北斗无源定位的虚拟卫星算法

为了解决现有的气压高度计辅助卫星定位算法计算繁琐或者难于分析定位精度的问题,该文提出虚拟卫星定位算法。该算法根据用户的位置估计值生成一颗"虚拟"卫星,对应的"虚拟"伪距由气压高度计提供,结合用户的可见卫星和测得的伪距来更新用户的位置估计值,反复执行上述过程直至收敛。该算法计算步骤简单,可直接进行定位精度分析。将该算法应用于北斗三星无源定位当中,仿真结果表明:设定气压测高误差标准差为8m,则中国及邻近地区的位置精度因子为8.8至22.4;在清华大学校园进行的静态测试显示,在各个历元上迭代过程只有4～9次,定位均方根误差为42.7m。     

北斗无源定位的虚拟卫星算法

为了解决现有的气压高度计辅助卫星定位算法计算繁琐或者难于分析定位精度的问题,该文提出虚拟卫星定位算法。该算法根据用户的位置估计值生成一颗"虚拟"卫星,对应的"虚拟"伪距由气压高度计提供,结合用户的可见卫星和测得的伪距来更新用户的位置估计值,反复执行上述过程直至收敛。该算法计算步骤简单,可直接进行定位精度分析。将该算法应用于北斗三星无源定位当中,仿真结果表明:设定气压测高误差标准差为8m,则中国及邻近地区的位置精度因子为8.8至22.4;在清华大学校园进行的静态测试显示,在各个历元上迭代过程只有4～9次,定位均方根误差为42.7m。     

高性能导航增强测试信号模拟器技术研究

高性能导航增强测试信号模拟器集中反映了国家卫星导航系统建设与应用的技术水平,课题涉及导航卫星轨道高精度仿真、导航信号精密生成、载波相位精确控制和传输误差仿真等许多高精尖技术,是国际卫星导航领域争夺的战略制高点之一,其性能水平将直接影响我国卫星导航终端产品参与国际市场竞争的能力。随着我国北斗二代卫星导航系统建设和应用产业化的推进,测量型、高动态型、抗干扰型等用户终端检测已经成为我国GNSS高端用户终端研制与应用的瓶颈难题。国外一直将高端高性能导航增强测试信号设备作为制约我国卫星导航系统建设和发展的重要手段并一直对我国禁运。研究具有独立自主知识产权的高性能导航增强测试信号模拟器及标校技术,有利于提升我国卫星导航系统的国际竞争能力,促进我国卫星导航终端产品研制水平,加速我国导航设备示范应用产业化进程具有极其重要的意义。课题从研究途径来看可以划分为多体制和高性能两个关键点,其中"多体制"是实现多星座多体制卫星导航信号和地面导航增强信号仿真;"高性能"是要在既有信号模拟技术基础上进一步突破高精度模拟的性能瓶颈;最后为了充分发挥检测系统的测试作用,提高系统可用性,需要研究相关测试理论及实现技术。研究涉及的算法模型与技术包括多体制高性能GNSS模拟器数学仿真技术、精密信号时延控制与高质量信号生成技术、高精度高动态GNSS射频信号模拟技术、GNSS仿真信号高精度校核与可信度评估技术等。     

一种实时双频电离层修正方法

电离层延迟是影响GPS绝对定位的重要因素。比较常用的电离层延迟修正方法有模型方法和双频方法。模型方法和使用双频码伪距的方法精度有限。使用双频载波相位进行电离层延迟计算需要求解整周模糊度,计算复杂。本文提出了一种同时使用GPS双频码和载波观测量进行电离层误差修正的方法。使用卫星信号模拟器生成信号并用接收机实时接收,用此方法计算出电离层延迟值,并与真值进行比较,计算误差为厘米级。最后,接收真实卫星信号并计算了真实电离层延迟,并与使用Klobuchar模型方法计算出的电离层延迟进行了比较。     

基于无监督学习的卫星NLOS信号检测方法

针对复杂环境下NLOS信号接收造成的GNSS定位精度恶化问题,提出了一种基于无监督学习的卫星NLOS信号检测方法.综合考虑了信号载噪比、伪距残差和卫星高度角对于GNSS接收信号的影响,采用k-means++聚类算法将观测数据划分为LOS、多径和NLOS三类,并对NLOS信号进行分离.使用GPS/BDS双系统伪距单点定位对信号分类效果进行了验证.结果表明,采用该方法剔除NLOS信号后定位精度得到了显著的提升.静态实验中,对1 h的数据样本进行聚类,事后定位精度提高了约30%,实时定位精度提高约12%.动态实验中,城市峡谷路段东、北、天3个方向的定位精度分别提高了27.98%、8.06%和3.66%.相较于有监督学习的分类方法,该方法简单有效、易于实现,且无需使用先验信息,能显著降低运算负荷和GNSS设备成本.与传统的阈值法以及RAIM算法相比较,该方法在改善定位的精度方面具有一定的优势.     

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.      

非视线传播环境下基于TOA的综合无线定位算法

针对精确无线移动定位系统中影响定位精度的非视线(NLOS)传播误差问题,在简要分析几种最新NLOS误差消除算法的基础上,提出了一种新的基于信号到达时间(TOA)的综合位置确定算法.该算法首先通过残差排序筛选找出距离测量集合中具有最小残差平方和的伪距测量子集合,达到初步消除NLOS误差的目的;然后采用一种简化的伪距尺度约束算法优化伪距尺度因子,从而得到较准确的距离测量值,以进一步提高定位精度.仿真结果表明这种新方法比线性位置线算法和泰勒级数展开最小二乘位置估计算法性能优越,在一定程度上提高了无线定位的准确度.     

迭代算法在目标模拟器通道校准中的应用

射频目标模拟器对目标位置的模拟精度取决于模拟器三元组或四元组中各通道信号的幅度、相位的馈电控的精度. 本文基于二元定向原理,仿真分析了通道幅度、相位误差对目标位置模拟精度的影响,计算了在四元组方案下为模拟不同目标位置所需的四通道信号幅度控制量. 在系统实现中,由于用于幅度及相位控制的衰减器与移相器存在各自的误差且相互关联,设计了基于先验误差数据的衰减、相移控制量生成的迭代算法. 测试结果表明,该算法保证了目标位置的模拟精度.      

3颗卫星条件下 GPS三维定位的新方法

提出了一种新型的双天线全球定位系统(GPS)接收机结构方案,用于某些恶劣定位条件下、接收信号的卫星数量较少时对用户位置进行解算.该方法可以在仅接收到3颗卫星信号的情况下,根据GPS的原始数据和伪距,进行较理想的三维位置估计,满足单机定位的精度.建立了基于非线性滤波的位置估计模型,根据该模型的特点,运用平淡卡尔曼滤波算法求解该模型.通过GPS定位实验,验证了该方法的可行性.     

地理坐标系下GPS定位误差的定量研究

针对目前对使用伪距的GPS定位误差的定量分析仍然不够精确的问题,本文分2种情况在东北天地理坐标系下对GPS定位误差进行了进一步分析:当使用全部可见卫星进行定位时,通过为不同纬度设置相应参数明显改进了GPS定位误差表达式;当选择4颗最优卫星进行定位时,针对更加实际的情况首次得出了GPS定位误差表达式. 从而给出了这2种情况下各向定位误差之间的关系. 在用户测距误差标准差σ_URE已知的情况下,根据提出的公式能够更加准确地估计GPS各向定位误差的标准差. 通过SPIRENT卫星信号模拟器生成赤道、北纬45°和北极点处的卫星信号,验证了所提出公式的精确性.      

GPS卫星位置解算算法研究

GPS定位中需要计算出卫星位置信息来确定用户位置。为快速准确定位,必须得到精确的卫星位置。分析了GPS广播星历,提出了一种利用广播星历和迭代法计算GPS卫星位置的方法,该方法解算速度快、准确度高。     

A new satellite to satellite tracking algorithm from Doppler-shifted frequency measurements

A new satellite to satellite tracking (SST) algorithm from Doppler-shifted frequency measurements is proposed. The estimation principle is demonstrated and the mathematic model of SST is established. The state estimation methods for a user (the cooperative case) and target satellites (the non-cooperative case) are presented based on particle swarm optimization (PSO). The Cramer-Rao lower bounds (CRLB) are deduced as well. Performance of the new algorithm is validated through computer simulations, which proved that the proposed method is effective in terms of the estimation quality compared with CRLB and superior in accuracy to the Bearings-Only (BO) method in almost all simulation cases except for the case that an enough long tracking arc-length is obtained for a user satellite.     

A new satellite to satellite tracking algorithm from Doppler-shifted frequency measurements

A new satellite to satellite tracking (SST) algorithm from Doppler-shifted frequency measurements is proposed. The estimation principle is demonstrated and the mathematic model of SST is established. The state estimation methods for a user (the cooperative case) and target satellites (the non-cooperative case) are presented based on particle swarm optimization (PSO). The Cramer-Rao lower bounds (CRLB) are deduced as well. Performance of the new algorithm is validated through computer simulations, which proved that the proposed method is effective in terms of the estimation quality compared with CRLB and superior in accuracy to the Bearings-Only (BO) method in almost all simulation cases except for the case that an enough long tracking arc-length is obtained for a user satellite.     

遥感卫星图像几何校正模型法

本文提出了一种对国土普查卫星图像进行几何校正的模型法方案.文中根据成像几何过程建立了动态摄影模型,对模型参数进行优化.在处理局部卫星图像过程中用拟线性变换进行坐标内插.该模型法几何校正精度高、速度快,所使用的地面控制点少,得到了好的实验结果.     

一种改进的高分卫星影像数字表面模型生成方法

针对高分辨率卫星立体影像生成数字表面模型(DSM)过程中由于影像几何和辐射差异造成匹配困难和误匹配等问题,综合运用尺度不变特征转换(SIFT)算子和归一化互相关(NCC)算子,并考虑核线和视差约束,提出了一种基于三角网视差约束的影像分层匹配方法,同时对匹配窗口进行自适应优化改进,实现特征点、格网点和特征线的匹配,从高分辨率卫星影像生成DSM.将提出的方法应用于上海崇明WorldView-1和浙江舟山资源三号卫星影像生成对应区域的DSM,与地面控制点和已有DSM对比分析,高程精度与像素分辨率相当,验证了所提出方法的有效性.     

基于PREM的地球引力势二阶系数的潮汐摄动

地球引力势系数变化的研究涉及到人造卫星运动跟踪精度的提高和动力学模型的改进．本文利用目前较完善的地球模型ＰＲＥＭ所给出的流变学参数，通过求解弹性地幔运动方程，得到在日月引潮力作用下的形变位移矢量，进而计算了地球引力势二阶系数的潮汐周期摄动．指出在高精度的人造卫星跟踪数据的分析研究中，不能忽略因潮汐形变引起的δＪ２和δＪ２２的影响．     

基于分片线性插值的北斗格网电离层延迟问题研究

为了增强定位精度,需不断提高电离层延迟模型精度,格网电离层模型由于修正效果佳而被广泛应用。针对格网模型构建过程中网格节点处电离层延迟的插值问题,提出了分片线性插值法计算用户端穿透点的电离层延迟。基于格网模型的特征,在同一模型中应用不同的插值算法进行电离层延迟误差的对比,并检验格网电离层垂直延迟修正误差(GIVE)。结果表明,使用分片线性插值法计算的穿透点电离层延迟值更接近于实测数据,GIVE值更小,从而验证了该插值方法计算用户端穿透点的电离层延迟的高准确度。     

一种全球导航卫生系统钟差估计优化方案的量化研究

摘要：针对卫星钟差解算策略的优化问题,本文基于BERNESE GNSS数据处理软件,设计了卫星估计钟差解算方案。提出了“单位时间误差梯度”的概念,量化了解算精密钟差的效率。采用基于TIN的选站法选取参考站,利用历元参数在历元间的独立性,分步解算各类参数。既减少了因大量历元参数存在引起的时间迟滞,又消除了单历元观测离群值对非历元参数估计的影响,从而提高了GNSS卫星钟差估计效率。利用IGS跟踪站作为参考站对以上解算过程进行实验,结果表明估计钟差与IGS精密钟差的符合精度达到0.1ns,陆态网精密单点定位（PPP）动态解最大偏差小于10cm,能够满足动态定位厘米级的精度要求,为估计钟差时参考站的数量和几何分布的选择提供了参考。     

具有高稳定性的剪切型子结构振动台试验

提出了使用改进Chen-Ricles(CR)积分算法的多层剪切型子结构振动台试验方法.该改进积分算法保留了CR算法的速度和位移表达式,但在计算积分参数时引入了稳定性调节系数.此外,为了考虑试验子结构的贡献,使用了动力凝聚技术.最后,使用离散控制理论对所提的子结构方法进行了稳定性分析,变量包括结构参数、时间步长、稳定性调节系数、是否采用动力凝聚以及动力凝聚的兴趣频率.根据2层剪切型结构的稳定性分析结果,与使用CR积分算法的子结构振动台试验方法相比,所提的改进方法可以非常有效地提高稳定性.     

城市峡谷环境下GNSS卫星可见性快速预测方法

城市峡谷环境下全球导航卫星系统（GNSS）性能显著下降,通过建立三维城市模型来预测卫星的可见性是该环境下进行GNSS性能分析最为常见的方法之一.为解决三维城市模型数据量大,使得卫星可见性预测计算消耗大量时间的问题,提出了一种快速预测城市中建筑是否遮挡卫星信号的方法.该方法通过分析三角面元的法向量方向、三角面元与用户的相对位置关系以及历史遮挡关系,减少了计算量并缩短了计算时间.仿真结果表明,该方法的相交判断计算次数为传统方法的7.21%,消耗的总计算时间为传统方法的22.38%,平均相对误差为1.89%.该方法具备计算效率高、准确性高的优点.