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。     

BDS、GPS及其组合系统伪距单点定位精度分析

为研究北斗卫星导航系统(BDS)和BDS/GPS组合系统的定位性能,根据实测数据对比分析了GPS、BDS及BDS/GPS组合系统的可见卫星数、空间位置精度因子(PDOP)和伪距定位结果,以及BDS地球静止轨道(GEO)和中圆轨道/倾斜轨道(MEO/IGSO)卫星的定位结果;针对BDS与GPS观测值之间的精度差异,分别采用等权模型、高度角模型和Helmert模型研究组合系统的最优随机模型。研究表明:组合系统卫星的空间几何分布优于单系统;BDS定位的平面精度低于GPS,高程精度高于GPS,而BDS/GPS组合系统平面和三维精度高于单个系统;Helmert验后估计模型能够提高BDS/GPS组合定位的高程和三维定位精度。     

BDS多频非组合伪距单点定位方法

针对北斗卫星导航系统多频伪距单点定位研究较少的现状,利用北斗卫星导航系统B1、B2和B3频率伪距观测值,提出了一种基于非组合方式的北斗卫星导航系统多频伪距单点定位方法,将三频伪距观测值作为相互独立的观测值信息进行最小二乘参数估计.采用单历元多频伪距单点定位和多历元多频伪距单点定位的数据处理模式进行用户的单点定位,多历元多频伪距单点定位采用参数消去法消掉接收机钟差,并进行法方程叠加.利用实测数据进行算法实验,结果表明基于非组合方式的北斗卫星导航系统多频伪距单点定位能达到米级至亚米级的定位精度,较北斗卫星导航系统标准定位服务的精度有明显改善.     

陆地车辆GNSS/MEMS惯性组合导航机体系约束算法研究

针对陆地车辆导航应用,基于速度特性建立了机体系约束用以提高卫星导航系统(GNSS)/微硅机械(MEMS)惯性组合导航系统的性能. 该约束将与车体运动方向相垂直的平面上的线速度近似为0,从而增加了组合系统的扩展卡尔曼滤波时间上连续的两维虚拟观测量,卫星信号失效时可保持滤波器的量测更新,当无外部观测量且车辆处于动态情况下,滤波可持续估计与反馈. 车载实验表明,组合系统在卫星信号失效30 s时,采用该算法可以将系统的定位精度提高约75%,姿态精度及速度精度也有相应的提高.      

导航卫星双向伪距时间同步

针对卫星导航系统时间同步需求，提出了导航卫星双向伪距时间同步的理论根据，并就4种基本同步方法(双向无线电伪距同步方法, 星地双向激光伪距同步方法,双向卫星中继无线电伪距同步方法, 双向地球站中继无线电伪距同步方法)与应用进行了分析，与目前国际导航卫星时间同步通用方法相比,具有精度高, 方法简单，设备负担轻特点。     

车载伪距单点定位的卡尔曼滤波算法研究

为推动北斗卫星导航定位系统的融合发展理念,进一步提高车载伪距单点定位的精度,提出了一种基于Kalman滤波理论的车载双系统伪距单点定位算法,并通过静态试验和动态实验采集的实测数据进行了车载伪距单点定位精度分析,对算法的可靠性与实用性进行验证。其中,静态试验分别分析了GPS系统、北斗系统、北斗/GPS融合系统下的定位精度和可靠性,动态试验分析了BDS/GPS融合系统下的定位精度与可靠性。两种实验的结果表明:该算法在一定程度上提高了车载伪距单点定位的性能。并且,静态单点定位N方向精度提高22.8%、26.4%、19.8%(从左到右分别为GPS、BDS、BDS/GPS),E方向精度提高18.6%、23.3%、22.9%,U方向精度提高10.1%、7.5%、9.9%;动态单点定位在N方向精度提高13.4%,E方向精度提高13.2%,U方向精度提高4.6%。可见,通过kalman滤波可进一步提高车辆定位的精度与可靠性,满足道路上车辆的定位需求。     

一种改进的北斗导航卫星伪距码偏差建模方法

基于多路径组合观测值分析了中国北斗卫星导航系统存在的伪距码偏差特性。针对现有的伪距码偏差修正模型,提出了一种改进的建模方法。利用历元间单差MP组合观测值对倾斜地球同步轨道卫星(IGSO)和中轨卫星(MEO)中每颗卫星的伪距码偏差分别进行建模。最后通过HMW组合观测值对各修正模型进行评估,比较和分析了不同修正模型的表现。结果表明:对于北斗IGSO和MEO卫星,改进后的修正模型相比于已有的模型在修正码偏差上平均提升约20%;在部分卫星和高度角上提升程度平均可以达到30%。     

转发式测距和直发式伪距的GEO卫星联合定轨

GEO卫星是区域卫星导航系统空间段的重要组成部分.仿真模拟表明,在星座组网运行时通过差分策略可消除卫星钟差,但对只有GEO在轨运行的单星模式需要引进其他测轨技术才可能获得高精度的GEO轨道和钟差信息.本文提出联合转发式测距和直发式伪距数据的GEO卫星联合定轨和钟差估计方案,克服了转发式跟踪站数量和测距数据有限的问题,实现了对直发式伪距跟踪站星地组合钟差的估计,并且保持了卫星星历与钟差的自洽性.利用我国区域跟踪网对GEO卫星的实测数据进行了联合定轨试验,开展了详细的误差协方差分析说明了转发式和直发式两种测轨技术的贡献,结果表明：转发式测距数据的定轨残差为0.203m,直发式伪距的定轨残差为0.408m.定轨弧段内激光外符视向精度为0.076m,预报2h激光外符视向精度为0.404m,星地钟差估计精度约为1.38ns.对于基于单个转发跟踪站的转发直发联合定轨,激光外符视向精度为0.280m,预报2h激光外符视向精度为0.888m,星地钟差估计精度约为1.55ns.相关指标满足了导航服务的需求.     

伪距,伪距增量,载波相位双差／惯性深组合导航系统

利用滞后状态卡尔曼滤波将伪距,伪距增量以及载波相位双差同ＩＮＳ进行了深组合,仿真结果表明该组合导航系统不仅精度高,而且对解决惯导的对准问题具有突出的作用。     

内含伪距差分功能的虚拟卫星原子钟

卫星原子钟是类GPS系统工作的基础,由卫星原子钟控制导航信号发射的时间和频率．在中国区域定位系统中,租用现有的通信卫星实现卫星导航,星上不配备卫星原子钟,在这种情形下,类GPS系统的基于卫星原子钟的时间同步方式不再适合．研究提出虚拟卫星原子钟的方法。可以实现无星载原子钟的卫星导航．采用虚拟卫星原子钟,将信号从地面发射的时间延迟到信号从卫星发射的时间,可以实现类GPS系统相同的伪距测量功能．虚拟卫星原子钟不但可以实现导航,并且还具有伪距差分功能,可以抵消星历误差,提高导航定位精度．虚拟卫星原子钟不但实现了无星载钟的导航系统,而且实现了一个具有差分功能的卫星导航系统．     

GPS北斗联合差分定位软件的测试与分析

观测条件较差的情况下,单系统卫星可见性不佳,导航定位精度降低甚至无法定位。而组合卫星导航系统增加了可见卫星数,可以改善定位结果。我国自主建设的北斗卫星导航系统现已具有初步导航定位能力,可与其他导航定位系统兼容。测试是定位软件开发中不可缺少的一部分,目的是发现并排除软件中潜藏的错误,从而满足产品的设计要求和提高软件的质量。本文详细介绍了GPS北斗联合差分定位软件的测试方案,以移动测试为例介绍了测试的实施流程,并针对设计要求给出了成果评价指标。     

实时高动态GNSS信号模拟器高精度伪距生成方法

针对伪距实时生成高动态GNSS信号模拟器的关键技术进行了研究,分析了现有真实距离计算方法的问题,提出一种改进的卫星-用户真实距离求解算法.该方法将航迹位置坐标作为用户位置输入,利用开普勒轨道根数计算卫星位置,实现GNSS信号模拟器的星座仿真与参量计算.在伪距计算过程中,为了精确计算真实距离,需要考虑在迭代过程中地固坐标系旋转造成的坐标值变化;在伪距生成过程中,提出一种基于三次样条函数的伪距三阶多项展开式系数的直接计算方法,避免了现存算法需要分别计算卫星、用户位置的高阶导数以及伪距误差的高阶导数等卫星-用户视向动态参数的问题,降低了计算的复杂度.同时也解决了现存算法无法精确计算视向动态参数造成伪距多项式系数计算不精确的问题,提高了伪距生成的精度.仿真结果表明,用该方法计算的伪距精度优于0.1mm.     

一种基于改进卡尔曼滤波的GPS/BDS/SINS深组合定位算法

针对在卫星信号受干扰严重的复杂地貌环境中,由于可见卫星数目较少、卫星信号质量差,导致卫星定位导航精度低的问题,提出了GPS/BDS/SINS深组合定位算法。该算法在GPS/BDS伪距组合定位的基础上,引入惯性器件测量值进行惯导辅助组合定位,借助渐消卡尔曼滤波,通过在线估计量测噪声和系统噪声,进一步降低定位误差,输出高精度定位结果。实验结果表明,本文所述算法相较于传统组合定位算法,定位精度高且计算效率高,具有一定的理论意义和实用价值。     

循环神经网络辅助GNSS/SINS组合导航方法及性能分析

针对GNSS信号中断时组合导航系统误差迅速发散的问题,提出了使用循环神经网络(RNN)来辅助组合导航系统的方法,RN N可以分别基于当前和过去的位置以及速度样本进行训练,使神经网络更好地处理系统中的时序信号,从而能够更加精确地预测SINS的位置和速度误差.采用无人机飞行试验数据验证了该算法在卫星信号中断时导航精度平均提升了77％,并且满足导航所需的实时性要求,与传统的径向基神经网络辅助的组合导航系统相比,其位置和速度的均方根误差平均降低了39％.     

圆管作业机器人视觉惯导组合姿态定位研究

针对石油平台导管架水下清洗机器人姿态定位问题,提出一种新型的视觉惯导组合导航系统。该系统利用Canny算子与Hough变换识别圆管特征直线,并通过建立机器人空间模型,解算机器人空间位置姿态角。针对视觉惯导系统模型,设计基于四元数的扩展卡尔曼滤波,实现视觉与惯导信息融合,减小空间角度的累计误差,提高组合导航精度。研究结果表明:本文提出的机器人组合导航系统角度精度高,其精确度及实时性满足了机器人实际应用需求。     

一种基于伪距的RDSS/SINS组合导航系统

基于北斗双星定位系统(RDSS)采用有源定位体制存在一定的局限性，在接收机能够测量用户至卫星的伪距信号以及在气压高度表辅助的前提下，提出了利用铷钟作为接收机内部时钟的RDSS与捷联惯导进行伪距组合的模型，建立其卡尔曼滤波的状态方程与量测方程．仿真结果表明，组合后的导航系统具有输出导航参数误差小的特点．     

全球四大卫星导航系统组合导航定位性能研究

简要介绍了全球导航卫星系统(GNSS),对比了四大卫星导航系统的定位原理,分析了四大卫星导航系统伪距单点定位性能仿真结果。     

基于iGMAS产品的BDS/GPS组合RTK定位性能分析

随着各国自主导航系统的快速发展,多卫星导航系统组合定位成为当前研究热点,其可弥补单系统在全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)信号遮挡严重区域无法提供连续、可靠的定位服务的不足。文章基于国际全球连续监测评估系统(international GNSS MonitoringAssessment Service,iGMAS)产品,研究分析了中国北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)与美国全球定位系统(Global Positioning System,GPS)组合实时动态定位(Real-Time Kinematic,RTK)性能。静态实验结果表明,开阔区GPS-RTK定位精度优于BDS、BDS/GPS组合RTK定位结果,封闭区BDS/GPS组合定位性能优于单系统定位精度,BDS定位结果优于GPS;动态实验结果表明,在信号遮挡严重区BDS/GPS组合可持续提供定位服务,但服务的可靠性较低。     

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.      

基于多接收机的本地监测系统监测算法研究

本地监测系统可以增强卫星导航系统的性能以满足航空用户的需求。针对目前单接收机本地监测系统在进近着陆应用中各导航性能存在的不足,提出了一种基于多接收机的本地监测系统完好性监测算法。该算法考虑了地面接收机故障对用户安全造成的影响,从而提高了系统的完好性。另外,该算法通过利用既有的增强系统完好性信息,改善了系统对本地差分修正误差的监测能力;并且通过使用卫星信号双频观测量,提高了用户的观测精度。上述优化可有效降低保护门限值,最终达到提高系统可用性的目的。应用该算法增强北斗卫星导航(区域)系统,可在我国及周边地区满足I类精密进近的性能指标要求,并且平均可用性达到95.57%。