阻尼白化滤波及其在GPS模糊度快速解算中应用

针对矿区开采沉陷观测中存在的两次观测的变形值不大等特点,将其作为约束条件,结合改进的白化滤波算法,提出了一种适合单频GPS监测开采沉陷的阻尼白化滤波快速解算模糊度算法。针对一般白化滤波方法对白化处理后模糊度直接取整的做法,提出在假设检验通不过时,引入LAMBDA中的条件最小二乘方法进行搜索,可以有效提高模糊度解算成功率。这个算法为用GPS监测矿区开采沉陷、大坝、滑坡、大桥及高层建筑物等的变形时的模糊度解算提供一条有效途径。     

GPS单星单历元模糊度与电离层延迟分类解算

整周模糊度与电离层延迟是GPS观测方程中两类不同性质的未知参数。基于参数分类解算的思想,结合平方根信息滤波/平滑的基本原理,推导出使用单颗GPS卫星的双频观测数据单历元求解电离层延迟与整周模糊度的公式。通过使用模拟数据实验获得的结果来看,该方法有效,整周模糊度和电离层延迟解算精度可达0.3周和0.02m。     

GPS双差基线模型的有偏估计解法研究

当GPS定位中设置历元间隔较小时,双差基线平差模型是严重病态的.此时,用最小二乘估计解算整周模糊度得不到正确解.为此,通常采用搜索法确定整周模糊度.但是搜索法一般要经过迭代求解过程,效率较低.尝试用有偏估计法直接解算GPS病态模型来获得较准确整周模糊度浮点解,从而为进一步固定整周未知数做必要准备.     

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.     

基于模拟退火遗传算法求解整周模糊度

采用乔里斯基分解对浮点解和协方差矩阵进行降相关处理,以降低整周模糊度各分量之间的相关性,然后在遗传算法的种群迭代中加入模拟退火的思想,并将改进的遗传算法应用到整周模糊度的搜索解算上,最终求得整周模糊度的最优解.仿真结果表明,在整周模糊度的解算过程中改进的算法能降低算法的收敛速度,提高算法的运行效率.     

利用分块迭代法解算GPS整周模糊度

为实现GPS动态实时相位差分中整周模糊度参数快速精确解算,本文从参数估计的角度出发,针对常规方法的不足引入分块选代法,介绍其原理,将分块迭代法应用于GPS动态定位整周模糊度的解算,并对结果进行比较和分析,得出一些有益结论。     

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°.     

单频GPS基线精化解算的经验模式分解方法

为了削弱非模型化误差对单频GPS基线解算的影响,引入经验模式分解法对原始双差观测值进行自适应滤波消噪.在此基础上应用消噪后的双差观测值结合LAMBDA方法进行整周模糊度确定,进而计算基线固定解.算例分析结果表明:此方法可以有效增强基线解算的可靠性并能明显改善定位精度.     

自化处理对快速确定GPS 整周模糊度算法的研究

给出了一种快速GPS模糊度分解算法的改进方法。该算法通过白化处理，消除或减弱短时间内GPS载波双差观测量的相关性，提高了卡尔曼滤波器对模糊度估计精度，仿真结果表明：对于短基线情况去相关处理可以在较短的时间内获得较小的估计偏差。     

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.      

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.     

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.      

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。     

基于GPS码信号跟踪的空时自适应处理算法

介绍了GPS码信号的模型,以及实时白化和扩展卡尔曼滤波的工作原理.提出了一种改进的空时自适应处理算法,运用该算法能够使GPS接收机抑制射频干扰、精确跟踪并使捕获码信号的性能得到提高.射频干扰中含有宽带干扰和窄带干扰,窄带干扰用自回归过程来模拟并通过实时白化得到抑制,宽带干扰通过空间零陷得到抑制.空间零陷是通过估计一个采样的协方差矩阵,并把它求逆,然后输入卡尔曼滤波器来实现的.通过计算机仿真证实了在严重的干扰情况下该算法的鲁棒性,以及优于码跟踪环的性能.     

模糊度二维搜索的姿态测量改进算法

值域算法由于采用遍历姿态角的方式建立搜索空间,从而会造成初始化时间较长的问题,故提出了一种基于窄巷组合的模糊度二维搜索算法:首先基于卫星空间几何关系对参考星与两颗主星间的窄巷主模糊度范围进行约束,利用其与姿态角之间的关系推得全体候选姿态角,从而以一种非遍历且不遗漏正确候选姿态角的途径得到搜索范围。然后基于值域二维搜索模型求解各候选姿态角相对应的窄巷模糊度浮点解,就近取整后依次采用模糊度整数特性法、基线先验信息法以及基线残差平方和最小准则固定整周模糊度。试验结果表明:文中算法相比原算法,不仅初始化时间由先前的153 s缩短至76 s,而且姿态精度总体提高近15%。     

基于天牛须种群算法的整周模糊度解算算法

如何快速、准确的固定整周模糊度是载波相位测量中的一个关键问题。为了提高整周模糊度搜索速率,本文提出了一种基于天牛须种群算法(Beetle Antennae Colony Search, BACS)的整周模糊度解算算法。通过与BAS算法、BAS-Nadam算法、LAMBDA算法以及MLAMBDA算法进行解算速率、稳定性的对比实验,在三维模糊度解算时,BACS算法在与LAMBDA和MLAMBDA算法解算成功率相当的情况下,能利用更少的时间搜索到模糊度最优解。为了验证BACS算法在高维模糊度解算以及工程解算情况下是否适用,进行了高维模糊度解算的实验以及单频单GPS系统下BACS算法的应用实验。分析及实验表明,BACS算法能很好保证高维模糊度解算的实时性和鲁棒性,对于12维模糊度解算,平均解算时间0.068秒,解算成功率为92%,对于低维模糊度解算,解算速率更快,解算成功率更高。在单频单GPS系统工程解算中,x,y,z方向定位精度分别为±0.008米,±0.01米,±0.01米,能达到厘米级精度定位。     

基于遗传算法的GPS病态方程的解算

为准确解算仅有少数几个历元的GPS载波相位观测数据的病态定位方程,将GPS快速定位的病态法方程求解问题转化为一个函数优化问题,应用遗传算法求解病态方程,避免了法方程的求逆运算,从而可以得到参数的近似最优解。实验表明,通过设计合适的适应度函数、确定合理的初始种群范围并选择合适的遗传算法运行参数,可使GPS快速定位病态方程参数浮点解的精度得到大大提高,接近参数正确值,有利于快速固定模糊度。该成果对于缩短GPS定位时间、提高GPS定位精度具有一定的意义。