本书作为导航卫星系统自主运行技术专著，内容来自作者团队十多年参与北斗卫星导航系统建设的理论研究和工程实践，注重理论知识的系统性和工程应用的实用性。本书给出了导航系统自主运行的定义和指标体系，介绍了导航系统时空参考框架、卫星轨道动力学模型等理论知识以及导航时频系统、星间链路等关键载荷技术，研究了导航卫星自主定轨与时间同步、导航载荷自主故障检测与恢复、卫星自主健康管理等自主运行相关技术，并结合北斗等GNSS系统开展了算法仿真和基于在轨实测数据的测试验证。创新性地提出了多种先进的自主运行方案和算法，对推动导航卫星智能化运行，提升导航系统服务性能和抗毁能力具有重要的工程应用价值。
样章试读
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前言
第1章 概述 1
1.1 卫星自主运行的定义 1
1.2 导航卫星自主运行技术的意义 2
1.3 卫星自主运行技术的发展 3
1.3.1 GPS星座自主运行发展 3
1.3.2 GLONASS系统自主运行发展 5
1.3.3 Galileo系统自主运行发展 5
1.4 导航卫星自主运行的技术体系 5
1.5 导航卫星自主运行技术指标 8
1.5.1 对星间链路测量的指标要求 8
1.5.2 对卫星自主导航业务处理的要求 8
1.5.3 对导航星历发播切换的要求 9
1.5.4 对卫星自主健康管理的要求 9
1.5.5 对导航载荷自主完好性监测的要求 9
1.6 本章小结 10
第2章 导航卫星高精度轨道动力学建模 11
2.1 时间参考系统 11
2.1.1 时间系统的定义 11
2.1.2 各种时间系统的转换关系 13
2.2 坐标参考系统 13
2.2.1 坐标系统的定义 13
2.2.2 地固系与惯性系的转换 15
2.3 导航卫星轨道动力学模型 16
2.3.1 卫星摄动力模型 16
2.3.2 太阳光压摄动 17
2.4 动力学预报测试结果 27
2.4.1 初值拟合方法 27
2.4.2 偏导数求解方法 29
2.4.3 动力学模型外推结果 30
2.5 本章小结 31
第3章 导航卫星时频技术 33
3.1 导航卫星星上时间的建立 33
3.1.1 基于导航卫星的定位原理 33
3.1.2 导航卫星时间系统 34
3.2 导航卫星星载原子钟技术 35
3.1.1 导航卫星星载铷原子钟技术 36
3.2.2 铷钟物理部分 36
3.2.3 导航卫星星载氢原子钟技术 39
3.2.4 导航卫星新型星载原子钟技术 41
3.3 导航卫星时频生成与保持技术 42
3.3.1 GPS的时频生成与保持系统 43
3.3.2 Galileo的时频生成与保持系统 45
3.3.3 北斗卫星的时频生成与保持系统 46
3.4 星载原子钟模型 47
3.4.1 星载原子钟数据模型 47
3.4.2 星载原子钟频率稳定度分析 48
3.5 导航卫星主备原子钟无缝切换技术 52
3.5.1 基于双混频测相的主备链路同步方案 53
3.5.2 基于过采样和锁相的主备链路同步方案 54
3.6 本章小结 59
第4章 导航卫星星间链路精密测距技术 60
4.1 星间链路测距方案 60
4.1.1 UHF宽波束体制 61
4.1.2 Ka窄波束体制 62
4.1.3 激光体制方案 64
4.2 星间链路拓扑分析 65
4.2.1 北斗系统星座构型 65
4.2.2 星间链路可见性 66
4.2.3 卫星可见性仿真 67
4.3 星间链路测量模型 68
4.4 星间观测数据预处理 70
4.4.1 野值剔除 71
4.4.2 对流层延迟 72
4.4.3 相位中心改正 73
4.4.4 相对论效应改正 75
4.4.5 测距历元归算 77
4.5 北斗星间链路在轨验证结果 81
4.6 本章小结 82
第5章 导航卫星自主定轨及星历更新技术 83
5.1 星间链路自主定轨技术 83
5.1.1 导航卫星自主导航总体方案 83
5.1.2 导航卫星自主轨道预报技术 87
5.1.3 标准卡尔曼滤波自主定轨算法 89
5.1.4 扩展卡尔曼滤波（EKF）自主定轨算法 100
5.1.5 基于锚固站的自主定轨方法 105
5.1.6 小结 108
5.2 星敏感器/红外地平仪自主定轨技术 108
5.2.1 星敏感器和红外地平仪原理介绍 108
5.2.2 星敏感器/红外地平仪自主定轨原理 109
5.2.3 测试与分析 111
5.3 X射线脉冲星自主定轨技术 115
5.3.1 脉冲星简介 115
5.3.2 脉冲星信号模型 116
5.3.3 脉冲星自主导航原理 117
5.3.4 仿真与分析 118
5.4 组合自主定轨及信息融合技术 120
5.4.1 联邦滤波算法 120
5.4.2 分步卡尔曼滤波信息融合算法设计 122
5.4.3 仿真与分析 125
5.5 导航卫星自主星历更新技术 128
5.5.1 广播星历介绍 128
5.5.2 自主星历生成技术 132
5.5.3 无奇点星历生成技术 139
5.5.4 仿真分析 141
5.6 本章小结 148
第6章 导航卫星自主时间同步技术 149
6.1 自主守时技术 149
6.1.1 地面守时模式 149
6.1.2 自主守时模式 154
6.2 基于星间链路的自主时间同步技术 155
6.2.1 自主时间同步观测方程 155
6.2.2 自主时间同步时钟状态模型 156
6.2.3 测试分析 157
6.3 X射线脉冲星自主守时技术 161
6.3.1 X射线脉冲星授时方案 161
6.3.2 仿真与分析 162
6.4 融合观测自主时间守时算法 163
6.4.1 星间测距与脉冲星观测组合自主守时算法 163
6.4.2 仿真分析 164
6.5 本章小结 164
第7章 导航卫星平台自主控制技术 165
7.1 工作模式自主管理 165
7.2 平台轨道自主管理 165
7.2.1 地面注入轨道外推 166
7.2.2 自主导航电文外推 168
7.3 平台时间自主保持 169
7.4 能源自主管理 169
7.5 热控自主运行 169
7.6 SADA自主控制 170
7.7 本章小结 171
第8章 导航卫星载荷自主完好性技术 172
8.1 导航系统完好性技术 172
8.2 星载实现原理 174
8.2.1 星上告警事件及手段 174
8.2.2 自主完好性监测实现原理 174
8.3 导航信号自主完好性监测技术 175
8.3.1 发射功率异常监测 175
8.3.2 时延异常监测 176
8.3.3 信号相关峰的质量监测 177
8.3.4 伪码与载波一致性监测 178
8.4 星载原子钟自主完好性监测技术 179
8.4.1 基于锁相环的星钟异常自主监测方法 179
8.4.2 基于统计学的星钟异常自主监测方法 185
8.4.3 卫星信息处理自主完好性监测技术 208
8.5 监测风险 209
8.6 小结 210
第9章 导航卫星自主健康管理技术 211
9.1 导航卫星遥测数据及故障特点分析 212
9.1.1 遥测数据特性分析 212
9.1.2 常见故障特性分析 218
9.2 基于数据驱动的异常检测技术 221
9.2.1 基于增量聚类的异常检测方法 221
9.2.2 基于GPR模型的异常检测方法 228
9.2.3 基于主成分分析的异常检测方法 235
9.2.4 基于相关概率模型的异常检测方法 241
9.3 故障诊断技术 247
9.3.1 常用故障诊断方法 248
9.3.2 基于TEAMS的故障诊断方法 250
9.4 综合故障诊断框架 251
9.5 本章小结 254
后记 255
参考文献 257
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