一种BDS/GPS双系统融合导航的快速选星方法

针对全球导航卫星系统运算量急剧增加的问题,提出一种BDS/GPS双系统快速选星算法.该算法以最佳星座配置法和底座中心法为基础,针对多系统的特点制定选星策略,并对算法进行实验验证.实验结果表明,该算法在保证定位精度基础上有效减少了定位解算的运算量.     

GPS/BDS/GLONASS组合系统相对定位选星算法

通过分析多系统相对精度衰减因子(RDOP)与选星数的关系,借鉴选星前后几何精度衰减因子(GDOP)差值随选星数变化的负指数衰减模型,利用从苏州获取的卫星数据,对选星前后的RDOP差值与选星数的关系进行了分析。根据可见星的空间分布规律,提出了一种基于卫星高度角和方位角进行分区筛选的快速选星算法;并利用从河南获取的卫星数据对该算法进行了验证。结果表明,该算法具有良好的稳定性,相比于最小RDOP法,以损失少量的精度换取了计算量大幅度的减少。     

零相位差-测向的随动二分法定位

针对射频无源定位中基于信号到达时间差(TDOA)定位模型因其双曲线非线性导致边缘测量误差放大单靠优化算法改进有限的问题,提出了基于零相位差-测向的随动二分法定位。该方法通过对测量天线的运动控制,获得误差最小测量位置,在此基础上通过电缆线延迟补偿法提高AD8302相位差测量精度,并对天线施加位置扰动获得精确角度,消除系统测量误差。对比分析了参数测量方差对此模型和正交TDOA模型几何精度因子(GDOP)的影响。并通过实验证实了此定位法相比于传统的TDOA定位法增大了定位范围,提高了定位精度。     

基于多目标遗传算法的多星座选星方法

为了提高接收机导航定位的实时性,需要从大量的可见卫星中选取几何布局较好的星座组合进行定位解算.提出多星座选星可以作为有约束条件的离散型多目标优化问题求解,并基于NSGA-Ⅱ遗传算法提出了一种多星座选星方法.该方法能综合优化几何精度因子(GDOP)和选星数目,可以在减少接收机运算量的同时获得良好的定位精度.仿真结果表明,利用该方法在静态和动态情况下均有良好的有效性和实时性.     

基于TDOA的卫星干扰源定位方法的研究

针对到达时间差/到达频率差（time difference of arrival /frequency difference of arrival,TDOA/FDOA）卫星干扰源定位系统中卫星速度难以准确预测,导致定位精度不高,尤其是在参考站数量较少时,定位误差较大的问题,提出了采用TDOA方法实现高精度单参考站卫星干扰源定位。研究了TDOA卫星干扰源定位原理,建立了定位数学模型,采用信赖域算法计算干扰源的位置,进行了定位方法实验验证,分析了定位误差。通过对实测卫星信号的定位试验,证实了该定位方法在单参考站条件下显著提高卫星干扰源定位精度的有效性。     

紧藕合导航系统中的GDOP估算方法

提出一种针对低成本GPS/SINS（global positioning system/strap-down inertial navigation system）紧耦合导航系统的快速选星方法,充分利用SINS的输出估算几何精度因子（GDOP）,避免大量迭代带来的时间消耗,在卫星失锁后或星座分布发生变化时实现快速选星;并在该方法的基础上设计并实现紧耦合导航系统中量测噪声方差阵的在线修正,提高了组合导航系统滤波估计的精度. 试验结果表明,本文方法弥补了传统GPS/SINS紧耦合导航系统中选星时间消耗代价过大、收敛精度较低的问题,并可相应降低设备成本.      

基于质心-Taylor的UWB室内定位算法研究

针对室内环境影响定位精度的非视距传播(non-line-of-sight,NLOS)问题,在对基于到达时间差(time difference of arrival,TDOA)的超宽带(ultra wideband,UWB)室内定位模型和算法进行分析研究的基础上,提出了质心-Taylor混合定位算法。该算法利用对测距误差不敏感的质心算法对目标进行初始粗定位,然后将其作为Taylor级数展开法的迭代初值进行二次精细定位,并动态地将前期定位完毕的节点转化为后续定位过程的参考节点,最大限度地利用不断增加的已知信息,在提高Taylor初值质量的前提下减少预设参考节点数目,降低系统硬件成本。采用MATLAB软件进行了模拟仿真。仿真结果表明,该算法定位性能优越,尤其在NLOS测距误差较大的环境下能有效地提高系统的定位精度。     

非标称对流层误差对地基增强系统完好性的影响

地基增强系统(ground-based augmentation system,GBAS)中,由于不同路径方向区域范围内气象条件(温度、压强、相对湿度等)存在差异,导致系统差分修正误差中包含非标称对流层误差;即非零均值标准正态分布误差。在非标称对流层误差的影响下,机载端垂直保护级(vertical protection level,VPL)增加,系统完好性风险增大以及地面播发信号可用性降低。详细分析了非标称对流层误差对VPL的影响,发现非标称对流层误差与卫星仰角有关;并且跟踪可见卫星数目增多时,系统受非标称对流层误差的影响,VPL值进而增加。为了提高GBAS完好性,提出了一种新的选星算法,降低非标称对流层对VPL的影响,提高系统完好性信号(system in tegrity signal,SIS)可用性。仿真计算GBAS进近服务类型C(GAST C)和GBAS进近服务类型D(GAST D)场景下的VPL,分析改进的选星算法对系统完好性的影响。结果表明,改进的选星算法有效地降低了非标称对流层对GBAS完好性的影响,减小了机载端VPL值,降低了完好性风险,提高了在气象异常条件下GBAS信号的可用性。     

基于麦克风阵列的语音信号实时时延估计

为了更好地利用麦克风阵列定位语音信号,得到更高的定位精度,研究了时延估计算法的构成方法与性能特征,分析了定位过程中误差的产生原因与环境,提出了切实可行的减小或消除相应误差的办法。该算法利用同一语音信号分别到达各麦克风的时间差,进行关系换算。利用Matlab在电脑上仿真的定位结果表明,该修改方法能大大改善定位的准确性,提高时延估计算法在实际应用中的利用率。     

移动通信网络中的无线定位技术及其应用

描述了移动位置业务中采用的主要定位技术并进行综合比较,分析了目前最有发展潜力的达到时间差（TDOA）定位的原理和定位的解析算法,对其定位误差性能进行仿真,仿真结果表明该定位方法能达到较高的定位精度。     

卫星定位误差的最优星座选择剖析

在分析定位误差的基础上,研究了星座最佳几何配置,以及几何位置相对较好、星的个数较少的4颗卫星的定位问题,并给出了星座的最佳几何分布与定位误差的关系仿真.结果表明,在卫星星座中,星的高度与分布的均匀性是决定星座几何精度的衰减因子,顶座星、底座星的仰角与方位角之差则是几何精度衰减因子的影响因素.通过计算和实验发现,在GPS系统的定位过程中,有一组最优的、由4颗卫星组成的几何配置星座,此时对应的几何精度衰减因子最小,为1.581 2.     

区域定位系统中高程辅助三星定位算法

提出了一种不受高度限制的区域定位系统高程辅助三星定位算法.该算法既不依赖于先验的位置信息和定位结果,也不需要构建近似椭球方程.算法的关键是在牛顿算法迭代过程中不断更新接收机估算位置到地心的虚拟伪距.结合中国区域定位系统(Chinese Area Positioning System, CAPS) 的试验验证星座开展了仿真分析,结果表明：在用户高度已知的情况下,当高度达到中轨卫星轨道高度(约12×103 km)时,该算法仍能够进行正常的定位解算.在分析高程辅助算法中精度衰减矩阵的基础上,提出了高程辅助下误差椭圆轴长和轴方向的计算公式.结合CAPS试验验证星座仿真分析表明,提出的计算公式可以准确描述误差椭圆的几何特征.     

北斗卫星定向中参考星的选取研究

卫星定向模型中,参考星的选择直接影响定向解算精度。常用的最大高度角选星法无法使RDOP值达到最优,而通过遍历所有卫星对RDOP值进行排序的方式虽可得到最优RDOP值但计算复杂。针对上述问题,提出了一种基于离散度的参考星选取方法,该方法通过离散度计算选择处于重心位置的卫星作为参考星,能在保证选择最优的情况下兼顾较高的计算效率。通过实验对上述三种方法进行了对比,结果表明,基于离散度的参考星选取方法的RDOP选择最优性远高于最大高度角法,与遍历方式所得的RDOP值一致性可高达82.5%,RDOP值相差在0.2以内的占总体95.6%,且与其解算结果有很高的相关性,但计算复杂度大大降低。     

实施转发式GNSS欺骗干扰的选星方法研究

在现代电子战的背景下,转发式GNSS欺骗干扰已经成为一种重要的干扰方式,通过研究实施转发式GNSS欺骗干扰的选星方法,可以提高转发式欺骗干扰的干扰能力.基于转发式欺骗干扰的实现原理,提出了一种基于常用GNSS定位选星方法和卫星对位置精度因子（position dilution of precision,PDOP）的贡献值选择被转发卫星的选星方法,基于利用最小二乘算法的伪距绝对定位方法进行仿真,模拟了接收机在静态和动态条件下受到单颗卫星转发式欺骗干扰的情况.仿真结果表明,本文提出的被转发卫星选择算法分别有87.42%和100%的概率给出理论上最优的选星结果.      

提高载车定位与卫星跟踪精度的多信息融合系统研究

基于应用背景对移动卫星通信车辆精确定位和实时动态通信的要求,提出了一种新的基于激光陀螺捷联导航系统（LINS）、光电编码器（OEC）、GPS、信标组合的载车精确导航定位与同步卫星实时跟踪方案．方案以LINS／OEC组合作为核心单元,GPS、信标作为辅助信息,研究了基于联邦滤波的信息融合策略,给出了融合系数的选取方法．论文在车辆移动卫星通信系统中创造性地引入光电编码器组合以提高姿态保持精度和系统自主定位精度,并有效降低系统对GPS的依赖性．大量试验研究表明采用该技术与融合方法后,载车在长时间、不同路况动态工作时,其定位精度CEP值在10m以内,天线姿态跟踪精度保持在±0．05°范围内,尤其在较长时间内系统受遮挡条件下,其定位、姿态跟踪精度较未组合光电编码器前的系统提高达50％以上．     

基于TLE数据的空间目标EDR分类及观测需求计算

根据能量耗散率（EDR）的定义及空间目标的大气阻力摄动加速度公式,推导出一种由卫星两行根数（TLE）数据计算空间目标EDR的方法. 该方法无需计算空间目标弹道系数和大气模型,EDR计算误差可在1%以下,并且运算量极小. 此外,通过空间目标相对轨道的协方差矩阵描述空间目标的定轨精度,并结合扩展卡尔曼滤波方程,提出一种计算平面轨道下不同EDR空间目标的定轨精度-观测需求曲线的方法. 仿真验证了EDR计算方法的有效性,并给出了雷达对不同EDR分类的目标观测时对应的定轨精度-观测需求曲线. 结果表明当观测稀疏时,目标轨道预报误差正比于EDR,而观测较多时,会有观测饱和现象.      

基于Flower星座的区域卫星导航系统

在Flower星座设计方法的基础上,提出了一种新的区域卫星导航系统设计方法.利用2个Flower星座,通过Flower星座模型精确计算导航Flower星座(NFC)中每个卫星的6个轨道参数,得到一个区域卫星导航系统NFC.NFC可以分阶段部署,开始由8颗卫星组成,补充发射6颗卫星以后组成完整的系统.对中国区域的几何精度因子(GDOP)仿真证明,NFC的平均GDOP值为2.113.与国内已经提出的几种区域导航系统及GPS,GLONASS,Galileo等全球卫星导航系统相比,NFC的GDOP性能与Galileo系统相当,远优于其他系统.NFC较高的导航精度和经济性证明基于Flower星座的区域卫星导航系统设计方法是有效的.     

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。