改进LAMBDA算法实现GPS整周模糊度快速解算

针对LAMBDA算法在实时解算GPS整周模糊度过程中存在模糊度浮点解偏差大、搜索范围大的缺点,采用Tikhonov正则化改进LAMBDA算法,对宽巷双差观测方程和L1双差观测方程中未知参数的系数矩阵进行奇异值(USV)分解,用分解后的协方差矩阵替换经典LAMBDA算法的协方差矩阵进行整周模糊度的搜索,该算法提高了模糊度浮点解的精度,缩小了模糊度的搜索范围.为了验证本文算法的正确性,对实测GPS基线观测数据进行了实验分析.结果表明:改进后的LAMBDA算法模糊度浮点解精度显著提高,改进后的LAMBDA算法模糊度固定成功率可以达到100%,可以无需初始化时间即可固定模糊度整数解,快速实现厘米级定位.     

相位实时差分技术应用于飞行器交会对接研究

空间飞行器交会对接需要实时高精度地确定两飞行器的相对位置.应用GNSS引导两飞行器交会对接,是GNSS差分原理的一种特殊应用.星载接收机提供的载波相位观测值是高精度定位的基础,但是如何实时可靠地固定相位模糊度仍然是关键技术,提出了一种有效的模糊度实时解算算法,即在宽巷组合的基础上附加选权约束来固定两种不同波长的宽巷模糊度,然后依据组合法直接求解L1和L2相位模糊度整数解.实验结果显示,应用该算法进行模糊度单历元实时解算时,15km以内的短基线,解算成功率大于99%,能满足实时交会对接定位精度的要求.为了验证该算法在空间飞行器对接中的应用,采用仿真的方法模拟了两飞行器逼近和离开的过程,模拟并实时输出星载GNSS观测量.进而应用新算法实时估计两飞行器间相对位置,精度达到厘米级水平.我们的研究不但能进一步完善GNSS相位模糊度解算理论与方法,也可促进GNSS在航空飞行器编队飞行和交会对接等相关领域的应用.     

利用零空间约束的GPS双差整周模糊度动态求解

针对非专用全球定位系统(GPS)导航型接收机,利用零空间约束动态求解GPS初始整周模糊度.对单个历元的双差载波相位观测方程进行零空间变换,避免了实时变化的三维位置参数求解;用精度衰减因子(XDOP)准则选取3个独立的双差整周模糊度,并根据GPS干涉仪测姿原理以基线长度来确定整周模糊度的搜索区间,通过基线长度约束进一步使搜索范围大大降低,模糊度最终采用多种检验方法联合确认.用Garmin25导航型单频接收机构成单基线,求解整周模糊度后在2-D平面上求解航向角,与航向参考对照后表明,采用该方法可在多个历元动态解算出整周模糊度,此时计算航姿精度可达到1°.     

基于双频载波相位组合的变形信息逐步精化方法

针对GPS动态变形监测,利用监测点位置精确已知的条件,提出了一种新的单历元变形信息解算算法,避开了整周模糊度的求解和周跳的探测与修复,极大简化了数据处理过程.针对较大的瞬时变形量,首先采用长波长的双频载波相位组合观测量进行求解,然后利用宽巷和L1载波相位观测量进行逐步精化处理,从而可以精确求解高达0.8 m的瞬时变形量.静态和动态实验结果表明,该方法可以达到±5 mm的精度,能够有效应用于快速变形监测.     

基于超短基线的双频整周模糊度单历元取整固定算法

针对使用伪距取整固定宽巷整周模糊度效率高,但是宽巷一周取整错误发生频繁,伪距误差较大时还会出现大于一周的取整错误的问题,设计了一种可以弥补宽巷取整错误的整周模糊度固定算法.通过宽巷分离出的L₁浮点解小数探测和修复宽巷一周取整错误,使用RAIM算法排除大于一周的宽巷取整错误,最后使用正确的整周模糊度固定全部整周模糊度,完成高精度定位.使用实际GPS超短基线数据比较该算法与单历元LAMBDA算法的性能.该算法提高了直接使用伪距取整宽巷整周模糊度的固定率.相比单历元LAMBDA算法,本文算法的固定率稍低,但计算效率有明显提升.      

一种改进的CIR法用于单历元模糊度解算

针对级联整周模糊度解算（CIR）法在载波相位和伪距观测噪声很大的场合,模糊度固定成功率很低这一问题,提出了一种改进的CIR法,该算法以CIR法为基础,利用排序和连续（逆）乔里斯基降相关法对每步最小二乘法求得的模糊度浮点解和协方差矩阵进行降相关,最后采用改进的最近点搜索（MAEVZ）法固定整周模糊度.仿真实验表明,在伪距观测噪声为2.0 m,载波相位观测噪声为0.03周的短基线环境下,CIR法单历元整周模糊度解算成功率已经低于5%,无法正确固定整周模糊度,而改进的CIR法单历元整周模糊度解算成功率仍能达到90%以上.      

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。     

一种有效的单频GPS相位模糊度解算方法

针对快速定位中GPS单频相位模糊度较难归整的问题，采用理论分析和实验验证的方法，推导了实时动态下相位平滑伪距的递推公式，给出了一些提高观测方程线性化初始值精度的思路。在分析了短时间段双差方程结构特性的基础上，提出采用迭代选权拟合法提高相位模糊度实数解精度的新方法。算例表明，该方法提高了模糊度实数解的精度和可靠性，缩小了模糊度的搜索空间，促进了模糊度解算效率和成功率，从而能促进单频GPS接收机在高精度快速定位中的应用。     

利用选权拟合法实现中长基线网络RTK周跳的实时探测

对于中长基线网络RTK来讲,由于受到与距离相关的误差影响,模糊度的实时解算是目前中长基线GPS网络RTK研究中的难点且尚未解决．因此,整周跳变的探测和修复正是解决这个问题的关键技术之一．针对这个问题,设计了一种周跳实时探测的方法．该方法分别以L1,L2载波历元间的三差观测量经过宽巷（L5）,消电离层（L3）线性组合,结合中长基线参考站坐标已知的先验信息,利用选权拟合方法求解三差“模糊度”的浮点解,在此基础上用LAMBDA方法搜索出整周跳变（三差“整周模糊度”）．用该方法对长度从数十公里到1000km的多条基线的周跳进行探测,其探测的数值与传统的专业软件长期探测的结果一致,且成功率为100％．此方法真正实现了中长基线参考站整周跳变的实时探测,解决了网络RTK整周跳变实时探测的难题,在大范围GPS参考站的数据处理方面也有比较重要的意义．     

整周模糊度的正规化法

针对在迭代双乔罩斯基整数变换降相关性LAMBDA方法的基础上,解算历元数较少时方差.协方差阵轻微病态,在对原始的双差模糊度参数进行降相关的可容许整数变换时,得到的Z变换矩阵可能异常.为了能够准确和快速的解算整周模糊度,提出了对方差.协方差阵正则化的改进方法,再进行LAMBDA方法模糊度搜索即可固定模糊度.并通过的实例证明实例证明此方法计算简单,需要历元数减少,搜索效率和稳定性高.     

Research on the estimation of GPS phase ambiguities by triple frequency observations

As a part of modernization of GPS, a new signal with a frequency of 1 176.45 MHz will be made available to the civilian community and can provide more measurements for positioning in combination with the well known L1 and L2 signals. Applying the law of variance-covariance propagation, the correlation of triple-frequency ambiguity is discussed, the L1 ambiguity is week correlate with wide lane and long wide lane ambiguity. Under a comprehensive analysis of linear combination, no matter how long the baseline is, the ambiguities of long wide lane carrier phase combination can be determined using code measurements directly, ambiguity of short baseline can be fixed fast because of very small standard error of ambiguities of many linear combinations, the main efforts of TCAR are ambiguity resolution of long baseline. The ionosphere-free combinations used widely are not suitable for ambiguity resolution because of very short wavelength with high noise and very large standard error of ambiguity. The smoothing procedure reduces the standard errors of code and also can improve ambiguity estimation, the ambiguity of wide-lane, in long baseline case, can be rounded to the nearest integer within six epochs.     

基于组合载波相位的飞行器姿态确定

为解决全球导航卫星系统(GNSS)姿态测量中整周模糊度的快速求解问题,提出一种基于组合载波相位的短基线整周模糊度解算方法,利用单个历元的观测数据解算整周模糊度.根据多颗卫星的单频载波相位整周模糊度解算结果,应用最小二乘原理对基线向量进行精确求解,进而由基线向量确定出飞行器的姿态角.仿真结果表明,该模糊度解算方法在单个历元内至少能够解算出8颗卫星的载波相位整周模糊度,解决了GNSS动态测姿领域的一个关键性问题.测姿结果显示,偏航角和俯仰角的测量误差均小于0.2°.该研究成果可以为GNSS姿态测量系统在航空、航天等对实时性要求较高的领域中的应用创造条件.     

基于基线约束及递推多历元的改进GNSS定姿技术

在GNSS单频姿态测量技术中,利用单差载波相位和码相位结合模型以及CLAMBDA算法(带有基线约束的最小二乘降相关平差算法)解算整周模糊度可以达到较好的定姿结果,但解算成功率不高。针对这一问题,提出了一种多基线三角形约束的递推多历元方法。三角形基线约束主要针对副基线,利用它可以使CLAMBDA算法得出的整周模糊度更准确。而递推多历元则保证了在此时刻没有解出整周模糊度时仍然可以计算出姿态角,主、副基线都适用。2种方法结合,进一步提高了姿态解算的成功率。对副基线的解算进行了验证,实验证明,这种方法将副基线的成功率提高到99.7%以上。     

SeaWinds散射计海面风场模糊去除方法研究

利用最大似然法（MLE）对SeaWinds散射计数据反演得出的风矢量,一般存在2～4个模糊解,故需采用圆中数滤波法进行模糊去除。根据SeaWinds散射计第一模糊解的空间分布特性,归纳出一套适合SeaWinds散射计的模糊去除方法,并在理论上探讨了其适应性。该方法的圆中数定义简单,计算量小,且易于收敛。利用美国NASA提供的部分L2A原始数据对该方法进行验证的结果表明,对于简单风场分布情况,该方法在没有其他参考数据进行初始化的条件下,能有效解决SeaWinds轨道边缘区域的块状模糊问题。     

一种脉冲多普勒雷达解距离模糊的新算法

目的 研究中重复频率（ＭＰＲＥ）脉冲多普勒雷达距离模糊问题。方法 首先确定基准ＰＲＦ,然后存储其余各ＰＲＦ相对于基准ＰＲＦ在各个距离单元上的余数差值,制成查找表;通过对实际目标距离（具有模糊性）处理,在查找表中搜索,得到相应的真实距离值。     

利用双频载波相位观测值解算整周模糊度

频率不同,波长也不同,两种载波的相位差随着传播路径的不同而变化．根据两种载波相位观测值,可求整周模糊度．此模糊度解也具有多值性．通过CIA码伪距观测值提供约束,缩小模糊度解的空间．最后,采用最小二乘平差和RATIO检验获得整周模糊度的惟一解．     

快速整周模糊度求解技术在高精度GPS定位和导航中的应用

通过分析搜索空间中的独立变量，推导出新的传递矩阵，该矩阵将所有的测量残差直接和最小求解搜索空间相关联．该技术不仅可以改善计算效率以及缩短模糊度求解时间，还能提高可靠性．通过仅选择那些与卫星几何尺寸和测量残差一致的模糊度的组合，搜索空间被最小化．实验数据表明了该方法的有效性．     

基于改进的遗传算法解算GPS双差模糊度的研究

将遗传算法(GA)应用于GPS双差模糊度解算过程,针对双差模糊度的整数特性,进行了实数编码的改进、遗传算法的改进等算法设计,实现了双差模糊度直接在大范围、高精度、整数域上的优化搜索,提高了解算的稳定性与高效性。试验结果表明,经过改进的实数编码GA可以取得比二进制编码GA更高的效率和成功率,更适于双差模糊度搜索。     

An improved regularization method to resolve integer ambiguity in rapid positioning using single frequency GPS receivers

A new approach is employed in GPS rapid positioning using several-epoch single frequency phase data.Firstly, the structure characteristic of the normal matrix in GPS rapid positioning is analyzed. Then, in the light of the characteristic, based on TIKHONOV regularization theorem,a new regularizer is designed to mitigate the ill-condition of the normal matrix. The accurate float ambiguity solutions and their MSEM (Mean Squared Error Matrix) are obtained using several-epoch single frequency phase data. Combined with LAMBDA method, the new approach was used to fix the integer ambiguities correctly and quickly using MSEM instead of the cofactor matrix of the ambiguities. Finally, a baseline over 3 km is taken as an example. The fixed integer ambiguities by the new approach using five epoch single frequency phase data are the same as those fixed by Bernese software using long time data. The success rate of fixing the integer ambiguities is 100 percent using 197 group data.Compared with the traditional methods, the new approach provides better accuracy and efficiency in GPS rapid positioning. So, the new approach has an extensive application outlook in deformation monitoring, pseudokinematic relative positioning, and attitude determination, etc.