論文推薦 | 郭樹人，王威，高為廣，盧鋆，柴強，劉文祥，陳穎：北鬥衛星導航試驗驗證系統設計與實現

《測繪學報》

構建與學術的橋梁 拉近與權威的距離

複製連結，關注《測繪學報》抖音！

【測繪學報的個人主頁】長按複製此條消息，長按複製打開抖音查看TA的更多作品##7NsBSynuc88##[抖音口令]

本文內容來源於《測繪學報》2020年第9期，審圖號GS（2020）4848號。

北鬥衛星導航試驗驗證系統設計與實現

郭樹人¹, 王威¹, 高為廣¹,盧鋆¹,柴強², 劉文祥³, 陳穎¹

1.北京跟蹤與通信技術研究所, 北京 100094;

2.中國衛星導航系統管理辦公室測試評估研究中心, 北京 100094;

3.國防科技大學電子科學學院, 湖南 長沙 410073

收稿日期：2019-07-20；修回日期：2019-08-15

基金項目：國家自然科學基金（41974041）

摘要：北鬥衛星導航系統是一個構成龐大、星地一體緊密耦合、建設周期長、技術狀態不斷演進的巨系統。面臨著關鍵技術體制複雜、組網發射密度高、系統穩定運行難度大等多方面挑戰，對系統的試驗驗證工作提出了極高的要求。本文分析了北鬥系統在設計試驗、星地對接及等效運行等方面試驗驗證任務，提出了一個與北鬥系統全系統、全規模、全要素等效的地面試驗驗證系統體系架構。該系統具備軟硬體平臺協同工作、仿真系統與真實系統的等效運行，以及試驗平臺與衛星地面等系統遠程互聯等突出特點，解決了多系統仿真建模、系統高動態特性模擬及軟硬體協同仿真等難題，實現了對北鬥系統設計、建設與運行階段的全過程驗證，以及對北鬥系統星間鏈路、衛星自主完好性及精密定軌等技術體制的試驗驗證。本文提出的系統是目前衛星導航領域唯一一個實現系統全狀態仿真、能與真實系統同步迭代演進並協同運行的試驗驗證系統，可為其他航天任務的試驗驗證工作提供參考。

關鍵詞：北鬥系統 試驗驗證 體系架構 仿真建模

引文格式：郭樹人, 王威, 高為廣, 等. 北鬥衛星導航試驗驗證系統設計與實現[J]. 測繪學報，2020，49(9)：1073-1083.DOI: 10.11947/j.AGCS.2020.20200330.

閱讀全文：http://xb.sinomaps.com/article/2020/1001-1595/2020-9-1073.htm

全文概述

航天工程是複雜巨系統工程，衛星導航系統更是航天工程複雜巨系統的典型代表。衛星導航系統需要幾十顆衛星發射入軌，並與數十個地面站組網運行，實現星地一體化運行管理，才能提供高精度、高可靠的定位、導航、授時(PNT)服務。為有效支撐系統的技術方案、關鍵體制及接口協議等論證和設計，世界各主要衛星導航系統都開展了仿真系統的研製及試驗驗證工作。

GPS從概念提出到系統完全建成期間進行了大量的建模、仿真與試驗。20世紀80年代中期，美國Rockwell公司建立了一套星地信號迴路仿真系統，以支持GPS BLOCKⅡ和BLOCKⅡA衛星系列的研發^[1]，僅實現了系統的對接試驗；20世紀90年代後期，美國軍方採用SST分布式交互的GPS仿真系統，完成了一些關鍵技術的單點驗證^[2-3]；為了支持GPS現代化，AGI和OST等公司聯合開發了衛星導航軟體工具箱(NavTK)，用於GPS衛星導航用戶任務的建模、仿真、軍事行動和分析^[4-5]，但主要服務於用戶層軟體仿真；由美國空軍空間和導航系統中心研製的GIANT軟體包括GPS空間段和用戶段模型以及控制段模型，可以評估GPS的效能^[6-9]，但它僅提供GPS星座與應用性能分析。以上試驗驗證系統尚無法實現對整個全系統全規模的試驗，也無法對GPS星地系統運行流程進行設計與優化。

歐盟的Galileo系統，從建設之初就十分重視利用仿真軟體進行總體設計和系統驗證，開發了多個軟硬體平臺。歐空局(ESA)為Galileo系統設計了系統仿真軟體(GSSF)^[10-11]，用於仿真導航系統功能和性能，但不能驗證整個Galileo系統信息信號的完整流程；在Galileo系統工程研製階段，歐盟建設了Galileo系統試驗平臺(GSTB)^[12-13]，對導航關鍵技術進行驗證，但只是對關鍵技術的逐個驗證；軟體仿真驗證環境(GRANADA平臺、Polaris計劃)^[14-15]是為了支持Galileo關鍵技術驗證而建立的，是一個通過軟體仿真的導航接收機驗證環境，但該平臺無法測試驗證整個系統的各項功能指標。以上試驗驗證系統僅通過硬體或軟體分別開展試驗，並僅能在系統設計研製階段開展試驗。

我國在北鬥系統建設過程中同樣非常重視系統仿真平臺的建設與試驗。國內學者在系統數學仿真、平臺設計方法及系統對接試驗等方面開展了研究。文獻[16—17]分析了衛星綜合仿真平臺的設計思想與整體架構，分析了仿真平臺的主要功能，並給出了綜合仿真平臺的具體實現方法。文獻[18]總結了衛星導航系統仿真技術，並開發了「衛星導航數學仿真系統」軟體平臺，研究了衛星導航系統仿真結果分析與評價技術，但只是基於純數學仿真的數據進行的評估。文獻[19]應用平行系統理論，提出了基於Agent的導航系統實體建模及平臺設計方法，給出了GNSS純仿真數據平臺的設計建設過程。文獻[20—22]開展了針對系統信號層數據層、接口對接性驗證及工程聯調測試等方面的系統研製與試驗，主要的系統包括星地對接系統、衛星地檢系統、仿真驗證與測試評估系統等。以上試驗驗證系統僅通過模擬數據對衛星導航系統進行仿真建模，並僅實現了兩系統的對接試驗。

從國內外衛星導航系統構建的仿真試驗系統情況分析可以看出，目前衛星導航仿真系統重點是針對系統單個關鍵技術、單個分系統、單個發展階段進行的軟體或硬體仿真試驗，尚未實現能夠對複雜星座系統進行全系統、全規模、全狀態的軟體和硬體結合的仿真試驗驗證。北鬥衛星導航系統(下簡稱北鬥系統)是我國自主建設、獨立運行的全球衛星導航系統，其建設需要構建一個有效的仿真試驗驗證系統，即地面試驗驗證系統，支撐系統的設計驗證、工程對接及模擬演練等試驗，持續服務北鬥系統的研發、建設、運行和發展的全過程。

1 北鬥系統試驗驗證任務分析

北鬥系統是我國航天領域第一個真正意義上的全球系統，通過星地星間鏈路構建了由30餘顆衛星與地面50餘個地面站構成的龐大星地協同運行網絡。北鬥系統具有功能高度聚合、技術難度大、星星地一體化緊密耦合網絡化程度高、分階段組網建設實施狀態迭代演進迅速等特點，北鬥系統的試驗驗證任務主要為針對高複雜技術體制、高網絡化星地架構及不斷演進的階段狀態開展的設計試驗、綜合對接及等效運行等試驗驗證工作，具體任務主要為以下幾個方面：

(1) 北鬥系統方案體制的設計試驗驗證任務。北鬥系統功能高度聚合、技術難度大，技術狀態逐步升級，需要持續開展北鬥系統方案、核心體制、關鍵技術以及工程建設過程中技術狀態優化的試驗驗證，為系統技術狀態確定和優化升級提供依據，降低系統組網部署風險。

(2) 北鬥系統星星地網絡綜合對接試驗驗證任務。北鬥系統具有星座規模龐大、高密度組網發射要求高、系統間接口關係複雜等特點，需持續開展工程建設過程中衛星、運控、測控、星間鏈路運管和應用驗證等系統級綜合對接，為系統間技術狀態確認、衛星出廠以及工程轉階段提供依據。

(3) 北鬥系統等效運行試驗驗證任務。北鬥系統在不同的發展階段具有不同的試驗需求，因此需要在系統設計、建設、服務及升級的不同發展過程中在地面構建一個「等效的」仿真試驗平臺，與系統並行開展模擬演練等工作，為系統星地測試、狀態聯調、運行控制、資源調度、關鍵軟體跑核以及在軌故障排查定位等提供支撐，保障系統穩定運行與迭代演進。

因此，在北鬥系統研製建設過程中，需要建立衛星導航系統級的試驗驗證系統，即地面試驗驗證系統，構建代表北鬥系統近真實狀態的多層次靈活可控的仿真試驗平臺，對技術方案、關鍵體制、系統間接口、運行控制流程等進行全系統、全規模、全要素、全過程的試驗驗證，才能有效降低系統研製建設風險。

2 試驗驗證系統架構設計

根據以上北鬥地面試驗驗證系統的任務分析，為完成北鬥系統設計試驗、工程對接及等效運行等方面的驗證工作，並突破系統真實靈活建模、複雜動態環境等效、星地一體控管及與真實系統協同運行等關鍵技術，實現北鬥全系統、全規模及全要素的仿真建模，本文開展了北鬥地面試驗驗證系統的架構設計。主要工作包括總體架構規劃、總體思路設計以及總體架構的實現，為北鬥地面試驗驗證系統的建設提供頂層指導。

2.1 系統總體架構設計

系統總體架構主要由北鬥系統的等效映射和抽象集成實現，主要分為工程屬性部分和仿真屬性部分(圖 1)。工程屬性部分主要對北鬥各大系統及空間環境進行真實建模；仿真屬性部分主要對試驗平臺及對外接口進行綜合控制與管理，驅動仿真系統運行。

圖 1 地面試驗驗證系統總體架構Fig. 1 Architecture of the ground test and verification bed

圖選項

系統工程屬性模塊主要用於對北鬥系統空間段、地面段、用戶段以及相互空間傳輸特性進行等效映射和抽象集成。主要包括系統各類軟硬模擬器，具備衛星導航系統功能性能，模擬衛星星座和地面的空間環境傳播特性，正確映射各系統間接口關係，構建系統間動態運行環境，實現硬體層面真實可信、軟體層面靈活擴展。主要分為工程模型和環境模擬模塊。

仿真試驗屬性模塊主要完成系統整體運行與試驗、信號與信息的交互、綜合調度及性能評估等功能，實現全系統的調度管理、運行控制與效能評估，並實現與真實系統的互聯互通、在軌監測及狀態評估等功能。主要分為控制管理、對外接口及試驗規劃模塊。

2.2 系統總體設計思想

根據北鬥系統試驗驗證任務，提出了五方面的核心設計思想，實現了地面試驗驗證系統的特點設計，解決了系統建設難點。設計思想主要為：

(1) 真實靈活的工程建模體系。重點對工程系統總體架構的準確等效映射，突破多專業多要素模擬等創新，解決真實靈活建模等難點。

(2) 準確的動態特性仿真與傳輸。重點對星地、星星、地地等空間環境模擬與傳輸，突破多種試驗模擬動態模擬等創新，解決系統動態特性模擬等難點。

(3) 全系統全流程的仿真能力。重點對系統間真實接口關係與運行流程全狀態等效與指揮調度，突破星地一體化網絡驗證等創新，解決系統星地一體管控等難點。

(4) 分布式的對外互聯接口。重點對在軌真實系統及地面系統的協同運行及監測評估，突破多功能聚合驗證等創新，解決模擬系統與真實系統遠程互聯等難點。

(5) 狀態逐步演化的系統架構。重點實現系統架構和功能性能與北鬥系統同步迭代演進，突破狀態演化靈活擴展等創新點，解決有效控制系統規模與成本等難點。

系統核心設計思想與系統特點及難點的對應關係見圖 2。

圖 2 系統核心設計思想與特點及難點對應關係Fig. 2 The corresponding relationship between the core design idea, characteristics and difficulties of the proposed system

圖選項

2.3 總體架構實現

2.3.1 構建系統性的仿真建模體系，實現系統的真實性

衛星導航系統的仿真建模體系主要包括系統級的仿真建模及分系統的仿真建模(圖 3)。

圖 3 工程模型的建立與技術傳遞Fig. 3 Establishment of process model and technology transfer

圖選項

(1) 系統級的仿真建模。重點構建系統全規模的仿真試驗場景，通過面向多物理節點的建模實現了對衛星導航系統的整體建模，關注系統間輸入輸出接口關係，不對單一系統內部指標進行驗證，關注全系統網絡層信息流，不對單條鏈路及單機設備性能進行驗證。

(2) 分系統級的仿真建模。重點構建分系統級的工程仿真模型，在分系統能夠與真實系統保持技術狀態一致的前提下，通過構建3類分系統模擬器來實現技術狀態的傳遞和靈活性的擴展。3種模擬器真實性逐步遞減、靈活性不斷增加，通過靈活配置構建代表系統狀態的近真實的仿真試驗環境，實現了真實性和靈活性的有效統一。

一類模擬器，直接採用工程真實系統，確保技術狀態與真實系統完全一致，主要包括工程衛星電性件設備、地面段運行系統等；二類模擬器，將衛星、地面段等系統進行模塊化、小型化優化設計，在對外接口特性以及內部信息流、時序關係與工程保持一致的前提下，實現功能高度集成和等效，包括衛星模擬器、數字地面站等；三類模擬器，對真實硬體系統的行為進行抽象和軟體建模，並確保對外表現和內部信息流、時序關係與工程基線基本等效，包括衛星軟體模型及地面段各分系統軟體模型等。

2.3.2 構建動態環境仿真與傳輸平臺，實現系統時空特性的動態模擬

空間環境的模擬仿真是衛星導航系統建模的重要組成部分，也是能夠真實構建系統運行狀態的重要環節(圖 4)。試驗驗證系統在實現工程系統仿真建模的基礎上，進一步採用多頻段射頻信號採樣與生成、萬兆光信號多入多出交互及高精度動態信道特性實時模擬等技術，構建系統間的動態運行環境，實現不同信道條件下多鏈路、多頻段大範圍與高精度並重的功率、時延、相位、頻率變化模擬；實現多系統間信號層真實環境的仿真模擬，使系統具備下行導航、上行注入、星間鏈路與錨固鏈路全頻點，多星多站全規模鏈路全涵蓋，使得衛星、運控和用戶設備在地面靜止條件下可以等效為參與了系統的真實動態運行狀態，完成系統內靜態信號到空間動態信號的轉換；實現工程模型與軟體仿真平臺的星間、星地等信息交互與運行流程的真實模擬。

圖 4 動態環境模擬與傳輸平臺Fig. 4 Dynamic environment simulation and transmission platform

圖選項

2.3.3 構建全系統的仿真架構，保證系統全規模體系

在完成系統模型建立和環境模擬的基礎上，還需構建全系統的仿真架構，實現全系統全規模的整體運行，即系統對信息流、時間流和控制流的全面仿真試驗(圖 5)。主要工程實際運行過程通過統一的場景生成與配置、統一的時間空間基準和統一的綜合控制管理來實現。實現對衛星導航仿真場景數據的生成和計算，完成仿真場景的規劃及初始試驗任務數據的配置，為系統內其他模塊提供時頻基準，將工程模型模塊中建立的模型節點進行集成與管理，對試驗運行過程進行監控調度與試驗數據採集，並完成試驗結果數據的效能評估，實現不同仿真試驗需求下的試驗設計、運行與評估。

圖 5 綜合控制與管理架構Fig. 5 Integrated control and management architecture

圖選項

尤其是在系統軟硬結合的多層次多狀態協同仿真的實現過程中，重點通過統一的軟硬環境時間基準，以軟體系統和硬體系統分別作為信息和信號生成中樞，實現各類信息信號的仿真與處理。利用萬兆交換網絡實現信道模擬，實現硬體信號與軟體信息的實時傳輸與轉換，實現了軟硬體協同配合場景下的全規模整網仿真能力。主要流程如圖 6所示。

圖 6 軟體層及硬體層協同運行技術框圖Fig. 6 Technical block diagram of collaborative operation of software layer and hardware layer

圖選項

2.3.4 構建分布式的對外接口平臺，實現與真實系統的互聯互通

為實現地面試驗驗證系統的對接功能，提升系統的靈活擴展性，重點採用分布式互聯的方式實現地面試驗驗證系統與真實工程系統之間的交互。首先通過遠程光纖系統實現地面試驗驗證系統與真實衛星、運控等系統的遠程互聯互通，實現數據及信息的交互；其次，可以對在軌系統運行情況進行監測，觀測和評估在軌系統運行情況；最後，可針對系統真實數據及軟體進行狀態跑核，開展系統問題定位與排查，支撐系統技術狀態優化。試驗驗證系統與真實系統互聯關係見圖 7。

圖 7 試驗驗證系統對外互聯關係Fig. 7 Interconnection of the test verification system

圖選項

基於光纖鏈路的射頻信號遠程傳輸技術是實現遠程互聯的核心，主要通過衛星導航雙頻授時實現高精度時間同步，實現了信號遠程低信噪比損失的採樣與恢復，保證了射頻信號的遠距離連續穩定傳輸^[23-24]。將信號採樣與恢復設備分別放置於地面試驗驗證系統機房和遠端廠房，數位訊號通過光纖遠距離交互傳輸，兩地在同步時頻下進行射頻信號的採樣與恢復。通過這種遠程對接模式，實現了工程實際系統與地面試驗驗證系統的虛實結合仿真試驗，可大幅提高試驗效率、減少人力物力等資源消耗。系統連接關係如圖 8所示。

圖 8 遠程光纖鏈路的射頻信號遠程傳輸技術框圖Fig. 8 Block diagram of RF signal remote transmission technology of optical fiber link

圖選項

2.3.5 構建狀態逐步演化的仿真架構，實現多種類型試驗功能

狀態逐步演化的系統仿真架構將有效控制系統規模，並重點確保試驗驗證系統的靈活性仿真，主要通過不同層次類型的軟硬體仿真模型之間協同配置構建不同的試驗場景來實現。多場景的仿真架構，確保系統具備可配置、可加速和可擴展升級能力，縮短試驗時間，提高試驗效率。從試驗架構看，一類、二類模擬器等構建了硬體試驗架構，以及各類軟體三類模擬器構建的軟體試驗架構，兩種架構既可以獨立運行，又可以協同工作，實現軟硬協調試驗架構。同時，仿真環境接入廠房衛星等真實工程系統，可實現虛實結合的試驗架構。因此，地面試驗驗證系統可提供純軟試驗、純硬試驗、虛實結合、軟硬協同試驗4種試驗功能。4種試驗架構逐步升級演進。系統最終將演化為以軟體驅動的軟硬協同試驗結構模式，同時不同的試驗架構可以支撐設計試驗、工程對接及等效運行不同類型試驗驗證工作。純硬體及軟體試驗架構重點開展設計試驗工作，虛實結合試驗架構重點開展工程對接試驗工作，軟硬協同試驗架構重點開展系統等效運行試驗工作。隨著系統仿真架構的逐步演化，系統靈活性逐步提升，系統試驗功能逐步擴展。系統架構演化與試驗功能對應關係見圖 9。

圖 9 系統仿真架構與試驗功能演化Fig. 9 Evolution of system simulation architecture and test function

圖選項

3 試驗系統的實現與應用

基於上述設計架構，完成了地面試驗驗證系統的建設。按照系統工程屬性、仿真試驗屬性兩個維度進行了系統組成規劃，基於系統4種試驗功能進行了系統仿真能力設計，並在設計驗證、工程對接及等效運行方面取得了良好應用。

3.1 系統基本組成

地面試驗驗證系統組成涵蓋代表空間段、地面段、用戶段等各大系統，覆蓋北鬥運行系統完整的接口及業務關係，共包含11個分系統。代表工程屬性的分系統主要包括空間段、運控、測控、星間鏈路運行管理、應用終端及全球系統仿真軟體分系統。代表試驗驗證屬性的分系統主要包括環境段模擬分系統、控制與綜合保障分系統、性能評估軟體、信息管理系統軟體和複雜電磁環境分系統(圖 10)。

圖 10 地面試驗驗證系統組成Fig. 10 Components of the ground test and verification bed

圖選項

3.2 系統仿真試驗能力

(1) 北鬥系統服務試驗驗證能力。對系統不同服務類型(定位導航授時服務、星基增強服務及全球短報文服務)、不同運行模式(正常模式、異常模式)能力進行試驗驗證。

(2) 北鬥系統核心關鍵技術體制試驗驗證能力。具備對系統核心的星間鏈路、精密定軌與時間同步、系統差分與完好性、星地一體化信息傳輸與處理等體制進行試驗驗證能力。

(3) 北鬥系統全業務流程仿真能力。對系統業務流程(信息流、控制流、時間流)、星地星間測量業務(星地鐘差、偽距及載波相位、星間鐘差及偽距)數傳業務(數據傳輸層、協議層、網絡層、應用層)、星地一體化拓撲結構、鏈路規劃及路由策略仿真。

(4) 北鬥系統工程對接能力。能夠與工程組網衛星及工程地面系統開展星星地綜合對接試驗工作，支撐衛星出廠。

(5) 北鬥系統模擬演練能力。具備對北鬥系統(衛星、運控、星間鏈路、測控、應用)，不涉及與組網發射相關的運載火箭、發射場系統狀態等效驗證與評估能力。

(6) 北鬥系統在軌故障排查能力。能夠針對北鬥系統發現的問題進行故障復現，支撐系統問題定位與排查。

(7) 北鬥系統演進升級能力。軟硬體可靈活配置，功能性能可擴展升級，可與北鬥系統同步演進升級。

3.3 地面試驗驗證系統應用

地面試驗驗證系統主要開展了三方面的仿真試驗工作：一是開展系統核心技術體制的仿真研究和設計驗證，持續開展新技術驗證，推動創新發展；二是開展系統運行控制、系統間接口的綜合試驗驗證，對系統技術狀態進行確認，支持工程建設；三是開展系統的等效運行試驗，支撐北鬥系統異常排查，保障穩定運行。

3.3.1 北鬥系統星間鏈路體制的設計試驗驗證

星間鏈路技術體制試驗採用純硬體及純軟體試驗模式，構建了局部硬體規模和軟體全規模的仿真場景，驗證了星間鏈路星星地一體化流程的正確性，信息層接口設計的正確性和匹配性。首次驗證了整網條件下星間信息傳輸的有效性，不同信息速率下業務傳輸網絡傳輸時延、丟包率、網絡容量及吞吐率的能力。選取了幾種典型的星間鏈路網絡設計方案進行評估，D1—D5分別為傳統、優化和自適應的星地建鏈參數優化方法，比較了北鬥系統中不同上行數據產生速率下各星間鏈路網絡設計方案的性能。驗證結果如圖 11所示。

圖 11 不同上行速率下各方案星地傳輸性能比較Fig. 11 Comparison of satellite to ground transmission performance under different uplink rates

圖選項

試驗表明，D5取得了最低的丟包率和平均時延；D1的丟包率和平均時延則明顯高於其他方案。因此，北鬥系統星間鏈路性能與全網衛星隊列狀態信息和信道情況緊密相關，在一定數據速率支持下，優化的星地網絡建鏈方案可有效提升系統整網運行性能，為北鬥全球系統接口關係及星間鏈路關鍵體制的確定提供了技術依據。

3.3.2 北鬥系統衛星自主完好性功能的工程對接試驗驗證

地面試驗驗證系統採用虛實結合的工作模式，構建了系統硬體環境和真實衛星互聯互通的仿真場景，開展了與北鬥系統衛星的對接試驗工作。重點針對衛星自主完好性處理功能及流程的正確性等進行了試驗。驗證了衛星偽距、載波相位、信號功率、調相調頻等完好性監測數據的連續性，並對告警時間等指標進行了驗證，實現了基本完好性告警全流程的試驗。衛星自主完好性體制試驗驗證結果如圖 12所示。

圖 12 衛星自主完好性體制試驗驗證結果Fig. 12 Verification results of satellite autonomous integrity system test

圖選項

試驗表明，信號功率測量數據、偽距測量數據、載波相位測量數據、衛星鐘頻率跳變監測數據、衛星鐘相位跳變監測數據等衛星自主完好性信息能夠按照1 s採樣間隔正常更新。偽距測量噪聲優於7 cm，相位測量噪聲優於5 mm，功率測量穩定度優於0.1 dB；衛星鐘頻率跳變測量精度優於0.04 Hz，相位跳變測量精度優於0.004 ns。當發生異常時，衛星自主完好性可監測到異常變化量，並能夠在3 s內發出告警，有效驗證了衛星自主完好性的功能性能。

3.3.3 北鬥系統精密定軌能力的模擬演練試驗驗證

地面試驗驗證系統採用軟硬協同工作模式，構建了軟體及硬體協同工作全規模的仿真場景，對系統精密定軌接口關係和軟體合理性及系統運行流程進行了模擬演練。通過對精密定軌上注電文、下行電文和星間互傳信息的分析結算，驗證了星地星間互傳信息的正確性、下行導航電文的有效性。重點驗證了系統在部分星地鏈路和全網星間鏈路支持下，進行長期精密定軌功能性能的驗證，在地面有效的模擬試驗了系統在軌全規模的能力。結果如圖 13所示。

圖 13 系統精密定軌體制試驗驗證結果Fig. 13 Experimental verification results of precise orbit determination

圖選項

試驗表明，在長期運行周期內，高軌衛星的軌道徑向、切向和法向的誤差可以控制在2、10和10 m以內，中軌衛星的軌道徑向、切向和法向的誤差可以控制2、5和5 m以內，中軌衛星的軌道精度較優。驗證了系統星地星間聯合定軌的有效性，以及基於部分星地鏈路與星間鏈路支持系統長期精密定軌的可行性。

4 結論

本文結合北鬥系統試驗驗證任務，完成了北鬥地面試驗驗證系統總體思路及結構框架的設計，提出了軟硬協同、虛實結合及光纖互聯等技術路線，推動地面試驗驗證系統對北鬥系統進行了全系統、全狀態、全規模的試驗驗證，具備與工程建設同步實施、技術狀態同步演進、與運行系統協同工作的能力。在北鬥系統方案設計、綜合對接、等效運行等方面開展了全面的驗證，有力支撐了北鬥系統的建設，為系統的長遠發展奠定了基礎，促進了航天科研能力的提升。後續將進一步推動北鬥系統的升級換代，逐步豐富和完善地面試驗驗證系統能力，開展下一代北鬥系統關鍵技術試驗驗證，成為衛星導航領域共享開放的試驗平臺。

作者簡介

第一作者簡介：郭樹人(1972-), 男, 研究員, 研究方向為衛星導航系統工程及總體設計等。E-mail:[e-mail]

通信作者：王威, E-mail：[e-mail]

《測繪學報（英文版）》（JGGS）專刊徵稿：LiDAR數據處理

本期目錄 | 《測繪學報》2020年第9期網刊發布

重磅 | 習近平宣布：中國將設立聯合國全球地理信息知識與創新中心

會議通知 | 2020第八屆高校GIS論壇將於11月7-8日在廣州

權威 | 專業 | 學術 | 前沿

微信、抖音小視頻投稿郵箱 | [e-mail]

歡迎加入《測繪學報》作者QQ群： 751717395

進群請備註：姓名+單位+稿件編號