单双卫星系统差分定位效果比较方案设计与分析

当前,CORS系统主要分为GPS单系统以及GPS/GLONASS双系统两大类,双系统下的定位效果是否真正优于GPS单系统一直是用户关注的问题.在单基准CORS环境下,设计构造了与已知点比较法、反算基线长法、动态同步观测法、动态规则几何轨迹法四种方案,比较单(GPS)、双系统(GPS/GLONASS)的定位效果.实验分析表明双系统下的定位效果普遍优于单系统.     

基于BDS/GPS双系统的全球电离层建模

借助当前比较完善的GPS系统,建立基于BDS/GPS双系统的全球电离层模型,是克服BDS单系统建模弊端,提高全球电离层模型和硬件延迟(DCB)监测精度的一种有效途径.本文分析了基于BDS/GPS双系统的电离层模型所能达到的精度,以及GPS观测对DCB监测的辅助作用.文中选用了太阳活动峰年2013年2月11日–2014年1月13日336天的BDS/GPS双系统观测资料,利用15×15阶球谐函数模型建立了全球电离层模型(GIM/SHA),并利用IGS最终电离层产品(GIM/IGS)、双频实测VTEC和海洋测高数据对该双系统模型的电离层产品进行了全面的精度评估.结果表明:(1)通过与三种基准数据比对,GIM/SHA的外符合精度在3–6 tecu范围内,且系统性偏差较小;(2)GPS卫星P1P2频点DCB与IGS最终产品结果比较BIAS在0.1 ns内,RMS最大不超过0.2 ns;(3)通过比较BDS单系统与双系统生成的卫星和接收机B1B2频点DCB发现,两种方法解算的DCB均值差别为0.01–0.227 ns,双系统解算BDS卫星DCB稳定性稍优于单系统结果,但是GPS观测资料的加入能够明显地提高接收机DCB的稳定性;从14颗BDS在轨卫星B1B2频点DCB长期稳定性统计可见,各卫星DCB长期稳定性为0.2–0.3ns,其中GEO卫星稳定性水平稍差.     

北斗单系统及多全球导航卫星系统组合极区定位性能

为了评估北斗单系统(BeiDou satellite navigation system,BDS)及多全球导航卫星系统(global navigation satellite sys-tem,GNSS)在极区环境下的导航定位性能,从可见卫星数、位置精度因子、定位精度和高度角变化等多个性能指标对南北极四个测站进行分析.首先介绍了多GNSS的位置精度因子计算模型,然后利用开普勒轨道参数仿真各卫星导航系统数据,详细分析了北斗单系统、北斗双系统以及四系统的性能.仿真结果表明,双系统和四系统能够显著增加可见星数和降低位置精度因子值,从而提高定位精度.四个测站中中山站可见卫星数最多,且各方面性能指标最优,高纬度区域昆仑站性能最差.此外,BDS/GLONASS格洛纳斯组合可以显著增加高仰角卫星,能够改善极区定位性能.     

车载伪距单点定位的卡尔曼滤波算法研究

为推动北斗卫星导航定位系统的融合发展理念,进一步提高车载伪距单点定位的精度,提出了一种基于Kalman滤波理论的车载双系统伪距单点定位算法,并通过静态试验和动态实验采集的实测数据进行了车载伪距单点定位精度分析,对算法的可靠性与实用性进行验证。其中,静态试验分别分析了GPS系统、北斗系统、北斗/GPS融合系统下的定位精度和可靠性,动态试验分析了BDS/GPS融合系统下的定位精度与可靠性。两种实验的结果表明:该算法在一定程度上提高了车载伪距单点定位的性能。并且,静态单点定位N方向精度提高22.8%、26.4%、19.8%(从左到右分别为GPS、BDS、BDS/GPS),E方向精度提高18.6%、23.3%、22.9%,U方向精度提高10.1%、7.5%、9.9%;动态单点定位在N方向精度提高13.4%,E方向精度提高13.2%,U方向精度提高4.6%。可见,通过kalman滤波可进一步提高车辆定位的精度与可靠性,满足道路上车辆的定位需求。     

基于BDS/GPS组合的短基线相对定位性能分析

基于北斗卫星导航系统/全球定位系统(BeiDou Navigation Satellite System/Global Positioning System,BDS/GPS)组合定位的时空基准统一,文章详细介绍了BDS/GPS定位的函数模型和随机模型。在载波相位相对定位的算法基础上,编写BDS/GPS组合定位程序处理实测BDS/GPS短基线数据,从空间位置精度因子(position dilution of precision,PDOP)、整周模糊度固定以及定位精度等多方面分析BDS/GPS组合定位的性能。结果表明:BDS/GPS组合的PDOP值要小于单个系统的值,而且稳定性好,双系统的观测精度好于单个系统;BDS/GPS组合的短基线相对定位中单历元模糊度固定率高达98%,比GPS、BDS单系统单历元模糊度固定率分别提高了4.3%和21.0%。BDS/GPS组合的短基线定位精度在E、N方向定位结果优于1cm,U方向定位结果优于2cm,比单GPS系统在E、N方向定位精度分别提高25%、4.7%,在U方向定位精度提高12.8%。     

GPS/CAPS双模软件接收机

在软件接收机的架构下, 实现了GPS和CAPS单模软件接收机的定位解算, 在分析GPS和CAPS导航系统之间卫星识别方式、测距码及扩频方式、时间坐标系、空间坐标系、载波频段及导航电文异同的基础上, 提出了一种GPS/CAPS双模软件接收机结构. 在此结构上, 使用两套天线分别接收真实的GPS和CAPS射频信号, 基于计算机Matlab软件平台, 完成全部基带信号处理以及定位计算等完整过程, 实现GPS和CAPS单模导航系统和GPS/CAPS双模导航系统3种情形下的定位实验, 并对定位结果从准确性和稳定性两个方面进行了分析论证. 实验结果表明, CAPS定位精度与GPS定位精度大致相当, GPS/CAPS双模软件接收机定位结果精度比GPS和CAPS单模软件接收机定位结果精度高1~2 m, 同时GPS/CAPS双模软件接收机定位结果的平均方差最小.     

基于iGMAS产品的BDS/GPS组合RTK定位性能分析

随着各国自主导航系统的快速发展,多卫星导航系统组合定位成为当前研究热点,其可弥补单系统在全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)信号遮挡严重区域无法提供连续、可靠的定位服务的不足。文章基于国际全球连续监测评估系统(international GNSS MonitoringAssessment Service,iGMAS)产品,研究分析了中国北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)与美国全球定位系统(Global Positioning System,GPS)组合实时动态定位(Real-Time Kinematic,RTK)性能。静态实验结果表明,开阔区GPS-RTK定位精度优于BDS、BDS/GPS组合RTK定位结果,封闭区BDS/GPS组合定位性能优于单系统定位精度,BDS定位结果优于GPS;动态实验结果表明,在信号遮挡严重区BDS/GPS组合可持续提供定位服务,但服务的可靠性较低。     

北斗定向精度测试及与GPS对比分析研究

本文基于北斗卫星导航系统定向中的附有基线长度限制的单频单历元模糊度确定方法和双频单历元模糊度确定方法进行研究,并采用LAMBDA搜索方法进行模糊度搜索和确定,对北斗单双频单历元模糊度确定成功率和定向精度等指标进行了分析,在此基础上,利用UB240北斗/GPS双模双频接收机对算法性能进行了测试,结果表明单历元双频模糊度确定的可靠性高于99.8%,在成功率和可靠性上完全可以满足北斗动态定位定向的需要。     

无源北斗探空测风系统误差分析

为了分析无源北斗探空测风系统的误差,研究减小其测风误差的方法,从分析"北斗一号"无源定位接收机测距定位误差入手,分析了"北斗一号"无源定位的误差来源.对与卫星、卫星信号传播、气压计算高度和接收机有关的误差这4个影响伪距测量精度的因子进行了研究,分析了其误差性质和提高伪距测量精度的方法.试验表明,"北斗一号"无源定位误差小于100 m,则"北斗一号"探空测风系统误差小于2 m/s.     

BDS、GPS及其组合系统伪距单点定位精度分析

为研究北斗卫星导航系统(BDS)和BDS/GPS组合系统的定位性能,根据实测数据对比分析了GPS、BDS及BDS/GPS组合系统的可见卫星数、空间位置精度因子(PDOP)和伪距定位结果,以及BDS地球静止轨道(GEO)和中圆轨道/倾斜轨道(MEO/IGSO)卫星的定位结果;针对BDS与GPS观测值之间的精度差异,分别采用等权模型、高度角模型和Helmert模型研究组合系统的最优随机模型。研究表明:组合系统卫星的空间几何分布优于单系统;BDS定位的平面精度低于GPS,高程精度高于GPS,而BDS/GPS组合系统平面和三维精度高于单个系统;Helmert验后估计模型能够提高BDS/GPS组合定位的高程和三维定位精度。     

基于北斗/GPS的集装箱监控终端

随着经济的发展,物流的安全性也日益重要.目前市场上的集装箱监控装置大多采用GPS＋GPRS的模式.北斗系统是我国自主研发的定位导航系统,同时具备定位和短报文的功能.在此基础上,提出一种拥有北斗/GPS组合定位、北斗短报文通信、手机蓝牙交互功能的集装箱监控终端.     

基于改进的UPF算法的列车组合定位方法研究

车实时定位是保证列车安全运行的重要环节。随着北斗卫星导航系统的发展,北斗卫星已逐步具备应用于列车定位的能力。针对北斗导航定位系统的特点及存在的问题,将SINS系统作为其补充定位方式。由于传统滤波算法在进行状态估计时仍存在粒子退化现象。为了进一步提高估计性能,提出了基于人工免疫无迹粒子滤波算法（AI-UPF）的列车组合定位方法。将人工免疫算法引入UPF算法的重采样过程,对粒子进行克隆和变异,改善了样本集的多样性,减轻了退化现象的影响。用该方法和UPF算法分别对北斗/SINS列车组合定位系统进行仿真实验。结果表明,AI-UPF算法能进一步减小定位误差,滤波效果较好。     

基于北斗二代/气压高度组合导航的APVI/Ⅱ飞行程序应用

APVI/II是依靠卫星定位系统提供导航引导的飞行程序,不依靠地面导航设备就可将飞机精确地引导到跑道。国外依赖美国的GPS系统建立广域增强系统,从而实现APVI/II程序的大规模应用。中国有自主研发的北斗二代卫星导航系统,但当前北斗系统的垂直导航精度达不到APVI/II程序要求,可通过与气压高度融合,提高北斗垂直定位精度,以尽快实现APVI/II在中国的运行。在2020年北斗系统组网完成覆盖全球后,在其GEO卫星上添加星基增强信号,则可以使APVI/II应用得以广泛地实施。本文对北斗二代/气压高度组合导航的算法和程序安全性进行分析,论证现阶段中国使用北斗系统实施APVI/II飞行程序应用的可行性。     

基于WI-FI的北斗卫星导航客户端关键技术

为解决某些网络无法覆盖区域,仍然可以通过手机客户端查看北斗信息,实现海图定位,基于Android 平台,采用Java 语言,利用Eclipse 开发集成环境,对基于Wi-Fi 的北斗卫星导航客服端关键技术进行了研究,包括系统设计、北斗定位信息解析与显示、海图定位等。测试结果显示客户端可与服务器端进行有效通信,实现信息显示和海图定位。     

基于联邦Kalman滤波的Wi-Fi/GPS车辆组合定位系统

针对全球卫星定位系统(GPS)在密集城市地带、隧道、室内停车场等环境下不可用及Wi-Fi定位精度不足的问题,提出了一种Wi-Fi/GPS组合定位系统.该系统基于联邦Kalman滤波器,先通过两个并行的局部滤波器获得Wi-Fi、GPS定位子系统的局部最优估计,再由主滤波器融合得到最优全局估计.仿真结果表明:较之单独使用G...     

Positioning accuracy and reliability of GALILEO, integrated GPS-GALILEO system based on single positioning model

A kind of uniform reliability index suitable for the code and phase observations is presented and used in reliability evaluation of satellite systems. Then, based on 25 stations of Crustal Movement Observation Network of China, satellite visibility, positioning availability and observation reliability of GPS, GALILEO and integrated GPSGALILEO are calculated and analyzed in detail. Simulation results reveal that the satellite visibility of GALILEO is superior to that of GPS. Given positioning accuracy, horizontal positioning availability of GALILEO is consistent with that of GPS, but its vertical positioning availability is superior to that of GPS. However, the integrated GPS-GALILEO is shown to be superior to each of the single systems in the aspects of positioning accuracy and availability. The reliability of code and phase observations based on GALILEO and integrated GPS-GALILEO system is superior to that of GPS both in spatial and temporal domains on the whole. The new reliability index presented is simple to calculate and reflects reliability differences of different satellite systems.     

基于北斗/GPS双切换的中心导航系统设计

设计一种基于北斗和全球定位系统(global positioning system,GPS)双切换的中心导航系统.该系统对两种定位模式信号载噪比进行分析,灵活切换定位系统,解决了普通双模定位系统中信号有效性不连续的问题;并将动态路况信息引入路径规划过程,解决了传统车载导航无法根据实时交通状况进行灵活规划的问题;制定了车台与中心服务器间简易数据传输协议,简化了传统车服通信协议.实验结果表明,该切换系统可使卫星数据保持更高的质量并实现了根据交通状况的动态导航.     

基于北斗 GPS GSM的远程目标无线监控系统

为了解决目前远程物标远程监控存在的地域覆盖不广、信号不稳定、容易被监听和干扰等问题,通过对北斗、GPS、GSM的定位、通信性能的分析,提出基于北斗、GPS和GSM联合实现移动物标监控的解决方案,并且介绍了在开发过程中的遇到的数据通信编码和位置滤波等一些关键技术问题。该系统开发周期短,安装方便,因此具有广阔的应用前景。     

北斗高精度相对定位选星方法研究

针对北斗系统中高轨卫星会带来较全球定位系统（global positioning system ,GPS）更为严重的法方程病态性这一问题,分析了双差载波相位观测方程系数矩阵对整周模糊度浮点解解算的影响,结合北斗系统三轨道星座混合的特点,研究了区域北斗高精度相对定位选星方法,以仰角最高的地球同步轨道（geostationary earth orbit, GEO）卫星作为参考星,优先选取仰角高于10°的中地球轨道（medium earth orbit,MEO）卫星,然后按照均匀分布的原则选取倾斜地球同步轨道（inclined geosynchronous satellite orbit,IGSO）卫星。通过对实测数据进行试验和分析,证明了该方法的正确性和合理性,在进行区域北斗高精度相对定位时,能在一定程度上改善法方程的病态性,使模糊度浮点解较快收敛至真值附近,有利于模糊度的快速正确固定。     

北斗导航技术在物流自动化仓库定位中的应用研究

传统物流自动化仓库定位方法无法同时满足高定位精度和低计算量的要求,为此,提出一种新的基于北斗导航技术的物流自动化仓库定位方法。分析北斗卫星导航系统,依据分析结果对物流自动化仓库与客户需求点位置进行定位,观看到4颗卫星时获取基本定位结果;依据基本定位结果将物流自动化仓库定位问题转变成线性规划问题,构建物流自动化仓库定位目标函数,利用贪婪启发式法得到目标函数的初始解,通过禁忌搜索法对目标函数进行最终求解,获取物流自动化仓库最终的定位结果。实验结果表明,与传统方法相比,所提方法计算量低,定位精度高,整体费用低,得到最优仓库定位结果。