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【智库报告】卫星通信与导航系统的融合增强

【智库报告】卫星通信与导航系统的融合增强 北斗西虹桥
2019-02-28
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导读:通信卫星的特点是是高、中、低轨道都有分布,各种卫星系统非常复杂。通信卫星可分为三类,第一类属于高轨高通量卫星,北斗也可归在高轨道通信系统中;第二类是移动卫星通信系统;第三类是基于中低轨的卫星通信系统。

李广侠 陆军工程大学 教授

通信卫星的特点是是高、中、低轨道都有分布,各种卫星系统非常复杂。通信卫星可分为三类,第一类属于高轨高通量卫星,北斗也可归在高轨道通信系统中;第二类是移动卫星通信系统;第三类是基于中低轨的卫星通信系统。很多计划发射的通信卫星都属于第三类。另一种分类方式为:高通量卫星,即宽带卫星通信,以及窄带卫星通信。宽带卫星系统如鸿雁系统有窄带和宽带之分,囊括高、中、低三种轨道。

卫星导航系统和卫星通信系统的区别主要有两点:

(1) 星座不同。虽然二者均采用无线电方式进行通信,但以最简单的卫星通信系统为例,它仅需要一颗卫星就可实现全网通信。卫星导航则不行,必须有4颗以上卫星覆盖才能进行定位工作。

(2) 运营模式不同。卫星通信系统只需要有一个主站、一颗卫星就可以组成网络;但卫星导航系统除了需要一个主控站,还要有大量的监测站,以及对卫星进行信号上行注入。

(3) 信号不同。通信的目的是将信息解调出来,而导航是为了测量。虽然二者的工作方式和调制方式在很多方面可以互相借鉴,但是因为它们的主要任务和功能不同,所以无法使一方成为另一方的副产品。

卫星通信和导航如何融合?我们认为RDSS是通信和导航融合的一种方式。北斗3号有全球广告和通信功能,这是北斗3号的亮点,同时北斗的RSS信号增强已经开通。我们可以通过监测站采集高精度多频观测数据,经过控制中心的处理后生成信号,然后通过同步卫星发射波束,将信号发送给接收机,从而实现广域的精密定位。在国内和周边区域,北斗3号的单频定位精度已达到水平3米,高程4米。

国际上铱星GO,以及日本和印度卫星公司利用通信卫星播发GPS信号,均属于广域差分,经过测试发现效果较为理想,一星系统和GPS都表现出良好的导航信号抗干扰性能,在测试期里室内环境下也可收到GPS信号。我们在导航测试中进行的双向比对也是采用这种方式。

现在很多人在研究如何通过低轨卫星对导航进行增强,珞珈1号也进行了该实验。实际上增强包括多个方向,如精度增强、可用性增强和安全性增强。我们通过研究认为,低轨卫星可更多地用于可用性增强,精度增强则需要进一步的实验验证。

可用于增强的平台很多,低轨卫星只是其中一种。低轨卫星增强可以作为源,也可以作为中继,即信息的增强,同时还可以作为端,用作监测站对导航卫星的监测。卫星通信和导航融合的关键问题在于如何融合。

(1) 星座融合。现有星座是否既可以用作通信又可以用作导航?航天五院指出,我们现有的MEO卫星可以全部重新增加导航功能;中轨卫星中有16颗采用DFH3号,8颗采用DFH4号。

(2) 运控系统融合。因为通信接收方的信息是单独的,交换机、资源管理分配与地面网接口需要进一步规划。

(3) 信号融合。通信信号的特点是多频段高速率;导航信号的特点是单频段、低速率、多信道比,且S波段最多。

因此,我们认为通信与导航的结合点在于终端的融合,现在已经有部分单位在做这方面的工作。终端融合的另一个特点是适用范围广。

通信和导航可以相互增强。导航可以增强通信的系统容量,因为导航卫星拥有时间基准,同时通信可以增强导航精度。但是从信号运控的角度来看,二者的融合仍有很长的路要走。通信和导航是卫星应用的两大支柱,目前,如何利用低轨卫星对导航进行增强,值得我们大家进一步研究。


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