本文基于卫星导航系统应用的广泛性和重要性，瞄准下一代北斗卫星导航系统对精准可靠的要求，从卫星导航系统的基本完好性、星基增强系统的完好性、高级接收机的自主完好性监测和精密单点定位的完好性等四个方面研究了当前完好性技术的发展现状，并比较了各自的技术难点，最后分析了后续完好性技术的发展趋势。本文的论述对于下一代北斗卫星导航系统完好性的体制设计与建设具有重要意义。

为了提高北斗卫星定轨精度，解决北斗地面站建设受限的问题，本文提出以低轨卫星星座作为天基监测站的解决方案，评估低轨卫星星座监测性能的两个指标：监测覆盖因子和卫星位置精度衰减因子，对低轨卫星星座不同构型参数进行了优化，包括轨道高度、轨道面数、轨道倾角和卫星数量。以北斗三号卫星为监测对象，设计了一个最优低轨卫星星座，以iGMAS（全球连续监测评估系统）30个跟踪站为基准，对该低轨卫星星座的监测能力进行了验证。结果表明：所设计的低轨卫星星座的监测性能优于iGMAS系统30个跟踪站，低轨星座能够以最少的低轨卫星数量实现对北斗卫星的全弧段至少六重覆盖，几何布局良好且稳定，有助于提升北斗系统定轨精度、为北斗系统运行状态和服务性能的监测评估提供高质量的观测数据。

面向低空经济规模化运行中频谱稀缺、空域复杂与动态障碍并存的安全挑战，本文提出了一种“通感—信控—监视—航迹”四元耦合的无人机（Unmanned Aerial Vehicle，UAV）自主决策框架。首先，构建城市低空基站的地空信控性能地图与雷达监视性能地图，分别量化控制链路的可用性与雷达探测的可靠性；通过引入累计中断约束，实现“可飞”与“可控”的双重安全闭环，并以UAV感知地面车辆三维点云数据作为实时先验信息，最大化空地数据传输速率。针对传统凸优化难以应对的不确定性动态场景，本文设计了基于深度Q网络的强化学习算法：利用点云深度网络与卷积网络并行提取环境特征，联合离散动作空间实时决策下一航迹点与车辆接入向量，并借助经验回放、固定目标网络与惩罚奖励机制，保障训练稳定性。仿真结果表明：所提方法在8 000轮训练后奖励收敛、损失稳定，UAV可在信控与监视强区内高效巡航，显著规避了信号盲区与雷达失捕区域。

由于卫星信号极易受到干扰，为了确保全球卫星导航系统接收器的可靠定位精度，基于阵列天线的抗干扰算法的研究变得至关重要。然而针对现有变步长功率倒置算法受限于瞬时能量的单一调节机制，在动态干扰场景中存在稳定性不足的缺陷，本文提出了一种基于功率变化率修正的变步长抗干扰算法。该方法在原有变步长的基础上增加功率变化率来修正步长变化，通过输入功率归一化及输出功率变化率修正的双重调整机制，促使算法在功率突变后快速恢复稳定收敛状态，有效抑制功率快速变化导致的权值剧烈振荡，提升算法在动态干扰环境中的收敛速率与鲁棒性。仿真实验表明：相对于仅依赖瞬时能量的单一调节机制，本文所提算法实现了更快的收敛速度和更深的零陷深度，并且能够有效应对信号功率突变对干扰抑制的影响，从而降低干扰信号功率。

惯性导航/卫星导航的组合导航广泛应用于无人机等多种移动载体中，然而在全球导航卫星系统信号中断期间，惯性导航系统误差会迅速积累，严重影响导航精度。现有研究多集中于对水平二维的误差建模，忽略了高度方向的动态特性，限制了其实际应用。为解决这一问题，本文提出一种面向三维导航的双分支神经网络模型，同时建模经度、纬度与高度方向的位置增量，以适应三维空间中的动态导航需求。该模型采用LSTM（长短期记忆网络）与GRU（门控循环单元）构建解耦的双分支结构，分别针对经纬面与高度方向设计建模路径，并在主分支中引入卷积神经网络（CNN）以增强时序特征提取能力。实验表明：所提出的网络提升了导航系统在三维空间下的预测精度。相较于传统的定位方法，本文提出的方法在东北天三向的均方根误差分别降低了97.8%、97.9%、26.2%，具备良好的工程应用潜力。

在车联网自动驾驶中，车辆的定位精度是平稳运行的关键。但是以卫星导航、惯性导航为代表的单一导航系统都无法全面保证车辆持续高精度定位，所以通过车辆之间的信息协同实现高精度定位成为主要手段。本文提出了一种基于神经网络的大规模车辆协同定位方法，该方法针对车辆在行驶中自由聚散的特性，首先引入主成分分析法对导航信息进行处理，降低计算复杂度，其次通过烟花神经网络方法对车联网中的导航信息进行快速融合，保证车辆运行中定位的精度和稳定性。将本文的方法与现有的协同定位方法进行对比，实验结果表明：本文所提出的方法具有更快的收敛速度和定位稳定度。

从卫星导航系统拒止环境的导航定位需求出发，本文深入探究了低轨道单一卫星无源测频导航定位技术。该技术依靠星载接收机接收地面设备发射的特定信号，通过解算出该信号的多普勒频移，实现对地面静止或低速用户的导航定位。分析和模拟数据显示：在卫星轨道高度800 km、8 min可见时间段内，在多普勒估计误差为0.01 Hz时，用户定位误差小于1 000 m。这一技术方案能给紧急情况和特定环境下的导航定位提供一个可靠的备用方案。

目前，GNSS-IR（全球卫星导航系统干涉反射测量）海面高度反演技术主要依赖于传统大地测量型GNSS接收机，由于这些设备价格昂贵且携带不便，难以同时满足低成本和高精度的需求，限制了该技术的广泛应用。因此，本文利用智能手机开展了GNSS-IR海面高度反演相关实验，并基于稳健估计对多系统多频数据进行融合反演海面高度以提升精度。结果表明：智能手机的整体反演结果精度在21 cm左右，平均相关系数为0.96，与传统GNSS接收机的反演性能相当；多系统多频数据融合海面高度反演结果精度为6.8 cm，相关系数为0.996，与初始反演结果相比，显著提升了海面高度反演的时间分辨率和反演精度，经过平滑后的融合反演结果精度达到了6.1 cm。智能手机的海面高度反演精度为厘米级，可替代传统GNSS接收机用于GNSS-IR海面高度反演。

为了克服地球非球形摄动的影响，需要对地球静止轨道（GEO）卫星定期实施经度漂移控制来实现东西方向定点保持，即地球静止轨道卫星的东西位置保持控制，这通常通过脉冲点火的方式实施。在GEO卫星东西位置保持期间，需要不间断地对卫星实施遥控指令发送，这使得与卫星遥控紧耦合的载荷应用受限。本文设计了GEO卫星东西位置保持分散控制方法，建立了数学模型，制定了控制策略与实施要点，并利用两类不同的在轨卫星进行了控制效果的验证。该方法有效利用了载荷任务间隙的碎片化资源，提高了卫星测控资源可用度。

随着智能汽车和自动驾驶技术的迅猛发展，高精度三维导航已成为关键支撑技术。然而，北斗卫星导航系统在高程精准定位以及复杂多变的公路交通场景中存在局限性，这制约了自动驾驶和智能驾驶系统的发展。本文提出了一种基于自适应卡尔曼滤波技术的北斗+5G融合定位模型，旨在解决复杂公路交通环境下信号遮挡、信号缺失、多径效应等导致的定位精度下降问题。该模型通过构建融合定位向量方程，并引入新息向量和抗差因子，实现了对量测噪声的自适应抑制，提高了定位精度。在杭州绕城高速留下枢纽进行的实地测试，结合三维高精度激光点云地图进行的叠加验证表明：该模型在复杂交通环境中能够显著提升定位性能，高程定位误差小于0.2 m，能够支持三维车道级导航，验证了北斗+5G融合定位技术在智能汽车和自动驾驶领域的应用潜力。

传统惯性卫星组合导航依赖卫星导航提供高精度定位结果进行位置修正，难以适应强压制干扰环境。针对这一问题，本文提出一种基于干扰来向估计的惯性导航修正方法，可在强压制干扰环境下提供不依赖卫星导航的定位修正信息。该算法首先基于压缩感知干扰测向技术获得干扰源来向，并结合惯性导航提供的短时精度可保障的载具轨迹完成低动态或静止的干扰源位置定位，随后使用干扰源和干扰来向反向完成飞行器定位，最终为惯性导航系统提供不依赖卫星导航的修正参考源。该方法适用于卫星导航长时间无法工作的极端导航压制干扰对抗环境。其主要创新点在于提出了一种基于干扰源位置估计的稳健反向定位方法，为惯性导航在卫星导航因干扰失效的应用场景中提供了一种卫星导航以外的修正定位信息源，该修正定位信息源无需增加额外的硬件传感器。仿真结果证明，该算法可以在4个静态强压制干扰源环境下，为惯性导航提供稳定的修正定位精度，满足强电磁干扰环境下的导航定位需求。

为了研究评估低轨卫星多普勒定位性能，本文基于实测数据评估分析了低轨卫星单星多普勒定位相关误差和定位性能，并结合低轨星座仿真推演分析了全球范围内的星座多普勒定位性能。结果表明：①在低轨试验单星多普勒定位相关误差项中，多普勒测量误差精度在分米级，大于其它误差项一个数量级以上，综合相关误差项的多普勒用户等效测速误差（UERRE）精度优于0.27 m/s；②低轨试验单星多普勒定位三维误差约在8 min收敛至200 m，收敛后定位精度（RMS）约85 m，单星多普勒等效PDOP（位置精度衰减因子）最终收敛至200左右；③在全球范围内，当截止高度角在10°及以下且累计观测8 min及以上时，星座多普勒等效PDOP全球均值优于28.8，RMS优于58.8，95%优于156.1，星座多普勒定位精度（三维，1σ）全球均值优于7.8 m，RMS优于15.9 m，95%优于42.2 m。其中，高纬度地区的星座多普勒等效PDOP和定位精度最优，中纬度地区次之，低纬度地区相对最差。

为了系统评估GPS（全球定位系统）系统LNAV（遗留导航电文）与CNAV（民用导航电文）广播星历的精度，并验证其在实时应用中的性能，本研究基于2024全年GNSS（全球导航卫星系统）广播与精密星历开展精度对比分析，并结合LEO实时定轨实验进行验证。选取2024年全年GNSS广播星历与精密星历数据，统计分析不同卫星型号和导航电文类型的星历精度。同时，利用GRACE-FO C星（重力恢复与气候实验后续任务C星）的星载GPS观测数据开展缩减动力学实时定轨实验，评估不同广播星历对轨道精度的影响。研究表明：不同卫星型号的广播星历精度存在显著差异，其中BLOCK IIIA（GPS卫星型号）卫星表现最佳，BLOCK IIF最差。2024年G08和G10完成钟源切换后LNAV与CNAV广播星历的全星座SISRE（空间信号测距误差）均值分别为25.5 cm和23.8 cm，较2021年LNAV星历的37.0 cm显著降低。LEO（低地球轨道）实时定轨实验结果显示：相较于LNAV广播星历，采用CNAV广播星历A、C、R及三维方向精度均有提升，三维轨道误差最大提升0.8 cm，轨道精度平均提高约3.2%，进一步验证了CNAV在实时应用中的优势。综合星历精度与LEO实时定轨验证结果，CNAV广播星历整体表现优于LNAV。随着BLOCK IIR卫星逐步退役及BLOCK IIIA卫星的持续部署，预计未来基于CNAV广播星历的导航、定位与授时服务将实现更高精度，进一步增强其在实时定位与科学应用中的价值。

为解决天线盖挡板遮挡测控车载站低仰角信号收发的问题，本文首先确定折叠机构的解决方案，提出一种双向弹簧同轴并联系统，并对这个关键技术进行研究。首先从折叠机构的运动过程入手，建立整个系统的数学模型，获得了弹簧阻尼变形量的影响因素及其解析数值；再对弹簧同轴并联系统进行动力学分析，得到了系统的动力学参数，设置三组不同的参数结合虚拟样机进行动态仿真，并对内外弹簧单独作用及其共同作用下的扭转力矩曲线进行了分析。结果表明：所提出的双向弹簧同轴并联系统相比内外弹簧单独作用，动态峰值不仅衰减约75%~90%，峰值频率显著降低，验证了内弹簧与外弹簧同轴并联的结构具有更加稳定的动态特性，为其他类似工程项目提供了有力的参考。

面向立方星对高增益天线的应用需求，结合柔性碳纤维复合材料优异的力学性能，提出一种可卷绕收纳反射面天线方案，收纳体积严格控制在2 U以内。该天线主要由柔性碳纤维反射面、柱壳杆、副反射面和馈源等组成。柱壳杆驱动反射面展开并维持反射面展开到位后的空间构型，其一端与柔性碳纤维反射面周向边缘连接，另一端固定到天线中心部位。采用弹性欧拉梁理论，建立卷绕收纳状态碳纤维反射面和柱壳杆所需约束载荷的评估方法。研制了0.5 m口径原理样机，开展了卷绕收纳展开试验和暗室测试。样机卷绕收纳后直径约140 mm，高度约180 mm。约束载荷分析值相比测试值偏大约24%，测试结果充分验证了柔性碳纤维反射面天线卷绕收纳设计的可行性。

随着卫星通信技术的高速发展，星地传输数据量不断增加，对信号传输速率及传输质量的需求不断提升。在传统调制器中，由于DAC（Digital-to-Analog Converter，数模转换器）采样率、成型滤波技术等多种因素的限制，其设计多采用低阶调制，使得信号传输速率低，无法满足未来高速传输的需要。因此，本文提出一种传输速率连续可变的16路并行成型滤波技术，该技术采用64APSK（Amplitude Phase Shift Keying，振幅相位键控）的调制方式，实现调制数据的高速传输。经实验验证，该技术基于现有硬件平台，可在4.8 GHz的DAC采样率下，实现7.2 Gbps码率数据传输，且EVM（Error Vector Magnitude，误差矢量幅度）低至2.029 9%。相比于现有的8PSK、16APSK、32APSK等高速并行调制器架构，该技术具有传输速率高、信号质量好、资源消耗占比低等优点，对未来超10 Gbps数据传输系统设计具有参考意义。

随着雷达干扰机应用需求的日益增加，传统阵列设计与测向算法存在以下关键局限：均匀阵列信息冗余度过高、阵列物理孔径受限导致估计精度受限、对相干信号源处理性能显著劣化。为此，本文提出了一种基于空间平滑预处理与MUSIC（Multiple Signal Classification，多重信号分类）算法的二维复合均匀阵列相干信号DOA（Direction of Arrival，到达方向）估计方法，旨在突破传统阵列设计的限制，以及解决相干信号带来的DOA性能下降问题。具体而言，空间平滑技术利用均匀阵列的平移不变特性，有效改善相干信号引起的协方差矩阵秩亏损问题；二维复合均匀阵列通过稀疏化阵列排布，在相同阵元数量条件下扩展有效孔径，从而提升DOA估计的分辨率。在实验中，结合二维空间平滑方法和MUSIC算法，在二维复合均匀阵列上对相干信号进行DOA测向，结果表明：空间平滑方法有效抑制了相干信号的干扰，且二维复合均匀阵列较传统均匀阵列在相同阵元规模下展现出更优的DOA估计性能，验证了方法的有效性。

在火箭一子级回收的制导控制中，载体位姿测量至关重要，工程上通常使用惯性导航、卫星导航、激光雷达等方式进行位姿测量，视觉测量具有无累计误差、更新率高等优点，有应用到火箭一子级回收制导控制的潜力。本文分析了火箭一子级垂直下落段的动力学模型，建立落点参考坐标系，以最小推进剂损耗为优化目标，进行垂直下落段的轨迹仿真，以猎鹰9号一子级为仿真对象，使用凸优化方法对基于最省推进剂问题进行求解，得到一子级垂直下落段最优轨迹。仿真算例将4台相机安装于火箭一子级，通过多视觉传感器测量模型、图像目标识别、图像特征拾取实现视觉位姿测量，计算的结果表明：本文提出的视觉测量技术具有较高的位姿精度，具备工程应用的前景。