北斗三频周跳探测与修复算法研究

载波相位观测值已越来越多地应用到增强系统中,由于观测环境影响,载波相位测量不可避免地会产生周跳,周跳的成功探测与修复是提高导航定位精度的一个重要因素。针对北斗卫星导航系统三频观测数据,分析其不同线性组合观测值的特性,选取合适的组合系数,形成一个伪距相位组合和两个无几何相位组合,采用历元间差分的方法探测和修复组合观测值的周跳,然后还原求解出原始信号的周跳,最后通过实验验证了该方法的可行性。     

基于小波变换的GPS载波相位周跳检测与修复

载波相位周跳检测与修复是实现GPS高精度定位的难点之一。小波变换具有空间局部性好的特点,本文利用小波变换把载波相位观测量分解为高频和低频分量,提出了利用小波系数局部极值点检测相位周跳的方法。基于载波相位和多普勒频率共同约束的埃尔米特多项式,外推周跳时刻载波相位,与观测值比较确定周跳的大小,从而修复周跳。利用飞机实际观测数据和仿真的高动态数据进行了计算,给出了计算结果,表明该方法可以对高动态情况下载波相位周跳进行准确探测和修复。     

星载GPS测量数据预处理方法研究

针对低地球轨道(LEO)卫星星载全球定位系统(GPS)接收机应用的特点,对星载GPS测量数据误差及其对周跳探测的影响进行了分析,提出TurboEdit数据预处理方法中周跳探测算法的改进算法。在原周跳判断算法的基础上,通过引入与测量数据观测高度角相关的加权系数,将周跳探测与测量误差紧密联系起来。根据观测高度角的变化对测量数据误差进行估计,并根据估计情况对加权系数取值,从而实现对周跳探测算法进行调节,达到降低周跳探测失误率的目的。增加参与定轨计算的观测数据量,提高了低轨卫星连续定轨的能力。通过GRACE编队卫星实测数据对改进算法进行了仿真验证。     

智能手机广域精密定位研究

智能手机作为位置服务的重要载体，由于其天线结构等因素，导致利用手机原始观测值进行定位不能满足高精度定位的需求。针对这一问题，提出了利用广域增强技术，提高手机单频原始观测值实时定位精度的方法。首先，针对手机观测值周跳较为严重的问题，对单频载波相位观测值进行了周跳探测。然后，利用手机观测值获取的伪距、载波相位以及IGS站播发的轨道和钟差改正实现增强定位。实验结果表明，定位精度收敛到1m约需要20min，收敛后水平方向和垂直方向精度分别提高了66.7%和28.9%，平面精度达到1.5m。     

优选小波神经网络在周跳探测与修复中的应用

北斗导航定位过程中,传统的周跳探测与修复方法缺乏检验环节,无法保证修复结果的可靠性。为此,提出了一种级联式小波变换结合NARX神经网络多步循环预测修复的方法处理周跳问题。该方法通过构造载波相位双差模型检验量,探测周跳发生历元,采用NARX神经网络预测方法修复周跳,利用优选小波基函数进行周跳修复效果检验。实验证明,相较于经验模态分解和变分模态分解等模态分解法,优选小波神经网络周跳探测与修复方法可用于小周跳探测并判断出周跳正负性;构造的NARX神经网络周跳修复模型,解决了普通神经网络模型和传统多项式拟合法容易造成的二次奇异值问题。相较于长短期记忆(LSTM)和门控循环单元(GRU)深度学习神经网络模型,周跳预测精度分别提高了45.2%和55.9%。     

自适应渐消Kalman滤波算法在RTK中的应用研究

在动态载波相位差分定位(RTK)中,由于观测环境复杂,会经常发生周跳、卫星信号失锁等情况,严重影响基线解算的连续性和可靠性。针对动态应用环境,提出了一种Kalman滤波算法在RTK技术中的应用方法。该方法可以实时估计模糊度浮点解及其协方差矩阵,在需要重新固定模糊度时可直接用于搜索,起到了周跳修复的作用。此外,采用了自适应渐消Kalman滤波算法提高算法的动态适应性,并引入独立的滑动窗进行新息的收集和处理,解决了由于参考星变化或卫星信号失锁造成观测量中断而无法准确计算新息协方差的难题。仿真结果表明,该算法能够在模糊度发生变化时快速收敛,并且相对于一般Kalman滤波算法在高动态下提高了模糊度浮点解的精度,提高了后续模糊度搜索的效率和固定成功率。     

一种基于乘性误差四元数的多天线瞬时测姿算法

为进一步拓展全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)测姿应用领域,提升多天线瞬时测姿性能,解决GNSS载波相位观测定姿中的模糊度搜索耗时和周跳探测复杂等问题,提出了一种基于乘性误差四元数的多天线姿态解算方法。使用滤波技术将姿态约束信息通过状态模型和当前观测模型融合,对模糊度进行降权处理,免去周跳探测步骤,从而实现瞬时姿态解算。仿真实验结果表明,新算法既保证了解算效果,又增加了数据处理的灵活性,且耗时更符合实时性需求。     

抗差自适应分步滤波算法在PPP/INS组合导航中的应用

针对常规抗差自适应滤波算法在PPP/INS组合导航应用中存在难以准确识别和分离观测粗差及运动异常对定位结果影响的问题，基于分类因子自适应滤波原理,提出了一种抗差自适应分步滤波算法。该算法首先执行第一步滤波,对状态模型异常信息进行隔离，仅对观测粗差进行诊断和抗差处理；然后在第一步滤波的基础上，执行第二步滤波，对状态模型异常进行诊断和自适应处理。算法分析表明，抗差自适应分步滤波算法可以准确地识别和分离观测粗差和运动异常扰动。实验结果表明，抗差自适应分步滤波算法能够进一步增强滤波算法抵抗观测粗差和运动异常扰动对滤波结果的影响，提高PPP/INS组合导航系统定位结果的稳定性和可靠性。     

载波相位平滑伪距在GPS/SINS紧组合导航系统中的应用

针对GPS/SINS紧组合导航系统中伪距噪声大从而引起组合导航系统精度低的问题,提出了将载波相位平滑伪距方法引入到组合导航系统中,利用具有较高精度的载波相位对低精度伪距进行平滑滤波,在建立观测方程的同时,为了减小Kalman滤波器计算量,选用最佳4颗卫星的伪距与伪距率作为观测值,并提出了一种四面体选星法,该方法不需要进行矩阵求逆运算,减小了运算量。利用光纤陀螺捷联惯导系统与GPS接收机搭建了实验验证系统,通过车载实验对所提出的方法进行了验证,实验结果表明,经过载波相位平滑后的伪距噪声得到了降低,从而能够进一步提高GPS/SINS组合导航系统的定位精度,其位置误差均方根值相比无载波相位平滑减小近40%。     

北斗三频载波相位组合与相对定位研究

通过分析北斗二代一期三频载波相位观测量间误差的相关性,提出基于解算不定方程求解特定波长和电离层延迟下噪声最优的线性组合系数;分析了不同类型组合观测量的误差特性,鉴于由不同原始载波相位观测量组成的各种线性组合在模糊度解算、电离层延迟修正等方面的优势,选择了三组宽巷组合作为中长基线模糊度解算的推荐方案。在此基础上,利用北斗三频接收机进行了4次40km范围内的静态基线相对定位试验,分析了北斗三频组合观测在中长基线情况下模糊度固定的效率和相对定位的精度。结果表明,推荐的三组宽巷组合方案至多需要5次测量即可准确固定模糊度;在10km范围内采用北斗单频测量的相对定位精度与采用三频组合测量的精度相当;超过20km之后采用北斗多频消电离层组合的相对定位精度明显高于单频测量,最多能够提高71.4%。     

面向低成本GNSS接收机终端的周跳修复策略

载波相位周跳是影响低成本GNSS接收机观测质量的主要因素之一.提出了一种面向低成本GNSS接收机终端的周跳修复策略,通过两种不同观测结果的联合检测以避免时钟和星历突变导致的误修复,并利用载噪比和多项式拟合误差检测载波观测中的无效观测,旨在提升低成本接收机在多径等复杂场景下载波相位观测的可用性.该策略仅使用了单频载波相位和载噪比信息,适用于各类低成本的接收设备.分别在开阔场景和多径场景下使用小米8手机和F9P接收机进行观测试验,结果表明,所有的有效载波相位观测得到了正确修复,仅约0.7％的无效观测被误修复,验证了所提策略的有效性.     

Comments on ?M-Ary Cpsk Detection with Noisy Reference and Interiverers?

The effect of cycle slips of the carrier recovery phase-locked loop (PLL) on the performance of coherent M-ary phase-shift keyed (MPSK) systems is dealt with. It is shown that each cycle slip causes a 1 bit error in a differentially encoded and Gray encoded signal stream. Different situations are investigated and compared with regard to the effect of these errors.     

星载双频GPS相位历元差缩减动力学定轨(英文)

研究了星载双频GPS相位历元差缩减动力学定轨方法,该方法既克服了相位历元差运动学方法在观测几何较差或数据不足情况下无法应用的缺点,又避免了相位非差动力学方法易受周跳和模糊度影响的缺点。历元差方法对相位周跳的影响不敏感,因此能够降低相位数据预处理中周跳探测的难度。在模型求解过程中,解决了高维矩阵的计算问题,将长弧段观测数据分成若干短弧段,相邻两个短弧段的连接处不做差分,仅在每个短弧段内部进行历元间差分处理。通过对GRACE卫星进行试算,并与GFZ事后科学轨道进行比较,结果表明相位历元差缩减动力学定轨精度在径向、沿迹方向和轨道法向分别可达1.92cm、3.83cm和3.80cm,三维位置精度可达5.76cm,该方法与相位非差缩减动力学定轨精度相当。     

A novel multistage estimation of signal parameters

A multistage estimation scheme is presented for estimating the parameters of a received carrier signal possibly phase-modulated by unknown data and experiencing very high Doppler, Doppler rate, etc. Such a situation arises, for example, in the case of the Global Positioning Systems (GPS). In the proposed scheme, the first-stage estimator operates as a coarse estimator of the frequency and its derivatives, resulting in higher RMS estimation errors but with a relatively small probability of the frequency estimation error exceeding one-half of the sampling frequency (an event termed cycle slip). The second stage of the estimator operates on the error signal available from the first stage, refining the overall estimates, and in the process also reduces the number of cycle slips. The first-stage algorithm is a modified least-squares algorithm operating on the differential signal model and referred to as differential least squares (DLS). The second-stage algorithm is an extended Kalman filter, which yields the estimate of the phase as well as refining the frequency estimate. A major advantage of the proposed algorithm is a reduction in the threshold for the received carrier power-to-noise power spectral density ratio (CNR) as compared with the threshold achievable by either of the algorithms alone     

单轴拉伸和压缩镁合金各滑移系的Schmid因子计算

针对单轴拉伸和压缩条件下的镁合金,计算了不同滑移系（基面滑移、柱面滑移、锥面滑移、锥面滑移）在整个取向空间中的Schmid因子分布.计算结果表明,基面滑移、柱面滑移和锥面滑移系的Schmid因子在取向空间中都有0.5的极大值;而锥面滑移系的Schmid因子普遍较低,当θ在80°左右,ψ在70°左右时的最大值仅为0.383.计算结果为镁合金变形机制的分析提供基础.     

Cycle slip performance of digitally implemented phase detectors onAWGN channel

Cycle slip performance of digitally implemented phase detectors on additive white Gaussian noise (AWGN) channel is investigated. The performance measure evaluated is the mean cycle slip time of a first-order phase-locked loop. An equivalent phase detector model with state-dependent loop noise is employed. It is shown that this working basis is vital to arrive at correct results. Numerical results for triangular and saw-tooth type phase detectors are reported and compared with those for the multiplier phase detector     

基于差分卫星导航的着舰引导技术分析

着舰引导技术是航母/舰载机系统的核心技术,差分卫星导航相对定位精度高,广泛应用于近距离相对定位,基于差分卫星导航的着舰引导技术是当前着舰引导技术研究的热点.载波相位周跳是影响差分卫星导航相对定位精度的关键因素.本文在分析基于差分卫星导航的着舰引导系统架构的基础上,提出一种改进的包含周跳的卡尔曼滤波模型.该模型能够削弱差分卫星导航相对定位处理流程中载波相位周跳影响,提高相对定位精度,试验结果证明了本文所提卡尔曼滤波模型的有效性.     

基于临界平面法的镍基单晶高温合金高周疲劳寿命模型

由于目前,国外已经基于八面体滑移系,采用临界平面法对镍基单晶高温合金〈001〉取向的高周疲劳寿命进行预测.然而,该方法未考虑〈111〉取向受载时滑移系参量的特点,所以不能较准确地预测镍基单晶高温合金〈111〉取向的高周疲劳寿命.为此,选取临界平面时综合考虑六面体、八面体滑移系,选定疲劳参量最大的滑移面作为临界平面,采用SSR(shear stress range)，CCB(Chu-Conle-Bonnen)，Walls寿命模型进行镍基单晶高温合金高周疲劳寿命预测,并根据800℃下DD6镍基单晶高温合金〈001〉,〈011〉,〈111〉3个取向的高周疲劳试验结果,对寿命模型的预测精度进行验证.结果表明:当基于两种滑移系预测镍基单晶高温合金的高周疲劳寿命时,寿命模型的拟合系数可达到0.9134.