航天器高精度GPS导航定位技术研究

将GPS测量定位技术、求解卫星轨道摄动运动的Encke方法和广义Kalman滤波技术有机地结合在一起，提出了利用GPS实现低轨道航天器高精度自主导航定位的新方法——载波相位-伪距综合动态定轨技术，解决了GPS载波相位应用中动态解模糊和跳周修复的难题。以此为基础，提出了两个航天器之间的载波相位-伪距综合差分动态相对导航技术。数值仿真分析和半物理仿真实验结果表明，所提出的动态定轨技术是可行的，对提高GPS导航定位精度的效果是显著的，并且其模型、算法和软件具有工程实用性。     

GPS差分基准站高精度基准坐标测定方法研究

为提高基准站基准坐标定位精度,针对基于接收机长时间观测进行等权平均确定基准坐标的直接测量法不足之处,提出利用载波相位平滑伪距改善伪距测量精度。并基于平滑伪距分别对最小二乘法、卡尔曼滤波、衰减记忆滤波三种定位模型进行仿真分析。仿真结果表明:基于载波相位平滑伪距的衰减自适应记忆滤波定位方法能够有效提高定位精度,为差分基准站获取高精度位置坐标适用方法。     

GBAS中相位平滑伪距差分修正改进算法

针对卫星导航精度问题,提出一种载波相位平滑伪距差分修正算法的改进方案.通过无码载偏离平滑滤波技术来解决电离层对伪距和载波相位观测值带来的不一致性导致的电离层误差加剧问题.利用信号传播中误差模型预测值、载波信号和码伪距确定滤波器的衰减因子,把接收到的双频载波信号相位值和伪距值线性组合,输入滤波器滤波.同时用卫星修正信息对平滑伪距值中钟差进行修正.仿真结果表明通过该算法能够减少滤波后的信号残差,提高载波相位平滑伪距差分修正值标准差的可用性,减少电离层误差对星基导航精密进近阶段定位精度的影响.     

一种双频载波相位平滑伪距算法的分析与实现

分析了一种双频载波相位平滑伪距算法,在利用MATLAB构建的定位程序中,比较了经过平滑伪距处理与未经平滑伪距处理的接收机定位精度。仿真结果表明,双频载波相位平滑伪距算法用于定位解算时能有效提高定位精度。     

采样频率偏移对卫星导航接收机的影响

为避免采样频率偏差给卫星导航接收机带来的符号位滑动、伪随机噪声码相位移动和载波相位偏差等问题,提出了一种改进的频率偏差估计方法．接收机的码跟踪环路以码速作为时间基准,对采样频率实际值与标称值之间的偏差进行跟踪,环路稳定后得到该偏差的估计值,其采样频率的准确度可提高到10^-7量级．将该估计值补偿到载波锁相环中。可减小由采样频率偏差带来的相位误差和多普勒频移偏差,从而使得导航接收机能正确解调信号,进一步提高了输出载波相位的准确度,为实现更高精度的定时和定位提供了可能性．     

自适应选权滤波法在GPS高精度动态定位中的应用

介绍了一种新的滤波算法：自适应选权滤波法.在进一步理论分析和研究的基础上，将其拓展用于单频载波相位双差观测值的GPS高精度动态定位中.文中给出两个算例来验证方法的可用性和有效性.初步结果表明，对于短基线，新方法采用GPS单频载波相位双差观测值可得到高精度的动态定位结果.     

基于GBAS系统的双座电动飞机导航定位可视化仿真

为了分析双座电动飞机基于GBAS系统在空间领域环境中的运行情况,以双座电动飞机模型为基础,设计并建立了基于三维可视化仿真FlightGear平台来模拟GBAS系统的运行引导效果。通过对导航数据分析处理,仿真了可见星和运行轨道的情况。针对传统的最小二乘伪距定位方法和载波相位平滑伪距算法的定位精度、可靠性都不能满足双座电动飞机定位着陆需求的问题,采用了增强算法卡尔曼滤波平滑伪距算法,对增强算法进行了仿真。采用FlightGear与MATLAB联合仿真,可以更直观的看出GBAS导航数据对双座电动飞机的引导效果,从而验证了双座电动飞机在终端区的导航定位着陆可以通过GBAS系统结合增强算法来引导。定位的水平平均误差和垂直平均误差都减小到 1 m 以内。     

北斗导航卫星伪距偏差特性及减弱方法

导航卫星信号的非理想特性会引起伪距测量产生偏差,具体表现为相同类型接收机具有相同伪距偏差,不同类型接收机的伪距偏差不一致.当提供导航定位服务产品的接收机技术状态与用户端不一致时,伪距偏差将引起导航定位服务性能降低.本文利用超短基线双差伪距O?C(Observation Minus Computation)方法计算了BDS(Beidou Satellite Navigation System)的伪距偏差,发现在早期试验卫星阶段的不同状态接收机之间存在较大的伪距偏差现象,设计了接收机环路参数调整、改变抗多径算法和卫星预失真滤波器参数调整三种减弱伪距偏差的方法.分别试验验证结果表明,接收机环路参数调整能大幅降低卫星之间的伪距偏差,B1I各颗卫星伪距偏差标准差由0.63 m降低至0.36 m;抗多径算法会造成额外的伪距偏差,窄相关算法能大幅减小伪距偏差,B1I各颗卫星伪距偏差标准差由0.36 m降低至0.18 m;调整卫星预失真滤波器参数能在一定程度上减小伪距偏差,单颗卫星伪距偏差降低约0.3–0.4 m.最后,针对BDS卫星伪距偏差解算无固定参考基准的问题,设计了一种基于外频标非实时双差O?C方法,利用该方法分别处理了BDS和GPS(Global Positioning System)数据,并对两个系统卫星伪距偏差的特性进行比较分析.结果表明,BDS和GPS卫星都存在伪距偏差;GPS卫星L2C伪距偏差与BDS-3卫星B1C数据支路相当;GPS卫星L1CA伪距偏差与其兼容互操作的BDS-3卫星B1C导频支路相当;L5C与其兼容互操作的BDS-3卫星B2a信号相比伪距偏差更大.     

基于补充卡尔曼滤波的载波相位平滑伪距算法

在高精度GPS接收机的基带信号处理中,利用载波相位对码伪距观测量进行平滑可以获得比伪码测量更高的精度。传统的载波相位平滑伪距算法适用于平滑历元数较少的情况,对短时多历元平滑的情况并不适用。针对这一问题,详细分析了传统载波相位平滑伪距算法在多历元平滑时所存在的不足,提出了在基带信号处理中采用补充卡尔曼滤波进行相位平滑伪距的算法,并给出了相应的数学解算过程和算法适用条件。仿真分析结果表明,由于补充卡尔曼滤波算法综合考虑了相关观测误差的影响,因此,当平滑历元数大于500时,补充卡尔曼滤波算法平滑精度要优于传统的平滑算法。     

自适应选权滤波法在GPS高精度动态定位中的应用

介绍了一种新的滤波算法:自适应选权滤波法.在进一步理论分析和研究的基础上,将其拓展用于单频载波相位双差观测值的GPS高精度动态定位中.文中给出两个算例来验证方法的可用性和有效性.初步结果表明,对于短基线,新方法采用GPS单频载波相位双差观测值可得到高精度的动态定位结果.     

基于ARM+FPGA的相位平滑伪距差分定位方法

为了满足用户更高的定位精度要求,研究了载波相位平滑伪距差分定位方法.根据差分定位原理,基于MATLAB平台自主编制了差分解算软件,兼容北斗和GPS伪距差分定位;基于ARM+FPGA平台的接收机实现了相位平滑伪距差分定位.实验结果表明,零基线条件下,相位平滑伪距差分算法定位精度可由标准定位的米级水平提高到亚米级,性能稳定.基线距离增大,定位精度随之降低,误差在±4m内,差分讯龄和定位精度成正比关系.     

基于非线性自适应回归神经网络的GPS/IMU组合导航方法

车道级高精度定位导航是智能网联汽车的基本配置,全球定位系统(globlal positioning system,GPS)/惯性测量单元(inertial meansurement unit,IMU)组合导航是高精度定位的关键技术之一。根据汽车行驶过程中高精度定位要求,提出了应用于智能网联汽车的基于非线性自适应回归(nonlinear autoregressive exogenous,NARX)神经网络的GPS/IMU组合导航方法。首先,根据IMU传感器数据特性,建立了基于扩展卡尔曼滤波的惯性导航系统(inertial navigation system,INS)模型,其次,基于NARX神经网络,建立了GPS/INS组合定位训练和预测模型,然后,基于全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)、实时动态差分技术(real-time kinematic,RTK)、INS等技术,设计了智能网联汽车RTK高精度定位数据采集实验系统,并收集了实验数据。最后,对NARX网络训练误差和GNSS信号长时间失效情况下定位预测误差进行了讨论与分析。实验结果表明,该方法在GNSS信号失效5 min情况下,定位预测误差在2. 5 m以内,满足一般情况下,短、中、长隧道中智能网联汽车定位应用要求。     

GNSS自适应抗干扰天线阵相位中心校正

为在干扰环境实现实时精密定位、测距和姿态测量等应用,需要尽可能降低天线阵相位中心引起的误差。建立了抗干扰天线阵相位中心补偿模型,每个阵元视作多相位中心天线,推导了自适应抗干扰天线阵等效相位中心位置的计算方法,分析了抗干扰RTK系统中由相位中心偏移引起的误差。通过补偿载波相位观测量,实现了天线阵相位中心校正。仿真结果表明,GNSS接收机抗干扰天线阵等效相位中心的位置与干扰环境及所用抗干扰算法有关,不能通过预先建立固定查找表的方式进行补偿,只能根据抗干扰计算结果实时计算出等效相位中心位置,再补偿载波相位观测量。      

基于单频伪距、伪距率GPS/INS紧组合导航系统

单频单系统型接收机的造价成本较低,为了迎合低成本的需求,并且解决在城市环境下因高楼大树遮挡导致全球卫星导航系统可见卫星数不足而无法定位的情况,本文设计了基于单频伪距、伪距率GPS/INS紧组合导航系统,详细推导了该组合导航系统的模型,并通过实验验证了当可见卫星数充足时,该系统的精度较高;当可见卫星数不足4颗时,该组合导航系统仍然可以有效的定位导航,满足一定的导航精度需求。     

基于数字电视无线广播信号的定位模型和系统

分析了使用数字电视(DTV)无线广播信号定位系统的必要性与可行性.提出了基于帧同步的DTV定位原理.分析了DTV定位测距特性,即在一个历元异步顺序得到多个测距观测值.推导了相关伪距观测模型和载波多普勒积分模型,在此基础上给出了DTV定位模型,包括观测方程和状态方程.仿真结果表明,DTV定位技术能够显著提高独立定位或组合导航系统定位精度.DTV定位是一种具备亚米级测距误差和米级定位精度,可成为传统卫星定位有益补充或替代的定位技术.     

基于TD-SCDMA和CDMA20001X的数据融合定位算法

为了实现终端定位不依赖于GPS,解决终端自主定位导航,针对双模手机终端,提出了一种根据终端位置环境和运动状态,利用卡尔曼滤波的终端自主定位算法。采用该方法可以为用户提供高精度、高概率和高保密性的定位业务,Matlab仿真表明该方法具有终端信道环境和运动状态的自适应处理能力,并提出了相应的措施来进一步提高定位精度。     

快速运动物体的分布式多天线阅读器定位系统

 射频识别技术被广泛应用到室内定位领域。现有的利用射频识别技术的定位系统有很多缺陷,在定位精度、效率、可靠性、成本等方面存在诸多问题。分布式多天线阵列阅读器定位系统可根据各接收天线检测的信号强度、相位差等信息实现快速精确定位。引入本地标识概念可简化标签识别过程,以实现对目标标签的高速识别定位,满足对快速运动物体识别的支持。与传统定位方法相比,引入本地标识的多天线阵列阅读器定位系统在定位速度、定位精度和抗干扰能力上都具有突出的优势。     

量子传感的导航应用研究现状与展望

量子传感技术以光子、原子等量子系统为介质,利用量子效应可实现突破标准量子极限制约的超高精 度和灵敏度的物理量测量,为基于时空参量测量的传统导航定位授时技术体制的突破带来新的机遇。量子传感改变了导航系统中导航传感器的感知机理,能够实现高精度的时空参量观测,并利用量子系统的非经典特性,实现导航信息的安全可靠传输和探测,提升导航对抗能力。作为量子传感技术的主试验场,量子导航技术方兴未艾,新的导航参量量子传感技术和功能器件不断涌现,量测性能日新月异。在分析了不同量子传感技术和器件物理原理的基础上,探讨了量子导航技术的研究进展与发展方向,并展望了其未来发展趋势和组合导航方式。随着量子传感技术的进步,未来高精度、抗干扰的实用高性能量子导航系统将具有广阔应用前景。??