GNSS信号与服务质量监测评估技术研究

作     者：靳乐怡 

作者单位：中国电子科技集团公司电子科学研究院 

学位级别：硕士

导师姓名：王珏

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 081105[工学-导航、制导与控制] 0804[工学-仪器科学与技术] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：卫星导航 监测评估 信号质量监测 功率增强 弹性功率 LSTM预测 

摘      要：在全球卫星导航系统信号体制及现代化升级手段越来越复杂的情况下,卫星导航的信号质量多维度监测、卫星功率增强的实时监测及服务性能的长期可信监测能力存在不足,难以满足我国未来的时空基准保障需求。目前各卫星导航系统信号质量监测主要是通过事后分析,实时性和监测效率无法同时得以保证。在此背景下,开展卫星导航系统多维度实时监测评估的技术研究,在信号层面上解决卫星功率增强监测实时性差的问题,在信息层面上解决GNSS服务性能缺乏长期可信监测的问题。本文的主要研究内容包括:1.针对具有可编程功率输出能力卫星的4种功率增强模式开展研究,从调制参数与I支路功率方面对弹性功率原理进行推导分析,并提出了基于弹性功率原理的卫星功率增强实时监测方法,对GPS P(Y)码实测数据进行了监测分析,可在30秒内对卫星增强动作做出监测评估结果,证明该方法可以有效地进行功率增强实时监测。2.为解决GNSS服务性能长期可信监测问题,设计了基于LSTM神经网络的卫星导航服务性能预测方法,对表征星座构型性能的PDOP与面向用户提供服务的定位精度进行了趋势性预测,并将预测结果与基于星历数据的推算结果进行对比分析。结果表明,在PDOP方面,BDS和GPS的LSTM预测结果比依据星历预测结果均值准确度分别提高了5.15%和3.89%,在定位精度方面,BDS和GPS的LSTM预测结果比依据星历和用户等效测距误差预测结果均值准确度分别提高了79.64%和73.77%。3.基于当前现代化卫星导航信号体制,以多层次多维度视角,设计信号质量监测评估方案与GNSS监测评估系统架构。同时对BDS、GPS、Galileo、GLONASS信息层面的卫星导航信息进行监测,实现星座状态、导航信号、导航信息、服务性能的正确性和系统级监测。经多天实测和评估指标对比表明:我国北斗系统信号质量及服务性能良好,与GPS等其它导航系统信号质量及服务性能相当,且在亚太重点区域北斗系统的信号质量及服务性能可达到最佳。