Abstract:

不断扩展的导航应用场景对导航系统服务能力提出了更高要求。针对现有卫星导航系统及其增强系统面临的问题，剖析了国内外低轨卫星技术特点及发展趋势，阐述了一种基于低轨星座的卫星导航增强系统架构及原理，针对系统设计中存在的关键技术进行了分析，提出了解决思路和发展建议。

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针对GPS拒止环境的多移动机器人定位问题，提出了一种基于容积卡尔曼滤波（CKF） 的分布式协作定位方法（DCL-CKF）。在该方法中每个移动机器人无需存储测量值，只需保持对自身的最新估计，且只有当两个移动机器人获得彼此的相对测量值时，才发生信息交换，节省了存储成本并提高了通讯效率。此外，通过引入 CKF 算法降低了非线性函数线性化的误差，提升了定位精度。蒙特卡罗仿真表明，DCL-CKF 能够获得移动机器人状态一致估计，在定位精度上相较于分布式扩展卡尔曼滤波（EKF）定位算法平均提升了 21.68%。实验结果表明，DCL-CKF 能够获得移动机器人状态一致估计，在定位精度上相较于分布式EKF定位算法提升了32.25%。

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不断扩展的导航应用场景对导航系统服务能力提出了更高要求。针对现有卫星导航系统及其增强系统面临的问题，剖析了国内外低轨卫星技术特点及发展趋势，阐述了一种基于低轨星座的卫星导航增强系统架构及原理，针对系统设计中存在的关键技术进行了分析，提出了解决思路和发展建议。

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全球导航卫星系统（GNSS）卫星与GNSS接收机相对距离遥远，到达GNSS接收机的卫星导航信号信噪比较低，GNSS接收机不易估计导航信号多普勒频率。另一方面，接收机工作在高动态环境也会导致接收到的卫星导航信号信噪比差。因此，研究了串行搜索算法、并行频率搜索算法和并行码相位搜索算法的原理以及在低信噪比条件下的适应能力，为接收机捕获算法的设计提供参考。

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由于卫星导航信号的脆弱性，多普勒甚高频全向信标（DVOR）仍然是一种重要的航空导航基础设施。针对传统DVOR集成度低、精度不高等缺点，设计了一种基于矢量信号处理技术的DVOR。发射机利用直接数字频率合成器（DDS）等技术实现多种调制信号的射频直接生成，在信号形成中提供射频（RF）实时控制回路，输出信号稳定，并保证多通道相位相干。利用高速模数转换器（ADC）直接RF采样进行监视器信号处理，提高系统完好性。经过测试表明， 设备性能稳定，完全满足相关标准规范要求。

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基于附加二次相位因子（ASF）数据库对存储资源的最少利用和精度指标要求，采用对初始经纬度网格的定义与划分、网格中心点的选取与随机点的传播时延修正值（ASF值）计算，网格宽度随距中心点距离变化规律和随传播路径变化规律的提取与计算，得到最佳的经纬度网格宽度，用于ASF数据网格建立。通过仿真和实测，验证了方法的可行性。

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针对通航飞机缓解可控飞行撞地风险的实际应用需求，创新性地提出了一种基于卫星导航的机载导航设备设计。设备利用北斗星基增强系统高精度高完好的位置输出，向通航飞机提供进近引导指示、地形高度指示及地形告警功能，为通航飞机实现精密进近、改善低高度下的态势感知提供了一种较低成本的解决方案。

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随着数字化技术的不断发展，机载导航信息显示由简单、传统的单一信息，逐渐发展为集成、多维的综合信息显示。在实际飞行训练中，通过数字化和可视化技术，可以将整个飞行过程中各单一信息转化为综合显示，从而有效提升飞行员感知能力，能够使飞行员在日常飞行训练过程中，有效借助数字航图设备，从而提高任务执行能力。以综合座舱显示为研究重点，结合实际训练过程，设计了一种基于数字可视技术的数字航图设备硬件，并定义了接口传输信息设计思路。通过验证，基于设计的数字航图设备可以为综合座舱显示控制系统提供重要参数，有效增强复杂环境下的飞行任务执行能力。

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近距空中支援作战需要多个作战单元密切协同，为各作战单元之间建立可靠、互操作的通信网络成为近距空中支援作战任务制胜的关键。首先简述美军近距空中支援任务中涉及的作战单元及其通信装备，最后以美军近距空中支援任务中各指挥机构和作战单元间通信链路为切入点，重点对美军近距空中支援作战中使用的通信网络进行研究。

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数据链系统能够在全网内进行目标共享，形成统一的战场态势，主要讨论了数据链系统中的航迹协调方式，通过航迹报告职责、相关与解相关流程管理，航迹协调员能够实现网内航迹融合共享，可有效支持数据链网内情报系统的信息共享，为目标打击提供支撑。

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H桥驱动感性负载时，负载电流方向的改变会带来dv/dt 噪声，从而使得桥臂上功率管的输出电流带有尖峰，恶化电路的电磁干扰（EMI）特性。为进一步降低功率管启动过程中的di/dt 噪声和功率管启动中的电流峰值，在阐述了功率管弥勒平台及H桥开关特性的基础上， 提出了一种可快速启动且具有低反向恢复电流峰值的全桥驱动电路。最后基于0.18 μm BCD工艺进行仿真，在10~40 V的电源范围、2.5 A的最大工作电流的条件下，所设计电路具有300 ns的快速启动时间和452 mA的低功率管反向恢复电流的峰值。

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提出了一种加载双层金属方环电磁超材料天线罩的高增益微带天线。该天线罩位于矩形微带天线正上方30 mm处，仿真结果显示，它将微带天线辐射波球面波前修正为准平面波波前，从而使天线增益提升了2.5 dB。同时，该天线罩具备的宽带频率选择特性降低了天线雷达散射截面（RCS）。

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相控阵天线的电扫描特性具有扫描灵活、指向精确、可靠性高和抗干扰能力强等特点，高效的波束控制系统在其中发挥着至关重要的作用。设计了一种基于系统级芯片（SoC）架构的相控阵天线波束控制系统，该系统选用SoC芯片，在此基础上完成系统的硬件设计和软件设计并进行了仿真测试验证，该系统充分利用SoC处理器的特点，提高了波束控制系统的精度和实时性，并基于某系统平台验证了该相控阵天线波束控制系统的有效性和实用性。

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通过接入仿真器升级程序复杂繁琐，且在外场升级维护时更加不便，针对这种问题， 提出了一种基于以太网实现的国产系统级芯片（SOC）软件在线升级方式。研究并实现国产SOC 芯片的在线升级过程。该方式采用双网段来提高系统的容错性，并且基于国产 SOC 芯片的自身特点，完善在线升级后的掉电顺序来进一步确保升级过程的稳定。此方法已在某航天综合控制器上得到应用，并且可以支持多块板卡的同时升级，证明了此升级方法的便捷性与可靠性，具有一定的工程应用价值。

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设计了一种可靠的多速率帧同步算法，给出了具体的设计方案及其在现场可编程门阵列（FPGA）上的实现方法。设计中采用了集中式插入法的帧同步实现方案，可并行处理 8 种不同速率进行帧同步，并进行充分的仿真测试验证。在硬件平台上进行接收灵敏度测试，测试结果表明，实现的帧同步功能在低性噪比的情况下能够实现数据的可靠传输。

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地基增强系统(GBAS)作为一种民用航空领域的新兴技术，能够为飞机提供 I 类精密进近(CAT I)甚至更高精密进近、着陆引导服务，电离层活动是影响 GBAS 服务性能的重要因素之一，因此需要对电离层活动情况进行监测并评估。基于单站法利用实际接收的双频 GPS 数据对咸阳机场的电离层活动进行长期监测，并对监测期内 GBAS 服务性能进行仿真评估。结果表明，监测期内西安咸阳国际机场电离层活跃程度较低，GBAS 服务性能未受电离层影响，可以满足 I 类精密进近的性能要求。

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北斗星基增强系统(BDSBAS)作为北斗卫星导航系统的重要组成部分，不仅是解决关键行业高完好性需求的重要手段，也是应对国际激烈竞争的重要举措，还是北斗应用走向国际的重要助力。BDSBAS 地面监测站负责卫星信号的采集、分析、预处理工作，作为提供关键数据的基础设施，合理的选址在北斗星基增强系统建设过程中尤为重要，直接影响着 BDSBAS 系统的性能。主要研究分析电磁干扰、GNSS 天线遮蔽角、多路径干扰、收星数、精度因子(DOP)、 观测值精度等因素对监测站站址选择的影响，结合理论基础与真实数据，提出了一种基于理想解排序算法的综合评价办法，来解决在有限方案中监测站最佳位置的选择问题，为后续的站点布设提供参考数据与依据。

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传统的北斗定位可以解决大部分场景下的位置定位问题，设计了一种北斗与超宽带的组合定位模型，主要应用在卫星信号受到严重遮蔽的区域，此时利用超宽带辅助定位可以对缺少的北斗观测量进行补足，同时对超宽带基站的合理布设进行进一步分析，使其在复杂的区域内依旧满足用户的定位需求。

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针对星敏异常量测对组合系统状态估计性能的影响，提出一种基于 Huber 鲁棒性估计理论的惯性/天文组合导航滤波算法。通过对广义极大似然估计理论的详细推导，给出了基于 Huber 鲁棒性估计的 Kalman 滤波（简称 H-EKF）算法流程，并基于跑车数据进行算法性能对比验证。结果表明，该算法对星敏异常量测噪声具有很好的鲁棒抑制性，与传统 Kalman 滤波算法相比，对陀螺常值漂移的估计精度和稳定性均有所提升，有效保证了惯性/天文组合系统导航精度。

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由于航向台电磁辐射场的有效覆盖范围与其部署的海拔高度、周边地形条件存在密切关系，因此，针对航向台周围的地形环境，设计了 LOC 天线模型，搭建了高性能 GIS 平台， 构建了基于 SRTM 数据的高程数字地形模型，并结合无线电信号传输模型和衰减模型，运用 Deygout 算法预测无线电在地形遮蔽下的衍射损耗值，最后实现了对航向台无线电在地形下的覆盖范围仿真评估系统的软件设计，该软件可对航向台无线电的有效覆盖范围进行仿真分析评估。

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下一代导航系统拟纳入低轨卫星（LEO）作为增强和备份。研究了地面基准站网与星载GNSS融合的高中低轨卫星联合精密定轨（POD）理论与方法，基于实测国际地面站（IGS）和低轨卫星星载GNSS数据，通过建立高精度动力学模型和观测模型，根据全球测站和区域测站两种情况进行了导航星与低轨星的联合精密定轨试验。结果表明，联合定轨可同时获得导航星和低轨星厘米级的定轨精度。低轨星作为高动态天基测站，对导航星定轨精度的提升程度可达20%~90%。

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概括介绍了GBAS进近服务类型及技术，总结了基于单频实现I类、II/III类精密精进的GBAS进近服务类型GAST C和GAST D的要点、国际标准现状和应用实施情况，详细介绍了SESAR DFMC GBAS概念框架下GAST F的技术要点，并重点分析和介绍了播发原始观测量的技术体制下实现DFMC GBAS的解决方案，包括算法处理流程、回退模式、电文和数据链路容量，为兼容北斗的DFMC GBAS的技术发展提供参考。

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针对卫星导航接收机经常受到窄带干扰影响的问题，研究块处理频域抗窄带干扰算法性能及参数选取，给出了可应用的信号处理框图，并仿真块处理频域自适应抗窄带干扰算法效果，验证了所用算法的性能及优势。

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针对当前信息化战争背景下卫星导航装备对无线测试环境的应用需求，结合现阶段国内外暗室发展现状，对矩形、穹形两种暗室进行选型分析，从静区特性、应用性能等方面进行系统仿真分析，最终采用穹形暗室作为暗室选型方案。通过满天星天线布局，模拟真实环境中的卫星轨迹和信号，构建与真实环境高度逼真的无线测试环境，能够有效支撑卫星导航装备尤其是波束成形抗干扰终端的测试，填补了国内在穹形满天星暗室方面的设计空白，可指导工程实践应用。

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推导了大方位失准角条件下，捷联惯导系统(SINS)静基座初始对准非线性误差模型，提出一种基于插值粒子滤波(DDPF)的 SINS 静基座初始对准方法。分析了插值非线性滤波原理，结合插值滤波和粒子滤波的特点，利用二阶插值滤波算法得到粒子滤波的重要性密度函数。 在静基座状态下分别基于 DDF 和 DDPF 滤波算法进行初始对准仿真实验。仿真结果表明，大方位失准角的情况下，DDPF 非线性滤波具有更快的收敛速度和更高的对准精度。

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针对日益增长的北斗授时时统零值标定需求，在建立北斗授时链路时间传递模型的基础上，深入研究了 5 种北斗授时时统零值标定技术的标定原理及其优势和不足，并利用不同型号北斗授时时统开展了零值标定实验验证。结果表明，5 种零值标定技术可分别实现不超过 0.1 ns、 0.9 ns、1.5 ns、2.0 ns、2.8 ns 的零值标定，分别适用于少量超高精度标定、小批量较高精度标定、 大批量自动化标定、日常巡检标定、快捷粗略标定等不同类型的北斗授时时统零值标定应用场合， 具有良好的工程应用价值。

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介绍了国内外星基增强系统的概况，并研究了基于卫星导航系统的性能评估技术， 结合中国拥有完整知识产权的北斗星基增强导航系统的应用，设计并实现了一套基于北斗星基增强系统的性能评估系统，通过对位置和保护级进行解算，进而对精度、完好性、连续性及可用性等性能指标进行分析与评价。

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在卫星通信链路中，串口通信故障往往涉及多个设备，若不能准确定位故障点，将影响通信任务执行。为快速定位串口通信问题，在研究串口通信模式和通信协议基础上，选取适当硬件模块，设计相应控制软件，搭建串口检测平台，将信道设备与检测平台进行连接和测试， 实现待测设备性能评估和串口状态诊断功能，为快速处置设备问题、提升设备维护效率提供支持。

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当降级采用综导信息进行传递对准时，由于舰艇综导信息与舰载装备距离较远，舰船的挠曲变形、信息时延与不同步对主、子惯导之间的传递对准精度有较大的影响。借鉴大型舰船变形模型，将舰船挠曲变形、量测时延等相关变量列入状态方程，能够显著降低挠曲变形、时延对传递对准精度的影响；并针对不同步量测信息设计序贯卡尔曼滤波器，完成对子惯导姿态的估计。仿真结果表明，该方法满足舰载制导武器传递对准的高精度和快速性要求，具有工程应用价值。

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随着全球导航卫星系统（GNSS）地基增强系统（GBAS）在机场的长期使用，能够实现回溯历史数据、模拟卫星系统故障、进行GBAS运行性能的验证分析和问题定位，就显得很有必要，而如何使用GBAS系统记录的历史数据是实现以上功能的先决条件。通过研究实现了一套针对于GBAS原始数据的数据回放系统，方便了GBAS系统后期历史场景复现、问题定位和系统的性能验证和分析。

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基于数据链测距的相对导航是卫星拒止情况下编队任务的重要导航手段，介绍了相对导航系统组成和工作原理，针对异步到达时间（TOA）测量、可观测性欠缺和惯导误差持续发散，尤其是成员间距较近、距离估计误差与实际距离相比占比较大时极易错误的相对定位问题，研究了基于误差累加校正的相对导航算法架构，建立了滤波状态和量测方程，开展了外场情况下的试验验证。研究表明，采用的相对导航算法，对于成员间距较近情形下相对导航定位精度和稳定性具有良好的性能表现。

Abstract:

海洋存在温度、盐度突变的海水跃层，会大幅改变海水浮力导致水下潜航器急剧下沉或上浮造成巨大危害，因此温度、盐度和深度数据是潜航器在水下导航的重要环境参数，已越来越多地被应用于潜航器的水下多源融合导航。近年来随着水下导航精度的不断提升，对温盐深数据的精度要求也越来越高，而提高传感器及采集电路的稳定性与精度、优化数据标定方法是保障数据精度的关键。传统温盐深数据采集与标定方法存在稳定性差、精度低等缺点，因此提出了一种基于最小二乘法的温盐深数据采集与标定方法，旨在提高测量精度的同时降低成本与设计难度，便于产品的工程实现。相比传统方法，本方法精度提升1个数量级，达到JJG 763-2019的一级计量要求。

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通过国际卫星导航服务组织（IGS）采集的10 km 短基线测量数据，分析了BDS 双频、GPS 双频和BDS/GPS 组合双频的相对定位精度，结果表明，三种组合的定位精度误差均可达到厘米级，BDS 相对定位精度优于GPS，BDS/GPS 组合系统精度最高，相比单系统在E、N、U 三个方向均有明显提升，其中E 方向最大提升16%，N 方向最大提升18%，U 方向最大提升17%。

Abstract:

卫星信号地面监测系统无人值守、长期运行的特点，以及设备数量众多、交互复杂的现实状态使得对监测系统健康状态进行评估至关重要。通过对监测系统运行数据进行合理设计和处理，设计并训练回归神经网络学习挖掘监测系统运行数据的内在规律，从而实现监测系统全生命周期内健康状态评估预测，对运行数据表达出系统出现故障隐患的状态进行识别，达到故障预警的效果，从而将监测系统的事后运维方式提前至事前运维，减少监测系统故障发生率，有利于提高监测系统稳定可靠能力。

Abstract:

地磁暴是地球近空间环境中经常发生的一种自然现象，为了分析地磁暴这一自然现象对全球卫星导航系统（GNSS）伪距定位性能影响情况，基于国际GNSS服务（IGS）的5个测站观测数据对2023年3月24日地磁暴事件发生前后GPS定位的伪距单点定位性能进行分析。结果表明：在发生地磁暴现象时，电离层GPS-K8改正模型的精度显著下降，影响单频基本导航用户的定位结果，但伪距单点定位精度仍在标准范围内。