高频热噪声,消除了接收机钟差的同时抑制了观测噪声的扩大。此外,针对传统定位估算模型没有考虑到实际情况中观测卫星之间的伪距观测值互不相关,不同分布的问题,提出了一种自适应加权估算模型,降低了由于定位估算模型不准确产生的定位误差。最后,通过仿真性能分析,验证了高精度伪距测量定位方法的定位误差符合北斗导航高精度伪距测量定位的要求,具有有效性。同时将高精度伪距测量定位误差与伪距测量双差分LS定位、伪距测量双差分LS-KF定位以及伪距双差分WLS-KF定位的误差进行比较,进一步验证了高精度伪距测量定位方法具有一定的优越性。

关键词： 北斗卫星导航系统   卫星激光测距   卫星精密定轨   地球自转参数解算  

摘要： 地球物理学等科学研究以及地震、大气、水文监测等实际应用均离不开高精度坐标基准,空间大地测量技术是建立坐标系统的主要手段。近年来全球导航卫星系统技术凭借全球分布的地面测站以及高时间分辨率的观测数据逐渐占据重要位置,现行的CGCS2000大地坐标系主要依赖全球定位系统(GPS)基准站的观测数据,不利于维护国家时空信息安全,北斗卫星导航系统对建立和维持我国自主大地坐标参考框架意义重大。然而单一空间大地测量技术难以实现精确坐标参考框架的建立,在几种主要的空间大地测量技术中,卫星激光测距(SLR)技术是目前唯一能提供高精度无模糊度站星间绝对距离观测值的技术,可以弥补卫星导航系统对地球质心运动的不敏感性,研究联合SLR数据的北斗卫星精密定轨对于建立和维持全球性自主大地坐标参考框架具有重要意义。 针对联合处理北斗L波段/SLR观测值中距离偏差参数会吸收北斗卫星光压模型误差引起的轨道偏差问题,研究分析了不同光压模型对联合定轨的影响,并在此基础上重点分析SLR数据的加入对北斗卫星精密定轨以及地球自转参数的影响,为后续我国北斗自主大地坐标参考框架的建立提供参考。本文主要研究工作和贡献如下: (1)在PANDA软件基础上,实现了北斗L波段与SLR数据在原始观测值域的联合定轨解算处理。基于实测数据开展了联合定轨中北斗卫星光压模型的适用性分析,设计了六组对比实验,从SLR检核、预报轨道的外符合精度以及轨道边界不连续性三个方面分析了采用不同光压模型(ECOM1、ECOM2、混合光压模型)时SLR数据的加入对北斗卫星精密定轨的影响。实验结果表明:采用三种光压模型时联合定轨均能显著提升卫星轨道的SLR检核精度;从预报轨道精度看,使用混合光压模型时,北斗卫星预报轨道精度最高,相较于单北斗定轨结果,加入SLR数据后不同类型卫星轨道精度均略有提升;从内符合精度看,采用混合模型时,联合SLR数据使得BDS-2 MEO卫星的轨道精度略有提升,BDS-3 CAST卫星内符合精度降低的幅度小于ECOM1和ECOM2模型,BDS-3 SECM卫星R方向轨道内符合精度提升2.9%;而BDS-2 IGSO卫星采用ECOM1模型时精度最高,但SLR数据的加入降低了轨道精度。 (2)基于2019年1月1日至2022年5月30日超过三年的长期观测数据,进行了北斗L波段观测值和L波段/SLR观测值联合的地球自转参数解算处理,以IERS 14C04产品为参考,从差值序列、统计值以及频谱分析三个方面研究分析了SLR数据的加入对北斗ERP解算的影响,结果表明:随着北斗卫星数与可观测测站数的增加,单天解ERP估值趋于稳定,三天解比单天解ERP精度更高,稳定性更好;单天解时,SLR数据的贡献更显著,联合解算的X、Y极点坐标及其速率估值的平均偏移量均有降低,RMS分别降低2.8%、3.1%、6.1%和3.6%,LOD估值偏移量减少了27.7%,RMS降低了6.7%;北斗L波段和L波段/SLR观测数据联合解算的ERP估值序列均存在交点年误差及谐波周期信号,其中1cpy和3cpy处振幅较大,与单天解相比,三天解大幅削弱了极坐标的交点年误差5cpy、7cpy处与LOD估值中交点年误差1cpy处信号的振幅,同时极坐标速率中大部分周期信号消失,但部分谐波处存在误差积累的问题;SLR数据的加入可以有效降低极坐标与LOD中存在的部分信号振幅,其中对X极坐标交点年误差3cpy处信号的提升最为显著,但对极坐标速率的影响较小。

关键词： 北斗卫星导航系统   抗干扰天线   圆极化天线去耦   模式抵消法  

摘要： 全球卫星导航系统(GNSS)可以在任何时候提供精确的定位和精准的授时功能,其早已渗透到各行各业,如通信系统、交通运输、智能电网等。北斗卫星导航系统是中国自主建设运行的全球卫星导航系统。由于卫星信号非常微弱,通常比噪声信号还要低20d B,极容易受到各种恶意或无意干扰,因此北斗系统不能时刻保持安全并提供可靠的服务。提高北斗系统的抗干扰性能一直是研究北斗系统的一个重要课题。天线作为北斗信号接收器,直接影响着北斗系统对信号与干扰的处理能力。由于系统朝着小型化以及集成化的方向发展,天线之间的间距越来越近,抗干扰性能也越来越差。如何在有限的尺寸下,仍能达到抗干扰性能要求,是设计者需要不断攻克的难题。研究者发现北斗系统抗干扰性能的下降是由于天线之间的相互耦合,导致接受到的信号不再保持线性无关,输出信噪比下降。因此在有限的尺寸下,对天线去耦是北斗抗干扰天线前端技术研究的一个重要内容。目前,对于北斗圆极化天线的去耦研究仍有较大空白。圆极化是两个正交相位差90°的线极化组合而成,因此圆极化天线的去耦难度远远大于线极化天线的去耦难度。在研究了线极化的去耦方法之后,总结了不同方法的优缺点以及分析了其应用于圆极化去耦的可行性,最终采用了模式抵消法来对圆极化北斗天线进行去耦设计,以提高北斗系统的抗干扰性能。原来的模式抵消法是针对二元线极化天线去耦所提出的,为了将其应用于北斗阵列设计中,将其发展到二元圆极化天线去耦设计,进而发展到三元线阵以及四元平行阵的圆极化天线去耦设计。以边到边间距为4mm(0.017λ)的B3(1268MHz)北斗贴片天线为研究对象,采用模式抵消法对二元线阵、三元线阵以及四元平行阵进行去耦设计。相较于未去耦的天线阵来说,采用模式抵消法进行去耦设计的天线阵可以提高大约15d B的隔离度,且使得方向图更加对称,低仰角增益有效提高,3d B轴比波瓣宽度拓宽。天线阵元之间的耦合是导致北斗系统抗干扰性能下降的主要原因,但这又是系统小型化不得不面对的问题。因此在小平台上实现天线阵元之间的隔离度是北斗抗干扰天线前端技术研究的一个重要课题。采用模式抵消法对圆极化天线阵进行去耦设计可以有效提高天线阵之间的隔离度以及天线的辐射特性。

关键词： 北斗卫星导航系统   空管授时干扰评估   自适应滤波算法   单差载波相位时间传递  

摘要： 随着卫星导航技术的普遍应用,民航空管系统中设备众多、地域分布较广,北斗卫星导航系统因其覆盖范围广、定位授时精度高而被广泛应用,不仅是民航设备之间的时间传递,还包括空管设备受到干扰后的定位授时技术。空管用户接收机是利用卫星技术授时的重要组成部分,也是最容易受到各种干扰影响的部分,因此评估干扰对接收授时性能的影响对于研究民航空管授时系统的可靠性具有十分重要的意义。本文在分析北斗空管授时干扰源的基础上,逐步进行了不同干扰对接收机信号处理的影响评估以及研究干扰环境下基站的授时性能,最后提出可实际应用的干扰抑制算法,主要工作如下:第一,描述了北斗卫星导航授时系统的组成部分及工作流程,分析了典型干扰信号的产生及经北斗接收机相关器的输出功率。同时建立干扰评估体系,分别采用捕获概率、平均捕获时间、码跟踪误差、载波跟踪误差、误码率、伪距测量误差来评估不同干扰对北斗接收机捕获、跟踪、授时解调性能的影响。第二,根据民航授时系统特性,选取单差载波时间传递算法,分析单差载波相位时间传递算法原理及优缺点,选取典型测站,对不同基线下两站点的时间传递精度及稳定度进行评估;同时利用战时干扰环境实例及地面跟踪站的IGS数据,分析受干扰情况下站点的授时精度及时间传递稳定度。第三,阐述对民航空管授时系统影响较大的干扰信号,并对含干扰信号进行干扰抑制;研究传统自适应滤波算法,并利用箕舌线函数对自适应最小均方算法进行改进,仿真分析算法性能,最后结合北斗接收机信号处理性能指标对改进算法进行验证,加入干扰算法后的接收机跟踪误差收敛更快且误差较小,定位及授时精度相较未抑制之前提升近3倍,且稳定度更好。