基于准载波相位差分技术的地基增强系统机载定位精度性能研究

地基增强系统(ground-based augmentation systems,GBAS)中机载导航定位精度和精度可靠性关系到飞机和人员的生命财产安全。因此,提出了在GBAS中使用以准载波相位差分技术(real-time kinematic,RTK)为差分方式减小潜在误差影响的方法。RTK利用了参考站和移动站之间观测误差的空间相关性,通过差分的方式消除了移动站观测数据中的大部分误差。与传统的差分方式相比,RTK具有更大的技术优势。通过实验验证和数据仿真结果表明:该方案的单频准RTK可实现分米级甚至厘米的高精度定位,能够为飞机的进近提供精密和稳定的导航数据,同时为机场实现GBAS CAT Ⅱ/Ⅲ类精密进近服务起到积极地促进作用。     

基于北斗的地基增强系统飞行试验性能

地基增强系统(GBAS)以其全天候、减少飞行成本、提高机场吞吐量等优点,被视为下一代民航飞机主要的进近和着陆引导方式。在详细分析国内外基于GPS的GBAS系统相关资料的基础上,构建了基于北斗的GBAS系统,并在黑龙江鸡西市鸡西机场(JXA)进行了基于北斗GBAS的飞行实验。通过对基于BD与GPS的地基增强系统监测数据及保护级数据处理与对比分析,实验结果初步表明北斗卫星可以代替GPS作为中国下一代的GBAS导航源,并且本系统计算的完好性数据能够满足RTCA(航空无线电技术委员会)规范中对CATI类进近要求的定义。     

基于北斗的地基增强系统飞行试验性能分析

地基增强系统（GBAS）以其全天候、减少飞行成本、提高机场吞吐量等优点,被视为下一代民航飞机主要的进近和着陆引导方式。本文在详细分析国内外基于GPS的GBAS系统相关资料的基础上,构建了基于北斗的GBAS系统,并在黑龙江鸡西市鸡西机场（JXA）进行了基于北斗GBAS的飞行实验。通过对基于BD与GPS的地基增强系统监测数据及保护级数据处理与对比分析,实验结果初步表明北斗卫星可以代替GPS作为中国下一代的GBAS导航源,并且本系统计算的完好性数据能够满足RTCA（航空无线电技术委员会）规范中对CATI类进近要求的定义。     

基于无迹卡尔曼滤波的仪表着陆系统/GBAS着陆系统/惯性导航系统组合导航融合方法

针对进近着陆过程中,仪表着陆系统(ILS)会受到空域以及外界环境的影响而产生导航偏差,影响进近着陆时导航的精度;而现在正在引进GBAS着陆系统(GLS)。提出一种将ILS和GLS分别与惯性导航系统(INS)相组合,利用改进的联邦无迹卡尔曼滤波,将其输出的位置之差作为量测值;再根据线性最小方差准则,提出了按照最优系数加权的方法融合局部导航数据,从而得到全局最优估值。相比于传统的UKF滤波算法,能有效地降低测量噪声,减小飞机降落时与标准航道的偏角误差,从而提高进近着陆引导的水平精度。     

GILS组合进场策略研究

为适应未来空中交通流量持续快速增长的需求,提高空管运行安全水平,本文提出一种将星基着陆系统GLS（Global Navigation Satellite System Landing System）和仪表着陆系统ILS（Instrument Landing System）两种进近程序融合使用的新方法,为着陆系统创造一个更经济和精密的进场体制。通过数学建模,将GLS进近数据和ILS进近数据等效在同一个直角坐标系中,仿真计算飞机进近航迹,并求出两种导航源分别与标准航迹的对比误差。仿真和实际验证试飞数据表明,基于GILS（GNSS Landing System and Instrument Landing System）进近体制的组合进场策略可明显提高飞机进近过程导航精度和完好性水平,并提高进近速度,提高进近安全水平。本文称该组合进场策略为GILS进场策略。     

星基-仪表着陆系统组合进场策略研究

为适应未来空中交通流量持续快速增长的需求,提高空管运行安全水平,提出一种将星基着陆系统GLS(global navigation satellite system landing system)和仪表着陆系统ILS(instrument landing system)两种进近程序融合使用的新方法,为着陆系统创造一个更经济和精密的进场体制。通过数学建模,将GLS进近数据和ILS进近数据等效在同一个直角坐标系中,仿真计算飞机进近航迹;并求出两种导航源分别与标准航迹的对比误差。仿真和实际验证试飞数据表明,基于GILS(GNSS landing system and instrument landing system)进近体制的组合进场策略可明显提高飞机进近过程导航精度和完好性水平,并提高进近速度,提高进近安全水平。现称该组合进场策略为GILS进场策略。     

基于差分GILS进近系统的导航精度分析

通过研究飞机在低可见视程条件下的进近问题,力图充分利用全球卫星导航系统的能力,使机场在不需要更新陆基无线电导航系统的情况下从I类盲降标准提升到II类及以上的相同或可比拟的运行标准。通过对某航空公司飞行数据的分析,为提高飞机进场水平导航精度和完好性,提出了组合应用差分全球卫星导航系统GNSS(global navigation satellite system)和仪表着陆系统ILS(instrument landing system)下滑道的进近体制模型,即为GILS(GNSS and ILS-glideslope)进近系统。利用Kalman滤波的方法,将仪表着陆系统数据和差分全球卫星导航系统的定位数据融合,通过数学建模,仿真模拟飞机进近航迹。仿真和实际验证试飞数据表明,该方案可有效提高飞机的水平导航精度和完好性水平,有潜力将CAT I标准提升为类CAT II水平。     

基于陆态网络的远距离在航潮位提取方法研究

远距离在航潮位测量是采用后处理差分相对定位或精密单点定位方法获取流动站天线三维坐标,并通过一系列改正获得最终潮位结果的方法。远距离在航潮位测量方法克服了现有RTK验潮模式作用距离短(20 km)的缺点。由于差分站间基线解算参数质量直接影响流动站的定位结果精度,流动站相对定位时采用中国大陆构造环境监测网络基准站数据,避免差分观测时架设基准站时的人为误差,提高了测量效率和数据解算精度,进而提高潮位测量精度。     

GBAS中相位平滑伪距差分修正改进算法

针对卫星导航精度问题,提出一种载波相位平滑伪距差分修正算法的改进方案.通过无码载偏离平滑滤波技术来解决电离层对伪距和载波相位观测值带来的不一致性导致的电离层误差加剧问题.利用信号传播中误差模型预测值、载波信号和码伪距确定滤波器的衰减因子,把接收到的双频载波信号相位值和伪距值线性组合,输入滤波器滤波.同时用卫星修正信息对平滑伪距值中钟差进行修正.仿真结果表明通过该算法能够减少滤波后的信号残差,提高载波相位平滑伪距差分修正值标准差的可用性,减少电离层误差对星基导航精密进近阶段定位精度的影响.     

GPS单历元精密单点定位精度分析

普通精密单点定位主要是针对多历元观测数据,本研究重点关注单历元精密单点定位及其精度分析.在分析GPS单历元观测量误差源基础上,讨论了单历元非差精密单点定位误差;给出了单历元非差精密单点定位的解算流程,对Bjfs、Mizu、Wuhn和Lhaz等4个IGS站1天的实际观测数据分别进行了处理,单历元精密单点定位精度达到了4.5 cm,与GPS RTK结果精度一致.单历元精密单点定位只需一个测站的单一历元观测就可以进行精确定位,而GPS RTK至少需要两台仪器.     

基于GBAS系统的双座电动飞机导航定位可视化仿真

为了分析双座电动飞机基于GBAS系统在空间领域环境中的运行情况,以双座电动飞机模型为基础,设计并建立了基于三维可视化仿真FlightGear平台来模拟GBAS系统的运行引导效果。通过对导航数据分析处理,仿真了可见星和运行轨道的情况。针对传统的最小二乘伪距定位方法和载波相位平滑伪距算法的定位精度、可靠性都不能满足双座电动飞机定位着陆需求的问题,采用了增强算法卡尔曼滤波平滑伪距算法,对增强算法进行了仿真。采用FlightGear与MATLAB联合仿真,可以更直观的看出GBAS导航数据对双座电动飞机的引导效果,从而验证了双座电动飞机在终端区的导航定位着陆可以通过GBAS系统结合增强算法来引导。定位的水平平均误差和垂直平均误差都减小到 1 m 以内。     

一种基于边缘计算的RTK定位方法

实时动态载波相位差分(Real-Time kinematic,RTK)定位是一种基于载波相位观测值的实时动态定位技术,通过架设基准站并将基准站数据与流动站数据进行差分解算获取流动站的精确位置,从而得到比传统GPS定位更为精确的结果。本文提出了一种基于边缘计算的实时动态载波相位差分定位方法 E-RTK(Edge Real-Time Kinematic),通过将RTK解算任务迁移至边缘设备,降低RTK移动端对硬件的算力需求,进而降低RTK定位的硬件成本。本文基于E-RTK进行了实现及测试,实验证明,该E-RTK定位在较低的硬件成本下,能够达到与传统RTK定位相当的精度,除此之外,在使用GPS+BEIDOU卫星数据进行解算定位时,相较于常见的GPS+GLONASS定位,其Fix速度具有较大提升。     

干涉式量子定位辅助卫星导航周跳探测与修复方法

快速准确对周跳进行探测与修复是卫星导航高精度定位必须解决的关键问题。干涉式量子定位系统达到高精度必须具有良好PDOP(位置精度因子),但是受基线布置的影响,在整个覆盖区的PDOP并不能保证都是理想的。提出了利用干涉式量子定位某个方向高精度测距信息辅助卫星导航,进行周跳探测与修复方法。推导了干涉式量子定位与卫星导航网络RTK两者结合的定位方程,在新的定位模型下,采用Household变换以及LAMBDA算法,充分利用量子高精度测距所提供的信息,逐历元计算出卫星导航RTK测量中双差的整周模糊度,从而根据该模糊度的变化进行周跳的探测与修复。仿真分析表明:该方法可以在单历元内检测到周跳的存在,并在后续的短历元内正确地修复周跳。     

基于非线性自适应回归神经网络的GPS/IMU组合导航方法

车道级高精度定位导航是智能网联汽车的基本配置,全球定位系统(globlal positioning system,GPS)/惯性测量单元(inertial meansurement unit,IMU)组合导航是高精度定位的关键技术之一。根据汽车行驶过程中高精度定位要求,提出了应用于智能网联汽车的基于非线性自适应回归(nonlinear autoregressive exogenous,NARX)神经网络的GPS/IMU组合导航方法。首先,根据IMU传感器数据特性,建立了基于扩展卡尔曼滤波的惯性导航系统(inertial navigation system,INS)模型,其次,基于NARX神经网络,建立了GPS/INS组合定位训练和预测模型,然后,基于全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)、实时动态差分技术(real-time kinematic,RTK)、INS等技术,设计了智能网联汽车RTK高精度定位数据采集实验系统,并收集了实验数据。最后,对NARX网络训练误差和GNSS信号长时间失效情况下定位预测误差进行了讨论与分析。实验结果表明,该方法在GNSS信号失效5 min情况下,定位预测误差在2. 5 m以内,满足一般情况下,短、中、长隧道中智能网联汽车定位应用要求。     

复杂环境下的GPS/BDS/GLONASS结合的单频RTK定位性能研究

为考察GPS/BDS/GLONASS结合的单频RTK定位模式在复杂城市环境下的定位优势,该文在香港采集一个参考站和7个流动站的GNSS数据,通过LAMBDA模糊度搜索方法和R-ratio检验得到单系统、双系统、多系统GNSS单频RTK的定位精度,分析在复杂观测环境下不同系统单频RTK定位性能.结果表明：1)在良好的观测条件下,多系统定位精度最高,双系统次之,单系统最差,都能达到厘米级的定位精度;2)在复杂环境下,部分单系统单频RTK很难实现双差定位,总体上双系统比单系统定位精度高,GLONAS＋BDS的定位精度最差,但都难以实现高精度定位;3)多系统单频RTK可定位精度最高,可用于高精度的城市导航定位;4)观测环境与GNSS单频RTK定位精度具有明显的相关性.     

Novel algorithms for GPS network RTK

This paper gives some new algorithms for GPS Network RTK. The whole algorithms are based on the Double-Difference (DD) using single epoch of GPSdata. So cycle-slips and loss-of-locks of GPS satelliteare avoided. And the time of Network RTK systems tart-up and positioning is shortest, only one epoch.These algorithms need no ionospheric or troposhperic correction models. The combined bias of rover station is directly estimated and corrected by observations of reference stations of network. Hence, the algorithms are no delay, and are the really and truly real-time difference and positioning. Compared with other algorithms, they can synchronously eliminate orbital bias, ionosphere delay, troposphere delay and otherbiases of positioning correlated with distance to great degree. There are little residual high order biases and measurement noise in DD observation equation of rover station after difference correction, so RTK positioning of network with the algorithms can perform wider and more equably.     

基于RTK模式的应用GPS III和Galileo模糊度算法分析

在介绍三频法确定主频率模糊度的基础上,针对RTK工作模式,采用GPS、Galileo和GPS/Gali-leo系统,在不同基线长度下,分别利用三频法和两频法从确定模糊度的时间、正确率以及定位精度等方面进行分析,总结了不同情况下如何采用导航系统和定位模式,以保证定位精度和可靠性。     

矿山变形监测中常规RTK精度提高方法研究

矿山变形监测是矿山安全开采与可持续发展的重要组成部分.基于GPS RTK技术,利用实地采集的观测数据,以静态相对定位结果作为参考,分析对中杆倾斜量对于RTK流动站水平和垂直点位精度的影响.研究结果表明,对中杆倾斜误差对RTK水平定位精度影响较大,但对垂直误差影响很小;采用三脚架模式,可获得毫米级的平面定位精度;而高程精度与点间高差相关性较大,只能达到厘米级的精度.     

基于超像素显著性的无人机引导区域提取

为解决无人机视觉定位与导航中引导区域的提取问题, 提出了一种基于超像素显著性的引导区域提取方 法。 该方法首先利用 SLIC(Simple Linear Iterative Clustering)算法将地面图像划分为内部相似度较高的超像素区 域, 通过计算超像素的显著性值得到超像素显著性图, 再基于先验规则从超像素显著性图中提取合适的准引导 区域, 最后计算各区域的匹配概率, 从而得到高显著性和高匹配率的引导区域。 实验结果表明, 该引导区域提 取方法在测试集上的准确率和召回率分别为 89%与 87%, 基本满足无人机视觉定位与导航的要求。     

一种全球导航卫生系统钟差估计优化方案的量化研究

摘要：针对卫星钟差解算策略的优化问题,本文基于BERNESE GNSS数据处理软件,设计了卫星估计钟差解算方案。提出了“单位时间误差梯度”的概念,量化了解算精密钟差的效率。采用基于TIN的选站法选取参考站,利用历元参数在历元间的独立性,分步解算各类参数。既减少了因大量历元参数存在引起的时间迟滞,又消除了单历元观测离群值对非历元参数估计的影响,从而提高了GNSS卫星钟差估计效率。利用IGS跟踪站作为参考站对以上解算过程进行实验,结果表明估计钟差与IGS精密钟差的符合精度达到0.1ns,陆态网精密单点定位（PPP）动态解最大偏差小于10cm,能够满足动态定位厘米级的精度要求,为估计钟差时参考站的数量和几何分布的选择提供了参考。