清华电子系成功接收伽利略在轨卫星信号并实现三维定位

2013年5月5日凌晨，清华大学电子工程系卫星导航技术研究室在北京利用自行研制的全频段多系统实时GNSS（Global Navigation Satellite System）软件接收机成功接收到了欧洲伽利略（Galileo）卫星导航系统的4颗在轨卫星信号，并利用这4颗卫星实现了三维（经度、纬度和海拔高度）定位。同时，该试验还针对已经实现互操作的Galileo、GPS和QZSS三个卫星导航系统进行了联合接收，获得了多系统互操作信号的联合定位结果。

随着第二批两颗Galileo卫星于2012年10月成功发射，太空中已有4颗Galileo在轨工作卫星，构成了可以实现经度、纬度和海拔高度三维定位的最小星座。但由于卫星数量还很少，在地面上每天只有2~3个小时的时间可同时接收全部4颗Galileo卫星的导航信号。此前，欧空局在2013年3月12日宣布，该机构利用目前在轨的4颗Galileo卫星在荷兰的试验室成功进行了三维定位试验，并获得了10米左右的定位精度。但到目前为止，尚未在我国境内得到验证。

清华大学电子系的这次试验在国内首次成功利用Galileo卫星实现独立定位，使用全频段多系统实时GNSS软件接收机对过顶的Galileo及GPS、QZSS卫星进行观测处理。在对Galileo卫星信号的单独接收试验中，接收机成功接收到4颗Galileo在轨卫星的E1信号，定位精度达到10米左右。

图为接收机显示的Galileo星空图。

试验中使用GNSS软件接收机开展对美国GPS卫星、欧洲Galileo卫星和日本QZSS卫星信号进行联合定位获得成功，同时跟踪了GPS、Galileo和QZSS三个系统共13颗卫星的L1/E1频点信号，三系统联合定位的精度比Galileo独立定位的精度有明显的改善，初步证实了多个互操作导航系统的联合定位可以为用户提供更好的服务性能，多系统互操作接收机的开发具有重要的应用价值。

图为接收机显示的Galileo、GPS和QZSS星空图（其中绿色为GPS卫星，黄色为Galileo卫星，红色为QZSS卫星）。

由陆明泉教授领导的卫星导航技术研究室从2001年开始从事卫星导航方面科研工作，并积极参与我国北斗系统的建设，在卫星导航的信号设计与处理、系统仿真与性能评估以及接收机研制与芯片开发等方面都取得了丰硕的成果。这次试验所使用的全频段多系统GNSS接收机是该室在国家863计划和二代导航重大专项的支持下取得的最新成果，具有全频段覆盖、可同时接收处理四大导航系统和部分区域系统所有频点公开服务信号的能力，全部信号处理算法均由软件来实现，并可以通过修改或者升级软件来接收新的导航信号，具有实时和非实时两种工作模式，可用于GNSS信号质量监测与性能评估、接收机算法研究与原型开发、信号模拟器测试与标校等。类似的成果在国内外还未见报道。

图为全频段多系统实时GNSS软件接收机。

该室将利用现有的全频段多系统GNSS接收机持续开展国内外卫星导航信号的观测试验，通过分析GNSS信号的质量、评估GNSS系统的性能，为我国下一代北斗系统的信号设计提供有重要参考价值的实验数据。同时，未来将可利用这个试验平台进一步开展多系统互操作接收机的关键技术研究，为开发下一代低成本、高性能的互操作用户终端奠定坚实的技术基础，促进我国卫星导航产业的发展。