标签: 卫星导航

来源：德思特测量测试 德思特案例 | Skydel GNSS仿真引擎助力多所高校实现GNSS仿真测试教育 目前高校研究机构很难拥有用于定位、导航和定时（PNT）的测试和模拟工具，卫星导航相关的教育基本都是通过教科书或基于Matlab代码编程进行研究，没办法让学生进行相应的实践、实操练习。而GNSS仿真测试解决了这一问题，学生们可以利用GNSS模拟器进行测试，从而培养出将来他们在公司或研究机构工作中非常有价值的实践技能，所以GNSS仿真测试在当今的教学研究中也非常重要。 密涅瓦（Minerva）学术合作项目助力PNT研究的进步，并与各高校建立可持续的合作伙伴关系，共同开发未来的PNT技术和解决方案，提供强大的Skydel GNSS仿真引擎，为高校提供专门的合作伙伴计划，其中包括全频率、全星座的永久Skydel模拟引擎许可和临时的学生许可。 韩国建国大学合作项目 韩国政府准备发射新的全球卫星导航系统，所以韩国高校进行GNSS教育和研究也迫在眉睫。市面上大多数GNSS模拟方案都有极高的成本，并且基于专有的系统受限。而在研究项目中，更需要对设想阶段和后续实施阶段都没有限制约束的工具，从而促进在研究中迸发创造力。在这方面，基于SDR的软件定义架构——GNSS仿真引擎Skydel具有独一无二的优势，将其作为卫星导航系统研究和教学开发中非常有用且无限制的工具对于高效教育是非常有意义的。 韩国建国大学选择Skydel GNSS仿真引擎来推动GNSS的工程教育和学生研究，实现对多个课题的探索： Multi-GNSS和PP（混合GNSS） 该课题研究的是通过与其他导航系统卫星相结合，提高校正精度的技术。 综合导航 该课题是对卫星导航系统与惯性导航系统集成所需的综合技术进行研究和仿真。它的技术在于开发和应用仿真工具在实验室中获得与实际真实环境相似的测试结果。 实时仿真 该课题是对开发仿真技术和实时测试工具的研究，研究最小化导航信号生成时间的技术以及实时生成导航信号所需位置坐标的输入方法和条件。这项技术对于未来在室内实施卫星导航系统至关重要。 实时测试（HIL） 没有人能够评估当前导航系统的质量，也无法对其进行认证。本研究课题旨在开发未来实现韩国卫星导航系统所必需的验证和认证技术。 KASS和KPS KASS是韩国的星基增强系统，KPS是韩国的卫星导航系统，韩国预计未来将对这两个系统的利用和应用进行大量的研究和开发。该课题将使用Skydel的自定义信号功能来实现这方面的基础研究。 韩国建国大学信息与电信研究生院的Hans Kim博士反馈到：“当我第一次将Skydel作为一种教育工具进行介绍时，学生们认为学习使用它是比较困难的。然而，在适应了视角、理解了结构之后，他们意识到学习使用Skydel是非常简单方便的，他们现在可以很流畅地利用Skydel体验卫星导航系统的开始和结束。在这之前，他们只在理论上研究过，并没有实操的机会。所以学生们对利用Skydel进行GNSS仿真测试很感兴趣，希望可以很好地继续使用这个工具。” 印度奥斯曼尼亚大学合作项目 无论是消费类设备、复杂硬件还是集成软件的开发，印度的科技创新者都在逐步接触定位和导航仿真技术，以应对地区、国家和国际社会经济进步的挑战。 奥斯马尼亚大学自2021年以来一直在充分利用Skydel GNSS仿真引擎来推进他们的研究项目。目前，奥斯马尼亚大学已经构建了一个高度复杂的GNSS仿真教育计划，旨在为工程专业的学生创造更多未来的机会，让学生们有能力从事任何与GNSS信号有关的设计、开发或研究项目。 奥斯马尼亚大学首席科学家兼导航电子研究和培训部主任Laxminarayana教授说：“我们需要一个模拟器来理解信号结构、开发新的和定制的信号，以及在不同环境条件下对接收器或新设计的信号进行全面评估。Skydel GNSS仿真引擎不仅可以帮助我们理解GNSS系统的信号结构，而且还可以教我们CDMA、FDMA等通信的基础知识、先进的调制技术，如BOC、CBOC、 MOBC、数据编码、解码，还有距离计算和车辆动力学建模等知识。” Laxminarayana教授指出，正在使用Skydel GNSS 仿真引擎进行博士研究的学生在最近的两次会议上发表了三篇论文： —《基于惯性传感器测量的NavIC软件接收机的定位性能评估》——于2022年5月在第29届圣彼得堡综合导航系统国际会议上发表。 —《使用矢量延迟锁环的NavIC软件接收机的鲁棒导航》——于2021年12月在ICTACEM 2021国际理论、应用、计算和实验力学会议上发表。 —《使用低成本射频前端的IRNSS L5信号的GNSS SDR性能》正在接受《导航杂志》（由美国导航研究所出版）的审查。 目前奥斯曼尼亚大学正在计划新的课程，展示GNSS接收器的能力，以及如何使用模拟数据全面评估算法。 结论 Skydel GNSS仿真引擎是一种创新的软甲定义架构，它利用软件、高级显卡（GPU）和软件定义无线电（SDR）为GNSS测试提供了更强大的现代方法。您将能够构建自己的自定义信号，并通过我们的开源插件功能连接到其他系统和设备（即传感器、IMU等）。此外，由于Skydel GNSS仿真引擎利用COTS硬件（GPU、NIC、SDR），因此它是世界上唯一可以独立于硬件运行的GNSS仿真解决方案。

北斗卫星导航系统﹝BeiDou（COMPASS）Navigation Satellite System﹞是中国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统。系统建设目标是：建成独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠的覆盖全球的北斗卫星导航系统，促进卫星导航产业链形成，形成完善的国家卫星导航应用产业支撑、推广和保障体系，推动卫星导航在国民经济社会各行业的广泛应用。 北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，空间段包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星，地面段包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站，用户段包括北斗用户终端以及与其他卫星导航系统兼容的终端。 卫星导航系统是重要的空间信息基础设施。中国高度重视卫星导航系统的建设，一直在努力探索和发展拥有自主知识产权的卫星导航系统。2000年，首先建成北斗导航试验系统，使我国成为继美、俄之后的世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家。该系统已成功应用于测绘、电信、水利、渔业、交通运输、森林防火、减灾救灾和公共安全等诸多领域，产生显著的经济效益和社会效益。特别是在2008年北京奥运会、汶川抗震救灾中发挥了重要作用。为更好地服务于国家建设与发展，满足全球应用需求，我国启动实施了北斗卫星导航系统建设。 北斗卫星导航系统的建设与发展，以应用推广和产业发展为根本目标，不仅要建成系统，更要用好系统，强调质量、安全、应用、效益，遵循以下建设原则： 1、开放性。北斗卫星导航系统的建设、发展和应用将对全世界开放，为全球用户提供高质量的免费服务，积极与世界各国开展广泛而深入的交流与合作，促进各卫星导航系统间的兼容与互操作，推动卫星导航技术与产业的发展。 2、自主性。中国将自主建设和运行北斗卫星导航系统，北斗卫星导航系统可独立为全球用户提供服务。 3、兼容性。在全球卫星导航系统国际委员会（ICG）和国际电联（ITU）框架下，使北斗卫星导航系统与世界各卫星导航系统实现兼容与互操作，使所有用户都能享受到卫星导航发展的成果。 4、渐进性。中国将积极稳妥地推进北斗卫星导航系统的建设与发展，不断完善服务质量，并实现各阶段的无缝衔接。 （四）发展计划 目前，我国正在实施北斗卫星导航系统建设，已成功发射两颗北斗导航卫星。根据系统建设总体规划，2012年左右，系统将首先具备覆盖亚太地区的定位、导航和授时以及短报文通信服务能力；2020年左右，建成覆盖全球的北斗卫星导航系统。 （五）服务 北斗卫星导航系统致力于向全球用户提供高质量的定位、导航和授时服务，包括开放服务和授权服务两种方式。开放服务是向全球免费提供定位、测速和授时服务，定位精度10米，测速精度0.2米/秒，授时精度10纳秒。授权服务是为有高精度、高可靠卫星导航需求的用户，提供定位、测速、授时和通信服务以及系统完好性信息。 为使北斗卫星导航系统更好地为全球服务，加强北斗卫星导航系统与其它卫星导航系统之间的兼容与互操作，促进卫星定位、导航、授时服务的全面应用，中国愿意与其它国家合作，共同发展卫星导航事业。

  关于卫星导航接收机经纬度坐标和 ECEF 坐标的转换公式的证明   扬州市途灵电子科技有限公司   王发强   看到一些资料要么有证明，要么没有证明。而有的证明的我个人觉得都较为繁琐，故我做了一些不同方法的尝试。说是不同方法但不是严格意义上的不同方法。另我们还在导航数据解调、校验、卫星轨道计算、接收机定位解算的最小二乘法、卡尔曼滤波法等等方面都做了简化算法，提高计算效率和定位精度。因为我们认为只有在数学上不断优化算法，然后再从数据结构和计算机算法上在不影响计算精度的情况下来优化我们计算机（单片机）层面的算法，才能大幅度提高计算机（或单片机）计算效率。我们将会陆续发布我们算法方面试验的情况。       图一、接收机在点P（x,y,z,）的三位示意图，其中AP在地球的法线，且与地球子 午线交于点N，与Y轴交于点A，延长线与Z轴交于点B.线段NP=h,线段NB= 。         注：由于不知如何画图，所以图形都使用复制、修改做的，故不清晰、不好看，望见谅。       图二、为图一沿子午线XP-N切开而得到的二维示意图。此时点P坐标为（x1,z）。 其中x1= ,z不变。点N设为（x0,z0）,线段NP=h，线段||NB||= 方法一： 根据图二的椭圆方程为：   z=b     则过N点椭圆切线的斜率为：K1=- 则线NB斜率为：K2=-1/K1= 则线NB的直线方程为：z-z0=K2(x-x0) 则点B的坐标为（即x=0）: =z0-K2x0=z0- 则点A的坐标为（即z=0）: =  又由椭圆方程知：z0=  所以得： = = =（1- ）x0= .x0 则线段NB’的长度为：||NB’||=z0-  = 则线段OA的长度为：||OA||= = .x0 由图二可得：||NB||=||NB’||/sin =||BB’||/cos = 又  所以 = 又 = 所以  = 所以 = = = 由图二三角形相似可得： = 所以得：||NA||= ||NB||= . =( ) 则由图一可得点P的ECEF坐标：X=||PB||cos .cos =( +h)cos                                   Y=||PB||cos .sin =( +h)cos                                   Z=||PA||sin = sin 方法二： 根据图二的椭圆方程为：   z=b     则过N点椭圆切线的斜率为：K1=- 则线NB斜率为：K2=-1/K1= 则线NB的直线方程为：z-z0=K2(x-x0) 则点B的坐标为（即x=0）: =z0-K2x0=z0- 则点A的坐标为（即z=0）: = 又由椭圆方程知：z0= 所以得： = = =（1- ）x0= .x0 则线段NB’的长度为：||NB’||=z0-  = 则线段OA的长度为：||OA||= = .x0    由图二可得： =tan = = 又    所以  = 又 = 所以 = = = 由图二三角形相似可得： = 所以得：||NA||= ||NB||= . =( ) 则由图一可得点P的ECEF坐标：X=||PB||cos .cos =( +h)cos                                    Y=||PB||cos .sin =( +h)cos                                    Z=||PA||sin = sin 方法三： 根据图二的椭圆方程为：   z=b     则过N点椭圆切线的斜率为：K1=- 则线NB斜率为：K2=-1/K1= 则线NB的直线方程为：z-z0=K2(x-x0) 则点B的坐标为（即x=0）: =z0-K2x0=z0- 则点A的坐标为（即z=0）: =  又由椭圆方程知：z0=  所以得： = = =（1- ）x0= .x0 则线段NB’的长度为：||NB’||=z0-  = 则线段OA的长度为：||OA||= = .x0    由线NB斜率又为：K2=tan = = 又    所以  = 又 = 所以 = = = 由图二三角形相似可得： = 所以得：||NA||= ||NB||= . =( ) 则由图一可得点P的ECEF坐标：X=||PB||cos .cos =( +h)cos                                 Y=||PB||cos .sin =( +h)cos                                 Z=||PA||sin = sin  

       最近看了一篇新闻报道， 专家驳同行北斗不如 GPS 论：望民众要有耐心点。 结合自己的学习经验，以及与相关行业顶级专家的交谈，对文中提到的 我们为什么要发展北斗 ， 北斗的瓶颈 等 感触很大。我并没有把自己置于多么重要的地位，只是出于作为中国人所应该有的一种危机感而写这篇文章。          对于 我们为什么要发展北斗 ，文中举了一个与我们息息相关的例子。例子描述原文如下：   中国工程院院士、测绘专家许其凤举例说，某研究所曾经在我国河南某地做了个试验，用仪器干扰 GPS 信号，结果该地区两三天内手机全都不灵了。其原因就是我国现有的通信系统，不管是 CDMA ，还是 TD-SCDMA 通信基站，都依赖 GPS 的授时功能 。一旦 GPS 失效，严重时可导致网络系统瘫痪。 2011 年 1 月 13 日下午，中国电信 CDMA 出现网络告警。值得庆幸的是，事件并没引发网络中断和延时。据美国官方称，事因 GPS 系统升级 。   这样的情况我想我们做技术的都见怪不怪了。别说手机、基站了，与时间相关的所有仪器，设备哪个用的不是GPS的同步授时功能。大到全国布网的各行各业的监控系统，小到很多小公司的核心同步采集技术。你们的生存现状恐怕并没有现在乐观。当然，美国人也不是傻子动不动就给你来那么一下。我们的《道德经》中有句老话防范于未然，这种防范工作现在不做什么时候做。           对于 北斗的瓶颈 ，文中也做了到位的说明。部分原文描述如下：   “ 北斗 ” 产业化关键看北斗导航终端，而在其关键元器件中，导航芯片的国产化最为人所关注。苗前军对记者说， “ 有星无芯 ” 是卫星导航领域的院士们最担心的状况，指的就是我国自主研发的 “ 北斗 ” 虽然发挥效果了，但接收终端的芯片却不是国产的 。   对于北斗的瓶颈，产业化的问题从我的学习经历上看，除了芯片问题外，其实北斗较其他系统复杂的体制也是暂时制约迅速实现产业化的一个重要原因。我们知道单纯的GPS其实是一个接收型、被动型的定位系统。一方面，不管地面上是否有GPS接收机，不管接收机是否需要定位，GPS卫星总是持续不断地向地面发射信号。另一方面，当接收机需要定位时，它不必向GPS卫星或地面监控部分发射任何请求信号，而是只要接收到足够数目的卫星信号就可以自己求解出定位值了。相反，北斗导航系统是主动式、双向型定位系统，不仅用户设备与卫星之间需要接收地面中心控制系统的询问信号，而且用户设备还需要向卫星发射应答信号。中心控制系统首先在这些询问/应答信号的传递中测得用户接收机与卫星之间的距离信息，然后结合测得的卫星轨道信息就可以解算出用户所在的三维坐标。因为，面向用户的北斗接收机需要有接收和发射无线电信号的双重功能，而GPS接收机只接收而不需要发射信号，所以与GPS接收机相比，北斗接收机在体积、重量、价格和功耗方面均处于不利地位，而且也失去了无线电隐蔽性。但是，要知道系统的复杂是为了换取更强大的功能的，北斗完全可以兼容GPS的所有功能，于此同时在信息加密，抗干扰等领域都有不可磨灭的技术发展空间。目前，我们的北斗在短时间内实现了第一代的试运行，已经取得GPS发展起初10年的成果（目前GPS已经有将近40年的发展，从1974年4月算起）。我们的确要用一种“温和而包容”的态度看待北斗的发展与现状。         学属于中国人自己技术做中国真正需要的产品才是长久之计。 拿文章中提到的几个关键词结尾，“ 国家扶持 ”、“ 业界整合 ”、“ 集中力量 ”。          原文地址：http://military.china.com/top01/11053250/20121020/17484283.html