時空道宇低軌導航增強，勾勒高精時空藍圖

2020-10-10 時空道宇

人類對於時間和空間的認識，從年月日到時分秒，從天文導航判方向，到慣性導航判區域，再到衛星導航判距離，經歷了從宏觀到微觀的發展變化。現在，低軌導航增強系統以北鬥等衛星導航系統為基礎，具備獨立運行能力，以秒級時間基準和釐米級空間基準，提供物與物精準互聯的高精時空服務。這其中的關鍵技術，就體現在低軌導航增強載荷中。


時空道宇低軌導航增強載荷


時空道宇低軌導航增強載荷設計思想


當前的GNSS（Global Navigation Satellite System）系統提供的定位性能普遍都在米級水平，一般處在5~10米左右。由於受到衛星軌道、鐘差、電離層延時、對流層延時等誤差源影響，僅僅靠GNSS系統已經很難將定位精度進一步提升。因此，需要引入導航增強系統，為用戶在GNSS系統的基礎上獲取分米、釐米，乃至毫米級的定位精度。


按實現方式不同，現有導航增強體制可分為地基增強系統和星基增強系統兩種。


地基增強系統採用差分體制，即認為當移動接收站和基準監測站相距不遠時，兩者相對於某一顆導航衛星的衛星軌道、鐘差、電離層延時、對流層延時誤差是一致的。通過移動通信網絡或特種通信鏈路，將差分誤差發送至移動接收站，實現定位精度的提升。


地基增強系統的優點是能夠實現實時、動態、分釐米級的定位精度，缺點是需要用到通信鏈路來播發差分誤差信息，且需要建設較多基準監測站，投入成本較大，在偏遠地區、海洋等區域也無法覆蓋。



星基增強系統採用絕對定位體制，即地面基準監測站實時將各導航衛星的原始監測數據匯總至數據處理中心，數據處理中心處理得到衛星軌道、鐘差、電離層延時、對流層延時等誤差修正量，並通過地球同步軌道通信衛星轉發至移動接收站，移動接收站通過PPP（Precise Point Positioning）精密單點定位技術實現定位精度的提升。


星基增強系統的優點是除南北緯70°以上極地區域外，其他區域均可覆蓋，不受地理環境限制，能夠實現動態、分釐米級的定位精度，缺點是由於導航衛星軌道高度較高，短時間內空間幾何結構變化不大，移動接收站要實現分釐米級的定位精度需要20至30分鐘左右的收斂時間。



可以看到，當前不管是地基增強系統還是星基增強系統，沒有一種方式能夠實現全球範圍內通用的無縫瞬時高精度定位，而低軌衛星導航增強體制的提出可以彌補這一痛點。前述星基增強採用的PPP精密單點定位技術，由於中高軌導航衛星對地運動速度慢，短時間內空間幾何分布變化不明顯，因而定位精度達到釐米級別需要較長收斂時間。而低軌衛星運動速度快，其同時播發類似於GNSS系統的導航信號，並調製衛星軌道、鐘差、電離層延時、對流層延時等誤差修正量，地面移動接收站接收到低軌導航增強信號後，與北鬥/GPS等系統進行聯合解算，可將傳統PPP精密單點定位收斂至釐米級定位精度所需的時間減小至1分鐘以內，極大提升該技術的應用場景。而且，由於低軌衛星的全球覆蓋特性，採用低軌導航增強系統與北鬥/GPS等系統組合，可以實現全球範圍內無縫瞬時的高精度定位服務獲取。


功能先進性


可以看到，低軌導航增強實現的關鍵是低軌衛星除了提供導航增強信息外，還需提供類似於GNSS的信號，實現信息和信號雙增強。


星載實時PPP

低軌/GNSS組合PPP利用低軌衛星的快速運動特性，在低軌衛星加入定位解算後能夠有效減小初始化收斂時間，而低軌衛星的精密星曆來源於星載實時PPP技術。低軌衛星星載接收機利用地面定時注入的GNSS軌道/鐘差改正、GNSS偽碼/相位偏差等增強信息，實現實時精密定位定軌功能。根據實測結果表明，星載實時PPP在不同方向均能取得優於2cm的定位精度。星載實時PPP提升了低軌衛星精密定軌的實時性，使得低軌衛星作為信號增強源，加入到低軌/GNSS組合PPP成為現實。


星載實時PPP不同向的定軌精度


發射天線賦形

由於低軌衛星星下點和邊緣處距離相差較大，為確保低軌衛星導航增強信號落地電平的均衡性，星上發射天線應採用對地賦形，設計成馬鞍形狀。此種設計與北鬥/GPS等衛星導航天線採用類似的原理，但低軌衛星發射天線中心與邊緣的增益相差要求更嚴。


適合低軌導航增強衛星的馬鞍形賦形天線方向圖


功能軟體化

低軌導航增強功能的實現對載荷連續性、可靠性和穩定性要求極高，為了應對空間複雜的環境，導航增強載荷採用了多種抗單粒子翻轉措施，包括三模冗餘、定時刷新、檢錯糾錯等措施。以往一些衛星往往採用增加單機厚度、採用抗輻照晶片等硬性的措施來防空間輻射，但這種方式不僅增加了成本，效果也不甚理想。而導航增強載荷採用的軟體化預防措施，能夠實現以柔克剛的效果。


低軌衛星在不同區域單粒子翻轉概率


另一方面，導航增強載荷軟體實現全部可重構化，具備在軌可升級功能。由於隨著運行時間的增加，或者是溫度梯度的變化，載荷元器件會出現性能變化。而導航增強載荷時延、相位差等參數對低軌導航增強功能的實現尤為重要，因此需要根據在軌衛星的實測數據，進行周期性的調整。即，通過軟體重構方式，實現導航增強載荷的持續最優性能。


低軌導航增強技術是實現北鬥/GPS等衛星導航系統全球無縫瞬時釐米級高精度定位服務的必由之路，而低軌導航增強載荷又是該技術的核心。未來，低軌導航增強系統建設完成後，除了賦能地面出行需要的高精度定位服務外，也將助力低空出行領域的高精度電子化道路。



低軌導航增強系統將賦能未來出行

為時空道宇的未來出行生態布局

創造無限可能

相關焦點

  • 對話時空道宇王洋: 低軌衛星的賽道是準確的,未來要搭建航天生態
    這家公司就是浙江時空道宇科技有限公司（下文簡稱「時空道宇」）。公開資料顯示，今年6月，時空道宇低軌導航增強衛星星座首發雙星順利通過出廠評審，全面具備發射條件，發射後將開展全球首個商用低軌導航增強系統驗證。據悉，目前時空道宇已擁有微小衛星產品級設計及批量生產交付能力，核心配套星載單機全部為自主獨立研發，積累了150餘項發明專利。
  • 攻克關鍵技術，時空道宇01/02星研製工作穩步推進
    根據計劃安排，時空道宇01/02星在完成了裝星電測試後，進行了在微波暗室條件下的電磁兼容試驗，以驗證衛星在太空工作環境下收發信號的兼容性。試驗結果顯示，在星上收發信號功率相差10^(16)倍的情況下，衛星仍能正常工作，這表明時空道宇雙星收發信號電磁兼容，衛星設計和工程實現都得到了有效驗證。
  • 對話未來，時空道宇庫爾勒地球站建成
    而高精度導航定位服務則少不了低軌導航增強系統的支持。5月31日，時空道宇庫爾勒地球站建成，意味著GEESAT-1天基導航增強業務驗證系統中地面系統的重要組成部分建成。有了它，我們不僅可以在衛星發射入軌後與其暢快「聊天」，更可以對衛星發送指令、安排任務。
  • 時空道宇供應鏈產品，賦能開放共贏生態
    時空道宇在商業衛星製造領域為用戶提供高適用、高可靠的衛星及其供應鏈產品為推進北鬥三號在全球範圍的推廣和應用，時空道宇充分發揮核心團隊在北鬥三號短報文衛星載荷的設計經驗，研製具有北鬥三號全球短報文通信的模組及終端，基於軟體無線電架構，以儘可能低的體積、重量、功耗，集成所需儘可能多的功能。
  • 時間，空間，道路，宇宙……時空道宇的認知框架與尺度
    今天，在「中國航天日」這樣一個特殊的日子裡，時空道宇向偉大航天事業的每一位先驅致敬、向每一位同行者致謝。低軌衛星（LEO）以其星座和信號的獨特優勢，逐步受到世界航天領域的關注和青睞。誕生之初，時空道宇就擁有全生態鏈深厚周全的布局能力，始終致力以航天科技引領智能世界。
  • 從中國北鬥到時空道宇，一個青春的距離
    時空道宇技術團隊與北鬥的故事北鬥衛星短報文載荷是我國北鬥導航系統區別於GPS、GLONASS導航系統的一大亮點，北鬥三號MEO衛星配置的短報文載荷，能夠向全球用戶提供位置報告、應急搜救和報文通信等3項功能服務。
  • 時空道宇衛星家族再添一員
    繼GSP100平臺的時空道宇01/02星後，時空道宇衛星家族再添一位新成員GeeSAT-10(01)星基於6U的立方體衛星平臺GSP10設計，具有可量產、大容量、高速率轉發等特點，該衛星平臺可適應通信、導航、遙感、科學等多種任務需求，並且具備星座組網業務運行能力。
  • 創「星」科技，智造未來 | 時空道宇用星座構建高品質時空網絡
    北鬥三號全球衛星導航系統按照覆蓋全球、突出區域，功能豐富、效費比高、循序漸進、分步實施的設計目標，由24顆地球中圓軌道衛星(MEO)、3顆傾斜地球同步軌道衛星(IGSO)和3顆地球靜止軌道衛星(GEO)組成，共同構成了北鬥三號混合星座，並於2020年7月31日正式開通，向全世界提供連續穩定服務。
  • 為智能駕駛定位更精準,計劃於年內發射兩顆低軌衛星!
    5月15日，領克汽車宣布，攜手吉利科技集團旗下時空道宇科技有限公司，共同開啟雙星發射計劃，計劃於年內發射兩顆低軌衛星，為高級別智能駕駛提供高精度定位服務，全面提升用戶智能出行體驗。其中，全能智駕SUV領克01車型作為高精度定位演示驗證車輛，將提供測試數據支持。
  • 吉利時空道宇迷你衛星開售,1000 萬元全球包郵!
    IT之家6月17日消息 近期，吉利宣布時空道宇衛星家族新成員立方體衛星GeeSAT-10(01)星面向市場售賣，售價1000萬元，這顆價值千萬的立方星在衛星家族譜系裡屬於微納衛星，採用了通用化、模塊化、標準化的設計理念，具有研製成本低、功能密度大、技術成熟度高、研製周期短的特點。
  • 導航增強不是導航衛星,李書福想當哪門子馬斯克?
    吉利專攻航空航天方向的子公司時空道宇將在6月進行星箭合體試驗，並將於2020年底前在酒泉，完成兩顆導航增強衛星的發射。而搭載兩顆衛星的，是航天科工研製的小型固態運載火箭——「快舟系列」。再者，根據吉利的描述，這兩顆低軌導航增強衛星將為自動駕駛汽車提供精度高達0.5釐米級的定位服務。
  • 出徵前的萬分準備，時空道宇雙星完成體檢
    近期，時空道宇01/02衛星已順利完成整星系統性能測試、振動試驗及真空熱試驗，按研製程序，完成了各項檢測、試驗和模擬運行，具備出廠發射條件。（時空道宇雙星力學試驗現場）時空道宇01/02衛星順利完成了振動試驗
  • 創「星」科技 | 時空道宇機熱產品，保障太空飛行器穩定運行
    時空道宇在太空飛行器結構機構和熱控設計方面積累了非常豐富的設計和工程經驗，並形成了一系列產品。功能和使用場景時空道宇衛星熱控產品繼承行業內成熟技術經驗通常衛星熱控系統選用聚醯亞胺薄膜電加熱器為單機等產品加熱控溫，受限於加熱功率和阻值密度，往往在狹小空間的低功率密度的加熱器在工藝上無法實現或不符合設計規範，時空道宇研發人員從原理出發，深挖產品可靠性機理，對產品失效進行了充分的預判和試驗研究
  • 時空道宇星座測控，開拓商業航天新局面
    在完成星座設計和衛星製造之後，時空道宇也將構建面向商業領域的星座測控系統，將面向多星、多站、多中心構建測控一體化管理，實現星座的自動化、智能化運行。時空道宇新疆庫爾勒地球站時空道宇將通過此次首發雙星充分驗證衛星測控系統，為未來星座的測控奠定堅實基礎。
  • 全球首顆低軌導航增強衛星投入商業化運行
    這顆試驗星是全球首顆低軌導航增強衛星，已從試驗走向了試用。國內外有許多人從事低軌導航增強的研究，但還沒有做工程驗證的。 這顆致力於「高精度定位」的衛星被寄予「驅動導航增強產業鏈大變革」的厚望，將帶動後續全球低軌導航增強星座的建設和運營。