868型GPS授时接收机的研制和试验

GPS 是美国目前正在大力发展的新一代无线电导航系统,它不但可用于精密导航、定位,而且可用于精密的频率、时间计量等许多领域。本文主要介绍我所最近研制成功的868型GPS 授时接收机的情况,包括整机构成、主要性能以及试验结果。最后介绍下一步的研制计划以及它在我国推广运用的前景。     

GPS共视法时间同步试验

在介绍接收GPS(导航星全球定位系统)时频信息,进行远距离时间同步的基本原理和方法之后,着重分析了国内首次 GPS 共视法时间同步实验的结果和搬运钟验证的结果。实验取得了上千公里两地钟 GPS 共视同步误差优于 13ns、单站单星连续测量15分钟不确定度小于15ns、搬运钟验证符合程度优于80ns 的好成绩。     

GPS定时校频应用技术的基础研究

针对利用GPS进行定时校频技术开展了一系列的应用基础研究,包括GPS定时校频的方法及其不确定度、定时校频数据的处理等。在给出实验结果的同时,对影响GPS定时精度的各种因素(包括SA影响)进行了讨论;同时对提高GPS定时精度的途径作了初步探讨。     

利用GPS技术实现中国VLBI网高精度时频同步技术方案

就利用GPS技术实现中国VLBI网的高精度时频同步技术方案和其在天文学(天体物理、天体测量)、大地测量学、地球动力学(地球自转速率变化、地极移动、地壳形变、板块运动、地震)、空间科学和行星科学、时间频率比对及广义相对论检验等科学领域的重要应用进行了论证和介绍。     

GPS定位中的误差分析与改正

在GPS测量中存在多种误差。从误差的来源、性质以及对定位误差产生的影响进行了分析,并给出了相关的改正模型。     

GPS时间频率标准的研制

ＧＰＳ不仅能连续地提供精确的定位，而且还能提供精确的时间，一般的晶体振荡吕人格低廉，但由于存在漂移，不能用俄高准确度频标准。充分利用ＧＰＳ高度的长期稳定性及晶振的短期稳定度高的特点，将两者有机地结合在一起，能组成低成本，高准确度时间频率标准。介绍了作者所研制的ＧＰＳ时间频率标准的原理及测试结果。其时间误差约为５Ｅ－８ｓ。频率误差约为１Ｅ－１０。     

高动态GPS/SINS组合导航系统的时间同步方法

高动态环境下GPS/SINS 组合导航系统的同步误差源均被不同程度地放大, 严重影响了系统的组合性能. 给出了同步时间基准及记录GPS 通信延时的硬件设计思想. 在此基础上, 将GPS 与SINS 的时标差、SINS 的频标漂移及GPS 的通信延迟作为同步误差源, 采用软件处理方式完成对SINS 频标漂移的建模、量测信息的外推计算及GPS 通信延时的滤波补偿, 使系统的量测信息在每一个同步点上实现同步. 仿真结果验证了方法的有效性.     

基于光纤双环网的高精度时频同步技术研究

本文介绍了一种基于光纤双环网的时频同步技术设计方法,针对时频设备协同使用时如何获得高精度同步指标这一问题提出了一种设计思路。以系统时间源使用北斗/GPS/GLONASS,本系统同步精度优于5E-13,频率稳定度优于5E-13@1d;以UTC(BIRMM)输出的TOD+1PPS做系统时间源,本系统同步精度优于4E-13,频率稳定度优于6E-14@1d。本方案提出的方法原理简单,系统可根据使用情况进行裁剪,相比卫星双向等手段成本低廉,适合在时频同步领域推广。     

基于光纤双环网的高精度时频同步技术研究

本文介绍了一种基于光纤双环网的时频同步技术设计方法,针对时频设备协同使用时如何获得高精度同步指标这一问题提出了一种设计思路。以系统时间源使用北斗/GPS/GLONASS,本系统同步精度优于5E-13,频率稳定度优于5E-13@1d;以UTC(BIRMM)输出的TOD+1PPS做系统时间源,本系统同步精度优于4E-13,频率稳定度优于6E-14@1d。本方案提出的方法原理简单,系统可根据使用情况进行裁剪,相比卫星双向等手段成本低廉,适合在时频同步领域推广。     

基于光纤双环网的高精度时频同步技术研究

本文介绍了一种基于光纤双环网的时频同步技术设计方法,针对时频设备协同使用时如何获得高精度同步指标这一问题提出了一种设计思路。以系统时间源使用北斗/GPS/GLONASS,本系统同步精度优于5E-13,频率稳定度优于5E-13@1d;以UTC(BIRMM)输出的TOD+1PPS做系统时间源,本系统同步精度优于4E-13,频率稳定度优于6E-14@1d。本方案提出的方法原理简单,系统可根据使用情况进行裁剪,相比卫星双向等手段成本低廉,适合在时频同步领域推广。     

高动态GPS卫星信号模拟器导航电文生成

为了测试全球定位系统GPS(Global Positioning System)接收机的性能,应用GPS信号模拟器来模拟各种条件下真实的GPS信号.GPS卫星信号发生器由硬件、计算机和软件组成.软件主要由卫星导航参数计算模块、目标运动轨迹计算模块、误差计算模块等模块组成.导航电文产生功能模块是高动态GPS卫星信号模拟器要解决的一项关键技术.给出了3个卫星星钟改正参数的物理意义和星历产生模型,根据这些参数并结合相应的时间参数来形成卫星导航电文.通过程序仿真并与导航电文进行验证,证明推导出的星历产生模型基本符合GPS星的星座排列规律.     

基于非线性模型预测滤波的微纳卫星定位方法

针对采用星载GPS(Global Position System)定位的LEO(Low Earth Orbiter)微纳卫星获得的位置速度数据不连续,而使用轨道动力学获得的连续的位置速度信息误差快速发散的问题,提出了一种基于非线性MPF(Model Predict Filter)的LEO微纳卫星定位方法,它采用非线性MPF预测的模型误差作为一步状态估计,同时使用GPS信息作为观测量,并与改进的扩展卡尔曼滤波组合,既可获得连续的卫星位置速度信息,又可获得相当于GPS单点定位的精度.仿真结果表明,此种方法可以有效地获得连续的微纳卫星位置速度信息,并且精度优于EKF(Extended Kalman Filter).      

时钟偏差辅助的GPS完整性监测算法

对伪距残差最小二乘的接收机自主完整性监测(RAIM)算法进行了分析.在此基础上,通过对接收机时钟偏差的建模,将模型预测的时钟偏差引入伪距残差最小二乘的RAIM算法中,保证了在可见星仅为4颗的情况下,仍能利用χ2检验法对全球定位系统(GPS)进行完整性监测,从而达到提高完整性监测算法有效性的目的.计算机仿真的结果显示,这种辅助方式不仅计算简单,而且有效可行.      

软件定义的GNSS反射信号接收机设计

分析了导航卫星反射信号的特点,给出了反射信号软件接收机的总体结构及其主要模块,主要包括接收直射和反射信号的天线、射频前端和高速A/D变换器,以及数据处理用的计算机.重点介绍了反射信号处理的基本过程,其中主要讨论了本地反射信号C/A码的生成模式,在此基础上分析了反射信号相关功率的计算方法,并给出了具体的仿真计算实例.设计了反射信号处理的具体实现软件,包括详细的流程图,关键参数和主要函数的定义及用户界面,利用实际采集的数据进行了验证,结果表明所设计的反射信号接收机运行稳定,能根据用户输入的不同参数提供导航卫星反射信号的相关功率输出.     

大方位失准角MIMU空中对准建模及半物理仿真

由于快速性的要求,微小型无人机不经过地面精确初始对准就升空作业,因此MIMU(Micro Inertial Measurement Unit)空中对准在大失准角下进行. 为了提高微小型无人机空中的反应速度和作业精度,把非线性误差部分作为状态变量,建立MIMU在大方位失准角下无需小角度近似的空中对准的线性模型,同时为解决噪声不确定导致滤波器发散的问题,提出将AKF (Adaptive Kalman Filter)应用在GPS(Global Positioning System)辅助MIMU的空中对准中,半物理仿真结果证实其取得了比基于非线性误差模型的EKF(Extended Kalman Filter)精度高且速度快的结果,不仅使MIMU的方位失准角由60° 快速下降到2° 左右,且所需时间仅为EKF的67%.      

GPS/INS组合导航系统半实物仿真研究

为了研究ＧＰＳ组合导航系统的性能,利用跑车实验实时采集的惯性导航系统和ＧＰＳ的数据进行了测后仿真研究。分别进行了ＧＰＳ／ＩＮＳ位置、速度组合和伪距、伪距率组合仿真,仿真中组合Ｋａｌｍａｎ滤波器采用数值稳定性较好的Ｕ－Ｄ分解算法。最后给出了纯惯导及组合后系统的位置、速度误差仿真曲线,结果分析及相关结论。     

粒子群优化粒子滤波的接收机自主完好性监测

接收机自主完好性监测（RAIM）是航空卫星导航接收机必不可少的功能,为保持全球卫星导航系统（GNSS）在卫星发生故障时系统性能不降级,需要对卫星故障进行检测和隔离。针对接收机观测噪声非高斯分布的特点,提出一种基于粒子群优化粒子滤波（PSO-PF）的故障检测和隔离算法。通过粒子群优化粒子滤波对状态估计进行一致性检验实现故障检测。采集实测数据验证算法的检测性能,并与基于基本粒子滤波的完好性监测算法进行比较,结果表明:本文所提算法在非高斯测量噪声下可检测并隔离全球定位系统（GPS）故障卫星,其性能优于基于基本粒子滤波的完好性监测算法性能,对研究北斗卫星导航系统（BDS）接收机自主完好性监测具有一定的意义。      

Comparison of convergence time and positioning accuracy among BDS,GPS and BDS/GPS precise point positioning with ambiguity resolution

Precise point positioning (PPP) usually takes about 30?min to obtain centimetre-level accuracy, which greatly limits its application. To address the drawbacks of convergence speed and positioning accuracy, we develop a PPP model with integrated GPS and BDS observations. Based on the method, stations with global coverage are selected to estimate the fractional cycle bias (FCB) of GPS and BDS. The short-term and long-term time series of wide-lane (WL) FCB, and the single day change of narrow-lane (NL) FCB are analysed. It is found that the range of GPS and BDS non-GEO (IGSO and MEO) WL FCB is stable at up to a 30-day-time frame. At times frame of up to 60?days, the stability is reduced a lot. Whether for short-term or long-term, the changes in the BDS GEO WL FCB are large. Moreover, BDS FCB sometimes undergoes a sudden jump. Besides, 17 and 10 stations were used respectively to investigate the convergence speed and positioning errors with six strategies: BDS ambiguity-float PPP (Bfloat), GPS ambiguity-float PPP (Gfloat), BDS/GPS ambiguity-float PPP (BGfloat), BDS ambiguity-fixed PPP (Bfix), GPS ambiguity-fixed (Gfix), and BDS/GPS ambiguity-fixed (BGfix). The average convergence speed of the ambiguity-fixed solution is greatly improved compared with the ambiguity-float solution. In terms of the average convergence time, the Bfloat is the longest and the BGfix is the shortest among these six strategies. Whether for ambiguity-float PPP or ambiguity-fixed PPP, the convergence reduction time in three directions for the combined system is the largest compared with the single BDS. The average RMS value of the Bfix in three directions (easting (E), northing (N), and up (U)) are 2.0?cm, 1.5?cm, and 5.9?cm respectively, while those of the Gfix are 0.8?cm, 0.5?cm, and 1.7?cm. Compared with single system, the BDS/GPS combined ambiguity-fixed system (BGfix) has the fastest convergence speed and the highest accuracy, with average RMS as 0.7?cm, 0.5?cm, and 1.9?cm for the E, N, U components, respectively.     

车辆组合导航定位系统中测量元件的参数修正

阐述了GPS(Global Positioning System)/DRS(Dead Reckoning System)/MM(Map Matching)车辆组合导航定位系统组成和车辆定位算法,提出了利用Kalman滤波和非Kalman滤波算法修正测量元件参数,解决了测量元件参数的漂移问题.仿真实验表明该方法具有较好的修正效果.