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卫星导航接收机鉴相器有限字长效应研究刘小汇;黄龙【摘要】卫星导航接收机跟踪信号的能力取决于锁相环的跟踪精度,相位鉴别器在锁相环设计中具有重要地位.针对点积鉴相器和二象限反正切鉴相器在输入信号有限字长效应下,对鉴相器性能的影响问题,建立了鉴相器有限字长误差模型.通过理论推导输入信号的统计特性,计算得到鉴相器输入信号均值和方差表达式,并分析了有限字长对鉴相器的均值和方差、收敛区间和鉴别增益的影响情况.由理论和仿真验证,得出了鉴相器在输入信号有效位数3比特以上时,对环路跟踪精度没有影响的结论.【期刊名称】《国防科技大学学报》【年(卷),期】2013(035)002【总页数】6页(P87-92)【关键词】锁相环;相位鉴别器;点积鉴相器;反正切鉴相器;有限字长【作者】刘小汇;黄龙【作者单位】国防科技大学电子科学与工程学院,湖南长沙410073;国防科技大学电子科学与工程学院,湖南长沙410073【正文语种】中文【中图分类】TN967.1卫星导航接收机在信号捕获后，为了获得对导航电文和观测量的精确估计，需要稳定精确跟踪信号的载波相位和频率的变化。
由于实现方式简单，目前接收机通常采用锁频环(FLL)和锁相环(PLL)来实现载波频率、相位的跟踪［1］。
锁相环具有获取相干载波用于解调导航电文、获取载波相位用于计算运动速度和高精度定位、获得多普勒频偏用于辅助码环等功能，因此锁相环的性能将直接影响接收机的性能。
为了适应导航数据相位跳变所造成的输入信号翻转，锁相环通常采用COSTAS环来实现。
鉴相器是环路设计中的重要部分，主要用来计算本地复制载波与输入信号载波的相位误差，常用的鉴相器有四种［2］，由于点积鉴相器的运算量小、在低载噪比下性能最优，二象限反正切鉴相器(以下简称反正切鉴相器)在高载噪比下性能最好［3］，使得这两种鉴相器在接收机设计中使用较频繁。
在实际应用中影响相位鉴别器的指标有线性鉴别范围(收敛区间)、鉴别误差和运算量大小。
一、GPS/北斗系统及其定位原理ＧＰＳ／全球定位系统（英语：Global Positioning System，通常简称GPS），又称全球卫星定位系统，是一个中距离圆型轨道卫星导航系统。
它可以为地球表面绝大部分地区（98%）提供准确的定位、测速和高精度的时间标准。
系统由美国国防部研制和维护，可满足位于全球任何地方或近地空间的军事用户连续精确的确定三维位置、三维运动和时间的需要。
该系统包括太空中的24颗GPS卫星；地面上1个主控站、3个数据注入站和5个监测站及作为用户端的GPS接收机。
最少只需其中3颗卫星，就能迅速确定用户端在地球上所处的位置及海拔高度；所能收联接到的卫星数越多，解码出来的位置就越精确。
该系统由美国政府于1970年代开始进行研制并于1994年全面建成。
使用者只需拥有GPS接收机即可使用该服务，无需另外付费。
GPS信号分为民用的标准定位服务（SPS，Standard Positioning Service）和军规的精确定位服务（PPS，Precise Positioning Service）两类。
由于SPS无须任何授权即可任意使用，原本美国因为担心敌对国家或组织会利用SPS对美国发动攻击，故在民用讯号中人为地加入选择性误差（即SA政策，Selective Availability）以降低其精确度，使其最终定位精确度大概在100米左右；军规的精度在十米以下。
2000年以后，克林顿政府决定取消对民用讯号的干扰。
因此，现在民用GPS也可以达到十米左右的定位精度。
GPS系统拥有如下多种优点：使用低频讯号，纵使天候不佳仍能保持相当的讯号穿透性；全球覆盖（高达98%）；三维定速定时高精度；快速、省时、高效率；应用广泛、多功能；可移动定位；不同于双星定位系统，使用过程中接收机不需要发出任何信号增加了隐蔽性，提高了其军事应用效能。
GPS系统的组成一个随着地球自转的GPS卫星星座例子。
在此例子中，可接收到的卫星数量是以北纬45°为基准，而此数量会随着时间而变动。
北斗卫星导航系统空间信号授时设计分析摘要北斗卫星导航系统是中国着眼于国家安全和经济社会发展需要，自主建设、独立运行的卫星导航系统，是为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务的国家重要空间基础设施。
北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具短报文通信能力，已经初步具备区域导航、定位和授时能力，定位精度10米，测速精度0.2米/秒，授时精度10纳秒。
随着北斗系统建设和服务能力的发展，相关产品已广泛应用于交通运输、海洋渔业、水文监测、气象预报、测绘地理信息、森林防火、通信时统、电力调度、救灾减灾、应急搜救等领域，逐步渗透到人类社会生产和人们生活的方方面面，为全球经济和社会发展注入新的活力。
关键词：卫星导航系统；精准授时；卫星定位；北斗系统目录摘要 (1)第1章绪论 (1)1.1 课题研究背景 (1)1.2 理论概述 (1)第2章北斗系统 (2)2.1北斗一号 (2)2.2北斗二号 (2)第3章授时分析 (3)3.1基本概念 (3)3.2授时原理 (3)3.3北斗授时 (5)第4章误差分析 (6)第5章总结 (6)参考文献 (8)第1章绪论1.1 课题研究背景中国北斗卫星导航系统（英文名称：BeiDou Navigation Satellite System，简称BDS）是中国自行研制的全球卫星导航系统，也是继GPS、GLONASS之后的第三个成熟的卫星导航系统。
北斗卫星导航系统（BDS）和美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧盟GALILEO，是联合国卫星导航委员会已认定的供应商。
2020年6月23日，北斗三号最后一颗全球组网卫星在西昌卫星发射中心点火升空。
北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具短报文通信能力，已经初步具备区域导航、定位和授时能力，定位精度10米，测速精度0.2米/秒，授时精度10纳秒。
北斗定位课程设计一、教学目标本课程旨在让学生了解和掌握北斗定位系统的基本原理、技术特点及其应用。
通过本课程的学习，学生将能够：1.描述北斗定位系统的基本组成、工作原理和功能特点。
2.解释北斗定位技术在各个领域的应用，如交通、海洋、地质勘探等。
3.运用北斗定位技术解决实际问题，如定位、导航、测量等。
4.了解我国北斗定位系统的发展历程、现状和未来发展趋势。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.北斗定位系统的基本原理：介绍北斗卫星、地面控制系统和用户接收机之间的相互关系，解释北斗定位信号的生成、传输和接收过程。
2.北斗定位技术的应用：分析北斗定位技术在交通、海洋、地质勘探等领域的具体应用案例，阐述其在这些领域中的重要作用。
3.北斗定位技术的实际应用：通过实际操作，让学生学会使用北斗定位设备进行定位、导航和测量，提高实际应用能力。
4.北斗定位系统的发展：介绍我国北斗定位系统的发展历程、现状和未来发展趋势，培养学生的民族自豪感和科技意识。
三、教学方法为了提高教学效果，本课程将采用多种教学方法相结合的方式进行教学：1.讲授法：通过讲解北斗定位系统的基本原理、技术特点和应用领域，使学生掌握相关知识。
2.案例分析法：分析具体案例，让学生了解北斗定位技术在实际生活中的应用，提高学生的实践能力。
3.实验法：学生进行实际操作，让学生亲身体验北斗定位技术的应用，提高学生的动手能力。
4.讨论法：鼓励学生积极参与课堂讨论，培养学生的思维能力、沟通能力和团队协作能力。
四、教学资源为了支持本课程的教学，我们将准备以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的北斗定位技术教材，为学生提供系统的学习资料。
2.参考书：推荐相关的参考书籍，丰富学生的知识体系。
3.多媒体资料：制作课件、视频等多媒体资料，生动展示北斗定位技术的相关内容。
4.实验设备：准备北斗定位实验设备，为学生提供实践操作的机会。
5.网络资源：利用互联网资源，为学生提供更多的学习资料和实时资讯。
北斗星基增强系统增强定位方法和效果研究
于敬巨;张如伟;张彦超;胡彩亮
【期刊名称】《遥测遥控》
【年(卷),期】2022(43)5
【摘要】北斗星基增强系统BDSBAS通过地球同步轨道卫星实时播发导航卫星星历改正数等增强信息,提高用户全球导航卫星系统定位精度,提升服务水平,是北斗全球卫星导航系统的重要组成部分。
根据相关标准协议文件研究了BDSBAS增强定位算法,并在自主研发的北斗星基增强系统监测接收机上设计实现了BDSBAS增强信号的接收,完成了单频和双频实时增强定位解算。
实测结果表明:BDSBAS-B1C增强信号能有效提高GPSL1C/A的单频定位精度,相比于标准服务单频定位结果,水平和高程方向精度分别提升了45.18%和70.61%,提升后定位精度在1 m左
右;BDSBAS-B2a增强信号能一定程度提高BDS B1C-B2a的双频无电离层组合定位精度,相比较于标准服务双频定位结果,水平和高程方向精度分别提升了6.15%和5.83%,提升后定位精度达到分米级。
【总页数】8页(P53-60)
【作者】于敬巨;张如伟;张彦超;胡彩亮
【作者单位】北京遥测技术研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TN967.1
【相关文献】
1.北斗星基增强系统列车定位应用研究
2.关于建设北斗星基广域增强系统研究
3.基于北斗星基增强辅助的PPP定位收敛方法研究
4.北斗星基增强系统的精确性研究
5.北斗星基增强系统单频服务区域可用性评估
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北斗导航系统发展史摘要：2016年6月12日，中国在西昌成功发射了第23颗北斗导航卫星。
此次成功发射的卫星将与其他的在轨卫星共同提供服务，为北斗导航系统从亚太区域系统转向全球服务奠定了基础。
作为我国自主开发建设的全球卫星导航系统，北斗与俄罗斯的GLONASS，美国的GPS以及欧洲的GALILEO并誉为四大全球卫星导航系统。
虽然在这四大导航系统中，北斗是最“年轻”的,但其正借着后发优势迎头赶上。
北斗已经同高铁一样，成为中国在世界上一张亮眼的名片。
回顾北斗系统发展的历程，不仅能让人体会到个中艰辛。
更能为我国科技建设提供值得参考的经验。
1. 全球卫星导航系统的起源1957年10月4日，前苏联成功发射了世界上第一颗人造卫星sputnik。
这颗卫星的构造非常简单，只是在密封的铝制外壳密封了一个化学电池、一只温度计和一台双频发报机。
但在当时，这颗卫星却引起了全世界科学家的关注。
美国约翰.霍普金斯大学的W.Guier和G.Wieffembach博士通过跟踪、检测该卫星所发出的信号发现：由于卫星与地面之间有着相对运动，接收到的电磁波信号存在多普勒频移。
如果在地面上位置已知点检测接收到的多普勒频移曲线，就可以计算出卫星的运行轨道。
但是反过来，如果已知了卫星的运行轨道，就能通过多普勒算出用户的位置，这就是卫星导航系统的最初构想。
如何在茫茫大海上定位军舰，对于美国海军来说一直是个大问题。
在苏联发射第一颗卫星之前，海军使用的是罗兰无线电远程导航系统。
罗兰是一种陆基双曲无线电导航系统，船舶通过计算出接收陆地上两个发射台信号的时间到达差，就可以将自己位置确定在以两个发射台为焦点的双曲线上。
再利用另外两个发射台，可以将位置确定在另一条双曲线上。
通过计算出双曲线的两个交点，采用估计位置排除出其中一个即可实现定位。
相较GPS，罗兰系统的作用范围有限（最远2000km），定位精度低（百米级），而且只能提供二维定位，在GPS出现后很快就逐渐被淘汰。
高精度北斗导航定位系统设计与实现导语：随着卫星导航技术的快速发展，全球定位系统（GPS）在生活中的应用越来越广泛。
而作为我国自主研发的全球卫星导航系统，北斗导航系统在提供导航定位服务方面具备独特的优势。
为了满足用户对于高精度定位需求，高精度北斗导航定位系统的设计与实现成为一个重要的研究方向。
本文将介绍高精度北斗导航定位系统的设计原理与实现方法。
一、设计原理高精度北斗导航定位系统主要包括信号接收与处理、数据计算与校正、定位算法与精度优化等模块。
下面将详细介绍这些模块的设计原理。
1. 信号接收与处理高精度北斗导航定位系统首先需要接收卫星发射的导航信号。
一般情况下，系统会选择多颗卫星进行信号接收，以提高定位精度。
接收到的信号需要进行预处理，包括频率同步、码相对齐等操作，以便后续的数据计算与校正。
2. 数据计算与校正接收到的导航信号中包含了多种参数，如卫星位置、钟差等。
系统需要对这些参数进行计算和校正，以获得更精确的定位结果。
数据计算与校正主要涉及导航星历解算、钟差修正等算法，采用高精度的数学模型来提高定位精度。
3. 定位算法与精度优化根据接收到的导航信号和经过计算与校正的参数，系统可以通过定位算法来估计用户的位置。
定位算法有多种，常用的包括最小二乘法（LS）、卡尔曼滤波（KF）等。
为了提高定位精度，系统还可以采用精度优化的方法，如差分定位、多智能体定位等技术。
二、实现方法高精度北斗导航定位系统的实现需要考虑多个方面的因素，包括硬件设备、软件算法以及系统架构等。
下面将介绍高精度北斗导航定位系统的实现方法。
1. 硬件设备高精度北斗导航定位系统的硬件设备包括天线、接收机、信号处理器等。
天线用于接收导航信号，接收机负责信号的放大和处理，信号处理器用于对信号进行解调和解码。
为了提高定位精度，硬件设备要具备高灵敏度和低噪声的特点。
2. 软件算法高精度北斗导航定位系统的软件算法是实现高精度定位的关键。
根据设计原理中提到的信号接收与处理、数据计算与校正、定位算法与精度优化等模块，可以选择合适的算法来实现系统功能。
北斗卫星的基本结构北斗卫星的基本结构由空间段、地面段和用户段三部分组成。
一、空间段1.星座北斗卫星导航系统的空间段计划由35颗卫星组成，包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星。
5颗静止轨道卫星定点位置为东经58.75°、80°、110.5°、140°和160°。
非静止轨道卫星由27颗中圆轨道卫星和3颗倾斜同步轨道卫星组成。
其中，中圆轨道卫星运行在3个轨道面上，轨道面之间相隔120°均匀分布。
至2012年年底北斗区域导航正式开通时，共发射了16颗卫星，其中14颗组网并提供服务，分别为5颗静止轨道卫星、5颗倾斜地球同步轨道卫星、4颗中圆轨道卫星。
相应的位置如下。
(1)静止轨道卫星的轨道高度为35 786km，分别定点于东经58.75°、80°、110.5°、140° 和160°。
(2)倾斜地球同步轨道卫星的轨道高度为35 7861an，轨道倾角为55°，分布在3个轨道面内，升交点赤经分别相差120°，其中3颗卫星的星下点轨迹重合，交叉点精度为东经118°，其余2颗卫星的星下点轨迹重合，交叉点精度为东经95°。
(3)中圆轨道卫星轨道高度为21528km，轨道倾角为55°，回归周期为7天13圈，相位从Walker24/3/1星座中选择，第一轨道面升交点赤经为0°。
4颗MEO卫星位于第一轨道面7、8相位、第二轨道面3、4相位。
二、地面段北斗卫星导航系统的地面段由主控站、注入站和监测站组成。
1、主控站用于系统运行管理与控制等。
主控站从监测站接收数据并进行处理，生成卫星导航电文和差分完好性信息，而后交由注入站执行信息的发送。
同时，主控站还负责管理、协调整个地面控制系统的工作。
2、注入站用于向卫星发送信号，对卫星进行控制管理，在接受主控站的调度后，将卫星导航电文和差分完好性信息向卫星发送。
