GPS接收机自主完好性监测算法可用性分析

以全球定位系统(GPS)为研究对象,研究水平定位误差保护级(HPL),阐述自主完好性监测(RAIM)算法故障监测和可用性原理.结合导航性能在航空应用中的需求,对影响RAIM可用性的因素进行数据仿真分析.结果表明,漏检率一定时,RAIM可用性随着误警率降低而降低;误警率一定时,RAIM可用性随着漏检率降低而降低.RAIM算法的可用性随着截止高度角降低和可视卫星数增加而提高.研究结果为采用RAIM算法进行故障卫星的检测和隔离提供了一定依据.     

GPS RAIM定位误差保护限值算法分析

针对基于最小二乘法的偏差完好性风险方法,采用总体最小二乘法估计准则,将数据矩阵和观测值两者的误差综合考虑,使残差更精确,数据可靠性更高,提高了RAIM算法的可靠性,并给出了RAIM解算模型.结合各个航段的完好性需求进行仿真,分析了不同飞行阶段的PIR性能.结果验证了PIR是更合适的可用性分析方法.     

北斗卫星导航系统(一期)星座轨道稳定性设计

星座稳定性设计是星座总体工程设计的主要内涵.针对北斗卫星导航系统(一期)星座稳定性设计问题,在利用解析方法深入分析星座摄动运动规律的基础上,综合考虑系统覆盖、导航精度、几何构型等约束条件,提出一种将发射部署、被动摄动、主动控制相结合的星座稳定性一体化设计方案.北斗星座系统的部署和运行结果表明:在时间和空间尺度上,星座动态几何因子(DOP值)稳定,重点服务区域动态DOP值小于4.2,在受限于构型维持控制的卫星可用性指标方面:IGSO卫星可用性大于99%,GEO卫星平均可用性大于96.7%.     

基于改进蚁群算法的区域伪卫星增强GPS星座优化设计

为实现信号遮挡严重区域伪卫星增强GPS系统的最优导航定位性能,提出了增强星座优化模型及基于改进蚁群算法的实现方法.首先,根据恶劣定位环境可见GPS卫星时空分布不均的特点,基于精度、可用性、连续性等导航性能指标以及系统投入成本和工程地质、地形条件建立增强星座的优化模型.然后,针对该模型主要评价指标的特点,利用改进的蚁群算法实现伪卫星最优位置的搜索.结合具有典型峡谷特征的小湾电站2号山梁相关实验,从多角度给出建立优化模型的准则及其对搜索算法的影响.实验结果表明,经优化设计后该区域的导航定位性能提高了35%～70%,能够满足形变监测系统的设计要求.     

基于性能导航中基于数值分类的RAIM算法改进

卫星接收机完好性监测(RAIM)根据基于性能导航运行方式提出,确保导航精度及系统完好性的方法.该文重点论述基于性能导航运行下RAIM预测中提高故障检测识别率的监测性能的算法改进.根据导航卫星完好性概念及RAIM预测原理,分析了在基于性能导航运行中,RAIM性能产生异常的情况,采用数值分类法建立RAIM故障监测识别的改进算法.该算法计算量小,在故障卫星监测、识别方面均具有一定可靠性,可为提高RAIM性能提供理指导.     

基于伪距误差重建的多星故障检测方法

传统的接收机自主完好性监测(RAIM)方法使用定位解算方程的残差来进行故障识别,在单卫星故障下具有较好的性能。随着全球卫星导航系统的建设,用户观测到的卫星数目显著增加,使用多颗卫星定位可以提高定位精度。但多颗卫星同时发生故障的概率将会增大,RAIM方法需要进行改进以应对多星故障。该文首先对RAIM方法的原理进行了深入分析,推导出了误差向量和残差向量之间的投影关系。然后,通过实例论证了误差向量和残差向量在投影变换时会带来信息损失,从而使故障难以检测。最终,给出了一种新的RAIM方法。通过引入约束条件,利用残差向量重构出误差向量。根据误差向量大小,实现多星故障检测。仿真表明该方法在多星故障模式下,具有较好的检测性能。     

基于向量相关距离的新型RAIM算法

用户自主式完备性监测RAIM是卫星导航系统的重要组成部分,是指根据用户接收机的多余观测值监测用户定位结果的完备性.在现有的RAIM算法中,比较普遍的是利用伪距多余观测量实现粗差卫星的探测和识别的最小二乘残差法和Parity相关系数法.在旧有的以相关分析RAIM算法基础上,进行矩阵变换得到设计矩阵,重点考察设计矩阵向量间的相关系数和相关距离,作为粗差探测和识别的研究对象.通过向量相关距离时间序列,可以区分单个粗差和多个粗差的粗差集.本文提出的基于相关距离的RAIM算法,克服了现有RAIM算法中由于相关系数自身相关的缺陷而使得粗差探测失真的技术问题,并且具有利用矩阵变换计算相似距离,方法更加简便的优点,从而使得粗差识别更加清晰,识别多个粗差.     

低轨星座导航增强能力研究与仿真

低轨卫星星座具有几何图形变化快、落地信号功率强、全球天基监测覆盖等天然优势,可对中高轨全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)星座进行有效补充和增强,提升全球定位、导航与授时(Positioning,Navigation and Timing,PNT)服务的精度、完好性、可用性和抗干扰等能力,已成为下一代卫星导航系统重要的发展方向.本文总结了国内外低轨星座发展现状,对不同低轨星座进行了分析和设计,对低轨星座提升导航定位精度、加速精密单点定位(Precise Point Positioning,PPP)收敛、全球天基监测等导航增强能力进行了分析,重点论证了低轨星座突破现有中高轨GNSS技术瓶颈的机遇和体系增量能力,给出了相应的仿真分析结果,以期对我国低轨星座和北斗卫星导航系统的融合发展提供参考和建议.     

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.     

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.     

基于总体最小二乘法的RAIM算法模型改进

最小二乘残差RAIM算法中的伪距观测模型线性化过程会形成截断误差.考虑环境噪声对数据矩阵和观测值的扰动影响,给出了RAIM解算模型;采用总体最小二乘法估计准则,使残差更精确,数据可靠性更高,提高了RAIM算法的定位解算的精度与可靠性.分别采用总体最小二乘残差法和最小二乘残差法对实测数据进行了处理,分析结果验证了总体最小...     

基于铱星增强的GPS系统RAIM性能

为评估基于低轨卫星增强的导航系统RAIM性能,建立了基于铱星增强的GPS(以下简称为iGPS)系统的伪距观测方程,估算出该系统用户距离均方根误差,并在此基础上分析了该系统RAIM性能。结果表明,铱星的增强不仅可以显著改善系统GDOP及HDOP值,而且显著提高了故障检测和识别概率,可检测的最小故障偏差从20 m降到10 m,可完全检测的最小故障偏差从80 m降到40 m,可识别及可完全识别的最小故障偏差也得到明显降低,为基于低轨卫星的导航增强系统设计提供了参考。     

北斗用户机自主完好性监测研究

导航系统完好性是指当导航系统处于不健康状态,不能准确导航时向用户提供及时报警的能力,对于卫星导航系统而言,系统所能提供的完好性指标和导航定位精度是同样重要的.接收机自主完好性监视(RAIM)技术是设在用户接收机中的一种算法.它利用导航卫星的冗余信息对多个导航解进行一致性检验,从而达到完好性监测的目的,而且该方法的优越性日益凸显.RAIM技术的关键是故障检测和故障识别,针对北斗用户机RAIM算法与性能进行分析,并提出一种基于奇偶相关分组方法的新型故障卫星分离方法,图形和数据化的仿真结果充分证明了新算法的可行性和有效性.     

一种基于定位误差的多星座快速选星算法

对于GPS/SBAS/QZSS/BDS的多星座卫星导航系统,分别分析了几何精度因子(GDOP)与系统时间差以及与定位误差之间的关系,并在此基础上,进一步提出了一种快速选星算法。该算法基于定位误差进行选星,并考虑了系统时间差对GDOP的影响。仿真结果表明,该算法的计算量相对于最佳GDOP选星有了显著降低,选星后的GDOP值非常接近最佳GDOP选星的结果,从而在定位精度损失不大的条件下降低了定位解算的运算量。     

GNSS信号兼容捕获算法

目前卫星导航定位系统正在从单一的GPS时代向多星座并存的GNSS时代转移,多星座兼容的卫星导航接收机将会成为未来接收机产品的主流.常用的伪码频域和时域捕获算法,虽可以实现特定系统的伪码信号的快速捕获,但对于处理多个系统、多种调制方式、不同码长的卫星信号而言,尚存在一定的局限性.本文将提出一种应用于GNSS兼容接收机的通用信号快速捕获方法.经实际测试表明,该算法实现了兼容捕获GPS,GLONASS,Galileo和COMPASS等GNSS信号,可以对不同类型的卫星导航信号进行快速捕获,具备较高的实用价值.     

基于小波包分解重构算法的北斗抗多路径误差

针对北斗卫星导航系统（BDS）特有的多星座设计而形成的复杂多路径误差问题，本文提出了一种基于小波包（WPT）分解重构原理的抗多路径误差算法，来提高BDS定位精度。首先，将原始信号进行多层小波包分解，得到多个子频带，并根据各子频带和原信号的互相关系数大小，将其划分成噪声频带、混合频带和信息频带等；其次，舍弃噪声频带，保留有效成分集中的信息频带，并对混合频带进行软阈值滤波处理；最终，将滤波后得到的“干净”数据与信息频带进行重构，从而实现削弱BDS多路径误差的目的。通过数值仿真和实测实验分别验证所提算法的有效性，实验结果表明，采用WPT算法对BDS实测数据进行处理后，N、E、U三个方向精度分别提升77%、78%、83%，有效削弱了多路径误差对BDS定位精度的影响，研究结果对BDS高精度定位具有重要参考价值。     

一种GPS接收机的完整自检测和故障分离技术

载波相位测量是目前GPS测量中精度最高的观测量,利用载波相位求解的DGPS(RTK)的精度很高,是目前高精度要求的主要产品,利用载波相位的主要问题就是容易出现周跳.更好地解决周跳问题就可以大幅度地提高GPS接收机的性能.运用最小二乘法解出敏感残差距阵,利用相关系数检测并确定发生周跳的卫星,然后进行排除.得出的这种快捷的自检测和故障分离技术,经过试验验证准确高效,可以大幅度的提高RTK接收机的性能.     

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.