基于海洋浮标的卫星导航通信新系统的关键技术研究

Satellite navigation and communication systems is an important part of the buoy observations. The new theories, new methods and new technologies of the satellite navigation and communication used by the ocean buoy is the hot topics at the present. The performance of the major scientific issues are communication and navigation integration in one system ,safe and reliable signal transmission and ill-conditioned equation with a synchronous communication satellite positioning.The following three methods was proposed. The first method, deep integration of the communication signal and positioning signal is achieved by positioning stamp technology; The second method, the active avoidance and avoiding the passive anti-jamming is achieved by signal high bit rate and the technology of parasitic transmission; The last method, location of the ocean buoy obtained by single communication satellite is achieved by the establishment of single-satellite pseudorange / sea plane constraint / IMU dead-reckoning combination of measurement model machine and solution algorithm. The above three key technologies will make satellite navigation and communication system structure simple and reliable. These reseraches will create good conditions for the construction of China's ocean buoy satellite communications and navigation system and present important theoretical significance and application values.

卫星导航通信系统是浮标观测中重要组成部分，研究和探索海洋浮标使用的卫星导航通信系统的新理论、新方法和新技术是目前国内外开发海洋的前沿课题。主要的科学问题表现在：解决好通信与导航一体化的问题，解决好信号的安全可靠传输问题；解决好利用一颗同步通信卫星定位时，测量方程的病态问题。针对上述问题，本项目提出定位戳技术，实现通信信号和定位信号的深融合；提出利用高码速率的伪码扩频技术和寄生隐匿传输技术，实现抗强干扰的入向传输；提出建立单星伪距/海平面约束/IMU航位推算组合测量模型及求解算法，从而做到利用一颗通信卫星就能实现海洋浮标位置信息的获取。以上三项关键技术的研究和探索，将使卫星导航通信系统结构简单，工作可靠，从而为我国海洋浮标卫星通信导航新系统的构建创造好条件，具有重要的理论研究意义和应用推广价值。

针对目前海洋浮标，特别是大洋浮标使用的卫星通信导航系统的现状：铱星+GPS，或者Argos，本项目提出必须改变目前使用的双系统或双链路组合的现状，实现通信和导航功能的深度融合，实现传输链路的统一使用，具体做了以下工作：.第一：设计了通信信号与定位信号深度融合的信号结构，分为I、Q 支路，每个支路上的电文格式，均由连续的超帧组成，每个超帧由若干个子帧组成。在I 支路上扩频调制简单导航电文，在Q 支路上扩频调制通信电文；.第二：当转发器或卫星被阻塞或摧毁时，如果能够采用特定的技术手段，成功地将信号转移到其他的转发器或卫星而不被第三方发现，则在出现突发事件时，可以实现卫星寄生通信，满足决应急通信需要。实现卫星寄生通信既要满足通信的隐蔽性，又要满足通信的可靠性；.第三：基于单轴加速度传感器的姿态测量系统及其姿态测量方法以及构造了微传感器件辅助下的欠星定位方法与装置,研究求解单星定位测量模型获得浮标位置值的方法，从而实现海洋浮标的定位和轨迹推算。.制作了终端，进行了导航通信融合联调测试，取得很好的测试结果。.这些核心的问题解决和关键技术的突破，将为能形成新系统、新方法、新原理做好基础性的研究和研发工作。从而为形成具有我国自主知识产权的海洋浮标卫星通信定位系统奠定理论基础， 将对我国和世界浮标观测系统的发展产生重要的理论研究价值和实际应用价值。