题目：GNSS导航电文设计与评估关键技术研究

 

作为卫星导航系统设计的重要环节，GNSS导航电文设计与评估工作受到了广泛关注。国外在现代GNSS导航电文设计方面开展了深入的研究工作，有效保证了GPS现代化和Galileo系统建设的顺利推进。国内在GNSS导航电文设计与评估研究方面起步较晚，还处于探索国外先进技术的阶段。新一代的北斗全球卫星导航系统目前正处于研制阶段，但其导航电文还未确定，所以开展系统、全面的导航电文设计与评估工作迫在眉睫。本论文对GNSS导航电文性能指标、参数设计、评估方法、发播方式等方面展开了深入细致的研究，具体的研究内容和主要贡献如下：

(1) 提出了一种面向用户需求的多目标归一导航电文评估策略，该评估策略可以综合评估导航电文结构、内容、发播方式对导航性能的影响。提出导航电文表示精度的概念描述导航电文参数表示形式影响的UERE (User Equivalent Range Error)。推导了北斗全球卫星导航系统不同轨道卫星适用的接收机用户测距误差公式。以GPS为例，利用RINEX(The Receiver Independent Exchange Format)和IGS(International GNSS Service)数据为UERE在表示精度上的预算提供了具体的量化依据。分析表明：分配给导航电文表示上的UERE一般为控制段UERE的10%。使用该值指导导航电文中定位必需参数的设计可以更合理利用导航电文空间。本文的面向用户需求的多目标归一评估策略可对已有和新设计的GNSS导航电文进行评估，并对北斗导航电文设计有重要的参考价值。

(2) 基于参数对精度的敏感性分析，提出一种北斗全球卫星导航系统广播星历参数设计方法，该方法能够在任意比特空间的约束下，设计出合理的广播星历参数模型及各参数比特数、比例因子。对多种广播星历参数的模型外推精度、拟合精度和表示精度进行评估，选择出适合北斗全球卫星导航系统的广播星历参数模型。根据北斗全球卫星导航系统星座特性，仿真各广播星历参数的变化范围。在不同比特数、截断误差的情况下，设计了北斗全球导航系统的广播星历星钟参数，验证了该广播星历参数设计方法的正确性和有效性。

(3) 提出了一种基于首次定位时间的导航电文历书参数评估方法。根据YUMA历书，评估已有三种历书的位置、速度、首次定位时间性能，仿真结果表明：简约历书性能较差；中等精度历书能满足性能需求；两种历书不必同时发播。三种历书的性能评估结果与理论结果一致，证明了该历书参数评估方法的合理性和正确性。在评估方法的基础上，提出了一种历书参数设计方法，该历书参数设计方法可以在任意比特数、精度及首次定位时间限制下设计出一组历书参数。

(4) 针对GPS L1频点发播的固定帧格式NAV(Navigation Message)导航电文精度较低和L1C频点发播的混合帧格式CNAV-2(Civil Navigation Message-2)不能满足完好性需求的问题，提出了一种导航电文改进设计方法。该方法具体包括数据内容和发播方式两个方面的改进。数据内容上通过压缩已有参数、增加测距偏差估计(Estimated Range Deviation, ERD)参数来提高精度性能。发播方式上增加不参与编码的数据有效性标识(Data Validity Status, DVS)来改善完好性性能。通过实际数据验证了这种改进算法的可行性及有效性。理论和仿真结果表明，优化后的导航电文能大幅度提高测距精度，同时能够满足完好性告警的需求。本文的优化方法对北斗导航电文的设计与优化有参考价值。

(5) 为深入开展导航电文设计与评估工作，研制了导航电文设计与评估验证软件。该软件能够给导航电文设计提供仿真验证环境，可实现已有GPS NAV、CNAV、CNAV-2、GLONASS、Galileo F/NAV、I/NAV等导航电文的生成与评估，支持自定义设置的导航电文数据内容和结构的显示与评估。本文给出了不同导航电文精度、完好性和首次定位时间结果，验证了理论分析的正确性。

以上结果对北斗全球卫星导航系统导航电文的研究提供了丰富的理论依据和设计参考。