GEO卫星辅助的LEO通信星座定位性能研究

由于存在较大的几何精度因子(GDOP)值,单独利用低轨小卫星通信星座进行用户定位存在定位精度低、定位时间长等缺点。在对造成低轨定位系统GDOP较大的原因进行理论分析的基础上,提出采用静止轨道(GEO)卫星辅助低轨卫星(LEO)进行定位的方案,并提出了相应的两种基于多普勒频移和到达时间差的定位算法,通过仿真对算法在该方案中的性能进行了评估。仿真结果表明,该方案可以有效地提高定位精度,减小定位时间,是一种实现低轨小卫星系统通信与导航定位兼容的简单而有效的方案。     

提高卫星导航定位精度和实时性的选星算法

通过分析卫星数目及一颗卫星对GDOP的影响,可知GDOP随卫星数目增加单调递减,但递减幅度变小.综合考虑GPS定位精度和实时性,确定采用6星组合进行定位;基于卫星时GDOP贡献的定义,提出了两种选星算法,并与最佳几何精度因子算法进行了性能比较分析.仿真结果表明,6星组合与全部可见星的GDOP差别不大;提出的两种基于卫星对GDOP贡献的选星算法与最佳几何精度因子算法的选星结果基本相同,而计算量远小于后者,因此具有较好的性能.     

GPS/SPL组合伪距测量的精度因子仿真研究

针对舰载飞机在降落过程中对高精度和高稳定性导航系统的需求,提出了一种舰载伪卫星(SPL)增强GPS导航的技术方案.通过和机载伪卫星方案的对比,分析舰载伪卫星的优越性和可行性.证明了增加舰载伪卫星可以减小几何精度因子GDOP值和降低用P接收机选星的难度,把选星方法由计算四颗GPS卫星的投影四面体体积最大,简化为计算三颗GPS星的投影三角形面积最大.并通过Matlab仿真定量地分析了增强前后的伪距测量的各种精度因子的变化趋势,在GPS高度角在10°和70°之间和伪卫星的高度角在-10°和-90°之间时,GPS/SPL组合导航系统具有最优性能.     

卫星/伪卫星/惯性组合着舰导引算法

针对舰载机安全着舰对高精度、高可靠性着舰导引系统的迫切需求,研究了卫星/伪卫星/惯性组合着舰导引技术,基于几何精度因子(geometric dilution of precision, GDOP)计算提出了伪卫星在舰船上的布设方案,并设计了其导航电文结构。研究了卫星/伪卫星/惯性组合着舰导引算法,利用卫星及伪卫星的双差分载波相位信息,采用改进的模糊度最小二乘去相关平差(least squares ambiguity decorrelation adjustment,LAMBDA)迭代算法解算其双差分整周模糊度,并基于舰载机运动模型建立滤波方程解算出舰机相对运动信息,再与惯导数据进行信息融合得到高精度的导引信息。仿真结果表明,提出的卫星/伪卫星/惯性着舰导引技术横向定位误差在0.3m以内,纵向定位误差在0.1m以内,高度定位误差在0.3m以内,可以满足舰载机着舰的要求,与卫星/惯性组合导引相比,该组合方式大大提高了垂直方向的定位精度,这对于确保安全着舰极为重要。并且,提出的着舰导引技术不仅精度高,而且工作连续可靠、抗干扰能力强,对保障舰载机着舰安全有重要的意义。     

2D雷达组网几何定位融合算法

研究了两部2D雷达组网中的目标定位估计和定位精度问题。为考虑地球曲率对目标定位精度的影响,提出了两雷达站组网中基于实际地球椭球模型的几何交叉定位与数据融合相结合的方法,建立了两部雷达观测定位几何模型,推导了定位方程和精度估计公式并进行了误差分析。仿真分析表明,在选择更为实际的观测模型的前提下,利用几何定位与数据融合方法不但改善了两雷达的定位性能,而且根据定位几何精度因子(geometrical dilution of precision, GDOP)图的特点,选择相应的定位雷达,提高了雷达站组合的几何定位精度。     

基于构型优选的5G集群无人机协同导航方法

针对现有基于测距的集群UAV协同导航方法普遍忽略了空间构型对定位定能的影响,难以获得精确的导航定位结果,提出一种基于空间构型优选的5G集群UAV协同导航方法。构建了复杂环境下基于5G信号的UAV相对测距误差模型,基于最小几何精度因子(geometric dilution of precision,GDOP)准则建立了协同导航节点寻优策略,实现了协同导航空间构型的实时优选;设计了基于5G测距网络的协同导航滤波器,对UAV导航信息进行在线估计和实时补偿,提高集群UAV的协同定位精度。仿真结果表明：该方法从机定位精度平均提升了约42.05%,为集群UAV实现在卫星不可用条件下的自主导航提供了一种有效的新方法。     

局域增强系统中的模糊控制载波平滑码算法

针对局域增强系统(LAAS)中导航定位精度问题,提出了一种新的基于模糊控制的载波平滑码(CSC)算法。该算法将载体的运动速度或者导航卫星的几何精度因子(GDOP)划分成不同的值域,当GPS信号出现周跳时,根据速度所在值域,利用模糊控制理论调节GPS信号的载波和码的加权值。可以使导航定位精度平滑,并使定位参差降低一半。给出了应用该方法的具体步骤,并通过静态试验证明了该算法的有效性。     

双射频通道抗远近效应技术

卫星导航系统经伪卫星增强后区域性能得到较大提升,但在近场时,接收机会产生远近效应,这是码分多址体制伪卫星系统实现的难点。首先,介绍现有抗远近效应技术的特点,分析伪码互相关性在满足伪卫星工作区域需求上的不足,研究伪卫星与卫星的组合定位算法。然后,从空域的角度提出利用双射频通道加自适应调零天线来抗远近效应的技术,并搭建半实物仿真平台。最后,通过实验证明这种方法有效地提高了抗远近效应的能力,扩大了伪卫星增强系统的覆盖范围。     

基于因子图协同定位辅助的单星定位方法

在诸如行星探测,战争损毁等导航星座拒止环境下,单星定位系统可以快速部署为目标提供定位支持,但单星定位系统较大的定轨误差导致定位误差较大。针对上述问题,提出了一种基于因子图协同定位辅助的单星定位方法。首先,通过多组卫星不同时刻的伪距差值构建定位双曲面为定位目标提供连续定位并减小卫星和接收机钟差的影响;其次,利用多个定位目标之间的高精度测距信息建立协作因子图,并利用该协作因子图辅助单星定位系统的定位结果,从而提高定位精度。将所提出的单星定位方法与现有的多普勒单星定位方法和径向加速度单星定位方法从卫星定轨误差、测距误差和定位误差3方面进行对比。仿真结果表明,所提出方法的定位误差仅为其他两种方法的1%～10%。     

多基地声纳距离信息定位算法研究及精度分析

在双基地声纳系统的定位方法[1]基础上推导了基于距离信息的多基地声纳系统的定位方程及定位误差的表达式,讨论了多基地声纳系统利用距离信息进行定位的定位原理,讨论了站址测量误差和时间测量误差对系统定位精度的影响,并对不同站址布局下,系统的误差分布特点进行了研究,得出了使定位精度达最高的一种站址布局方案.     

Geometric dilution of precision for GPS single-point positioning based on four satellites

To improve the positioning accuracy in GPS point positioning, the geometric dilution of precision （GDOP） including HDOP, VDOP, TDOP, PDOP is commonly considered. The properties of the DOP for the GPS satellite navigation system are studied and the coordinate system is improved in order to decrease the amount of variables. In the end, by simulation and discussing the results, the corresponding conclusions are presented.     

基于几何精度稀释的矢量潜标最优布站

矢量潜标阵列是重要的反潜警戒声纳系统, 其目标精确定位能力能够为反潜警戒提供重要的信息支撑。对此, 以几何精度稀释(geometrical dilution of precision, GDOP)为定位系统性能评价指标, 推导了多阵元情况下基于到达方向定位(direction of arrival, DOA)及基于到达时差(time difference of arrival, TDOA)定位的GDOP表达式, 并仿真比较了不同阵元数量对定位性能的影响, 不同布站几何的阵列半径敏感度、测量误差敏感度、站址误差敏感度和有效作用范围等。结合潜标阵列实际应用环境, 通过仿真结果对比可以发现, 四元Y型阵是基于GDOP衡量标准的矢量潜标阵列的最优布站。     

水面舰船动力定位系统ESO输入饱和控制

为解决现实服役海洋环境下,模型参数未知的水面舰船动力定位系统的控制问题,考虑执行器输入有界、舰船运动状态信号难测量等工程因素的限制,提出一种动力定位的状态观测饱和控制算法。首先,对非线性扩张状态观测器(extended state observer, ESO)在含有未知饱和控制输入结构下的状态观测能力进行分析,在原有假设条件的基础上制定一条附加假设条件,并分析该观测系统的合理性。接下来,将非线性ESO的特例(即线性ESO)应用于对舰船运动状态变量的实时观测,设计自适应律对模型的阻尼项和执行器不确定增益进行在线估计,进而得到各个执行器可变螺距形式的控制输入,引入动态辅助系统处理执行器的输入饱和限制。仿真结果表明:相比于传统的动力定位系统控制策略,所提出的控制策略在保证高定位精度和合理收敛速度要求的同时,更符合工程实际。     

基于稀疏重构的TOA定位估计算法

目标在定位空间中具有稀疏特性,基于该特点提出了一种稀疏重构的时延定位算法;已有的来波到达时间(time-of-arrival, TOA)算法大部分只利用了单次TOA进行估计,其定位结果受噪声影响较大,因此进一步提出对多样本的到达时间进行联合估计,从而提高算法对噪声的稳健性,并提高算法的定位精度。与已有算法相比,所提算法的优点是定位精度更高,对噪声有更强的稳健性。仿真结果验证了所提算法的有效性。     

复杂环境下多探测传感器协同定位优化布站建模仿真研究

针对复杂环境下多探测传感器网络难以准确协同定位的问题,提出了一种多传感器协同定位优化布站方法。基于后验克拉美罗下界构建了目标定位精度几何稀释因子评价指标,考虑复杂外界环境,分析了起伏地形、杂波干扰和光照对传感器探测定位能力的影响。建立了多传感器协同定位优化布站模型,并采用智能优化算法进行快速求解。仿真实验结果表明：所提方法能够有效提高多探测传感器网络的协同定位能力,对多传感器协同优化布站具有指导意义。