低轨卫星导航增强技术——机遇与挑战
发布时间：2021-01-13 06:20
在我国北斗卫星导航系统（北斗系统）初步实现全球能力覆盖的背景下,低轨卫星导航增强（LEO-NA）技术因其易于与北斗系统协同来提高全球自主导航精度、拓展全球卫星导航应用市场的巨大潜力而成为研究热点。本文梳理了发展导航增强技术的现实需求,分析了导航增强技术以及LEO-NA技术的发展现状,重点介绍了我国"珞珈一号"关键技术在轨验证的进展情况。在此基础上,研判了LEO-NA系统未来发展面临的技术挑战,如导航增强频率的兼容互操作、通信/导航信号一体化设计、低轨卫星星座管控、高动态导航增强信号捕获与跟踪、与现有导航系统的融合等。研究提出,针对我国发展LEO-NA技术的迫切需求,可着重在以下方面开展工作:加强系统顶层设计并充分利用现有资源,注重LEO-NA系统与北斗系统的协同增效;促进通信、导航、遥感功能融合,分步骤分层次构建天基信息实时服务系统;将卫星工程与地面基础设施统一规划考虑,实行星地一体化建设。
【文章来源】：中国工程科学. 2020,22(02)北大核心
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
卫星导航增强系统的分类及典型导航增强系统[11～15]
“珞珈一号”科学实验卫星主要用于开展夜光遥感和LEO-NA技术的在轨试验（见图3）。卫星配置了2套GPS/BDS接收天线，可接收GPS、北斗双模四频观测数据，用于在轨数据处理、精密轨道和时钟信息计算，生成双频测距信息播发至地面。地面接收机同时接收GPS、北斗、“珞珈一号”的测距信号，进行联合定位以提升定位性能，尤其是缩短PPP收敛时间。“珞珈一号”配置的适用于微小卫星搭载的专用导航增强载荷，在星上信号收发隔离、星上高精度时间维持、载荷小型化、低功耗设计等关键技术方面取得了突破。地面配置的接收机样机为全新研制，根据LEO-NA信号的特性进行了优化，提升了低轨卫星捕获灵敏度和跟踪精度，并可同时捕获和跟踪GPS、北斗导航信号以及“珞珈一号”导航增强信号（见图4）。
“珞珈一号”科学实验卫星成功完成在轨导航增强技术试验，地面接收机成功捕获并跟踪LEO-NA信号，实现了导航增强信号载噪比的大幅提升。卫星信号过境期间的天空图和双频导航增强信号的载噪比见图5，体现了珞珈一号双频导航增强信号（H1信号和H2信号）跟踪的连续和稳定。试验过程中，“珞珈一号”卫星信号载噪比始终处于正常区间，由此体现了“珞珈一号”卫星LEO-NA方案的技术可行性。另外，“珞珈一号”卫星的双频信号评估表明，导航增强信号的伪距和载波相位的测量精度，与卫星高度角之间存在显著的相关性；利用低成本晶振所产生的导航增强信号，对其载波相位的观测精度也达到了毫米级。“珞珈一号”卫星的导航增强信号质量满足设计指标要求，为我国LEO-NA技术领域积累了第一手的实测数据和在轨测试经验[37,39]。综合来看，“珞珈一号”卫星导航增强实验在载荷设计、信号体制设计、关键元器件选型与指标论证、低轨导航增强信号接收机设计、信号监测与评估以及LEO-NA数据处理等多个方面取得重要进展，为我国未来LEO-NA系统的建设提供了借鉴。
【参考文献】：
期刊论文
[1]导航与遥感技术融合综述[J]. 陈锐志,王磊,李德仁,陈亮,付文举. 测绘学报. 2019(12)
[2]北斗三号导航定位技术体制与服务性能[J]. 郭树人,蔡洪亮,孟轶男,耿长江,贾小林,毛悦,耿涛,饶永南,张慧君,谢新. 测绘学报. 2019(07)
[3]低轨卫星对导航卫星星座轨道测定的增强作用[J]. 杨宇飞,杨元喜,徐君毅,许扬胤,赵昂. 武汉大学学报(信息科学版). 2020(01)
[4]卫星导航增强系统建设与发展[J]. 郭树人,刘成,高为广,卢鋆. 全球定位系统. 2019(02)
[5]基于铱星机会信号的定位技术[J]. 秦红磊,谭滋中,丛丽,赵超. 北京航空航天大学学报. 2019(09)
[6]珞珈一号低轨卫星导航增强系统信号质量评估[J]. 王磊,陈锐志,李德仁,蔚保国,伍蔡伦. 武汉大学学报(信息科学版). 2018(12)
[7]弹性PNT基本框架[J]. 杨元喜. 测绘学报. 2018(07)
[8]论军民融合的卫星通信、遥感、导航一体天基信息实时服务系统[J]. 李德仁,沈欣,李迪龙,李仕学. 武汉大学学报(信息科学版). 2017(11)
[9]风云3C增强北斗定轨试验结果与分析[J]. 曾添,隋立芬,贾小林,计国锋,张清华. 测绘学报. 2017(07)
[10]低轨导航增强卫星的轨道状态型星历参数设计[J]. 方善传,杜兰,周佩元,路余,张中凯,刘泽军. 测绘学报. 2016(08)
博士论文
[1]低轨小卫星移动通信与定位关键技术研究[D]. 卓永宁.电子科技大学 2006
硕士论文
[1]低轨卫星增强导航技术研究[D]. 杨波.电子科技大学 2017
本文编号：2974378
【文章来源】：中国工程科学. 2020,22(02)北大核心
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
卫星导航增强系统的分类及典型导航增强系统[11～15]
“珞珈一号”科学实验卫星主要用于开展夜光遥感和LEO-NA技术的在轨试验（见图3）。卫星配置了2套GPS/BDS接收天线，可接收GPS、北斗双模四频观测数据，用于在轨数据处理、精密轨道和时钟信息计算，生成双频测距信息播发至地面。地面接收机同时接收GPS、北斗、“珞珈一号”的测距信号，进行联合定位以提升定位性能，尤其是缩短PPP收敛时间。“珞珈一号”配置的适用于微小卫星搭载的专用导航增强载荷，在星上信号收发隔离、星上高精度时间维持、载荷小型化、低功耗设计等关键技术方面取得了突破。地面配置的接收机样机为全新研制，根据LEO-NA信号的特性进行了优化，提升了低轨卫星捕获灵敏度和跟踪精度，并可同时捕获和跟踪GPS、北斗导航信号以及“珞珈一号”导航增强信号（见图4）。
“珞珈一号”科学实验卫星成功完成在轨导航增强技术试验，地面接收机成功捕获并跟踪LEO-NA信号，实现了导航增强信号载噪比的大幅提升。卫星信号过境期间的天空图和双频导航增强信号的载噪比见图5，体现了珞珈一号双频导航增强信号（H1信号和H2信号）跟踪的连续和稳定。试验过程中，“珞珈一号”卫星信号载噪比始终处于正常区间，由此体现了“珞珈一号”卫星LEO-NA方案的技术可行性。另外，“珞珈一号”卫星的双频信号评估表明，导航增强信号的伪距和载波相位的测量精度，与卫星高度角之间存在显著的相关性；利用低成本晶振所产生的导航增强信号，对其载波相位的观测精度也达到了毫米级。“珞珈一号”卫星的导航增强信号质量满足设计指标要求，为我国LEO-NA技术领域积累了第一手的实测数据和在轨测试经验[37,39]。综合来看，“珞珈一号”卫星导航增强实验在载荷设计、信号体制设计、关键元器件选型与指标论证、低轨导航增强信号接收机设计、信号监测与评估以及LEO-NA数据处理等多个方面取得重要进展，为我国未来LEO-NA系统的建设提供了借鉴。
【参考文献】：
期刊论文
[1]导航与遥感技术融合综述[J]. 陈锐志,王磊,李德仁,陈亮,付文举. 测绘学报. 2019(12)
[2]北斗三号导航定位技术体制与服务性能[J]. 郭树人,蔡洪亮,孟轶男,耿长江,贾小林,毛悦,耿涛,饶永南,张慧君,谢新. 测绘学报. 2019(07)
[3]低轨卫星对导航卫星星座轨道测定的增强作用[J]. 杨宇飞,杨元喜,徐君毅,许扬胤,赵昂. 武汉大学学报(信息科学版). 2020(01)
[4]卫星导航增强系统建设与发展[J]. 郭树人,刘成,高为广,卢鋆. 全球定位系统. 2019(02)
[5]基于铱星机会信号的定位技术[J]. 秦红磊,谭滋中,丛丽,赵超. 北京航空航天大学学报. 2019(09)
[6]珞珈一号低轨卫星导航增强系统信号质量评估[J]. 王磊,陈锐志,李德仁,蔚保国,伍蔡伦. 武汉大学学报(信息科学版). 2018(12)
[7]弹性PNT基本框架[J]. 杨元喜. 测绘学报. 2018(07)
[8]论军民融合的卫星通信、遥感、导航一体天基信息实时服务系统[J]. 李德仁,沈欣,李迪龙,李仕学. 武汉大学学报(信息科学版). 2017(11)
[9]风云3C增强北斗定轨试验结果与分析[J]. 曾添,隋立芬,贾小林,计国锋,张清华. 测绘学报. 2017(07)
[10]低轨导航增强卫星的轨道状态型星历参数设计[J]. 方善传,杜兰,周佩元,路余,张中凯,刘泽军. 测绘学报. 2016(08)
博士论文
[1]低轨小卫星移动通信与定位关键技术研究[D]. 卓永宁.电子科技大学 2006
硕士论文
[1]低轨卫星增强导航技术研究[D]. 杨波.电子科技大学 2017
本文编号：2974378
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