电离层对GPS相对大地测量的影响

本文分析了对 GPS 相对大地测量有重要影响的电离层误差特性。电离层误差、星历预报误差和对流层延迟误差是影响 GPS 测地精度的三个主要误差源。借助高精度数字式 GPS 接收机(如 T14100GPS 导航接收机),星历估计和预报技术在日益改善。现在正在研究精确的对流层延迟修正技术,例如使用便携式水汽辐射计测量大气中水汽含量对 GPS 信号延迟的影响。为了获得相应的 GPS 测地精度还必须重视电离层误差的修正。本文讨论了三维基线精度,它随电离层条件、电离层修正精度、基线间隔、定向和事后处理方法而变化,给出了使用 T14100GPS 导航接收机和德克萨斯仪器公司 Geomark 事后处理软件包的实际测量结果。     

HOI延迟对LEO卫星简化动力学POD的影响

通常使用无电离层(IF)线性组合(LC)消除低地球轨道(LEO)卫星简化动力学精密定轨(POD)一阶电离层延迟误差,忽略了高阶电离层(HOI)延迟误差。随着LEO卫星POD技术的发展,计算不同轨道高度的HOI延迟并探索其变化已成为进一步提高POD精度的重要手段。首先,使用国际参考电离层-2016(IRI-2016)和国际地磁参考场第13代(IGRF-13)模型,计算电离层穿刺点(IPP)位置和地磁场强度。其次,使用平滑星载GNSS数据计算电离层斜路径总电子含量(STEC)。然后,分别计算GOCE、GRACE-A和SWARM-A/B卫星的二阶和三阶电离层延迟。最后,评估了HOI延迟对LEO卫星重叠轨道分析、卫星激光测距(SLR)检核和精密科学轨道(PSO)比较结果的影响。实验结果表明：HOI延迟对LEO卫星简化动力学POD的影响大约在毫米至厘米的数量级上;HOI延迟对LEO卫星简化动力学POD外符合精度的影响分别达到0.92,0.22,0.21和0.18 mm;随着LEO卫星轨道高度的增加,HOI延迟对LEO卫星简化动力学POD的影响减小。     

GPS精度控制措施对差分修正的影响

第二批新型GPS卫星能控制标准定位信号(C/A码)的精度,其方法是抖动卫星时钟和扰乱星历数据相结合。这种能力就称精度控制(可用性选择,SA)。差分GPS工作除了能为基准站周围的用户消除电离层、对流层和其它慢变化误差的影响,还能大大减小SA的影响。设计基准站的一项主要技术问题是修正值的更新速率。直到最近还认为要保证5-10米的定位精度,需要每10秒更新一次GPS差分修正值。最近第二批新型GPS卫星发射入轨,就没有把握说这一更新速率已足够。本文介绍了从第二批GPS卫星最近获得的数据进行统计分析的结果,特别是位置、速度变化和相关时间。将差分基准站设备接收这些信号得到的伪距修正值加到导航接收机的伪距上,得到修正值更新速率对差分GPS性能影响的估值。     

几种电离层模型折射修正效果检验

航天工程任务对航天器外弹道测量数据的精度需求不断提高,电离层折射误差已成为影响航天高精度测量的主要误差源之一。目前国际上基于多种观测数据建立了多种电离层模型,由于模型使用的数据和算法不同而有不同的修正精度。通过分析国内外常用的Klobuchar(克罗布歇)模型、国际参考电离层模型和中国参考电离层模型的特点,利用3个电离层模型对S频段多颗在轨卫星50多跟踪圈次的实测外测数据进行修正,以星载GPS(Global Positioning System,全球定位系统)数据获取的精密星历经过坐标变换、测站与卫星的几何关系计算可得到测站到卫星的距离,将其作为标准值,采用微波辐射计修正对流层折射误差后对3个电离层模型的修正结果进行比较检验,结果表明中国参考电离层模型在中国区域的修正结果优于其他2个模型,可为航天测控实时修正提供参考。     

箭载GPS信号传播误差改正模型的选优

误差修正模型是影响箭载GPS定位精度的关键问题之一。针对几种常用的GPS信号传播误差改正模型,探讨了各模型伪距延迟修正量的计算方法,分析和比较了各模型之间的差异,给出了组合误差修正模型的选优标准。实测数据计算结果表明,选优后的误差修正模型可有效提高目标定位精度。     

一种基于信道模拟的测速精度评估方法

为了评估单向多普勒测速动态测量精度,构建了一种基于卫星信道模拟器的测速精度评估系统,通过在卫星信道模拟器装订卫星飞行轨迹,利用卫星信道模拟器对上行信号加入传播时延、多普勒频率,对卫星在轨飞行状态下的单向多普勒测速进行场景仿真,并对场景仿真获取的测速数据进行O-C残差序列分析,得到动态测量条件下的测速精度。给出了O-C残差序列的计算方法,分析了单向多普勒测速体制下时钟偏差对测速结果的影响,并给出了一种简单的时钟误差修正方法。     

广域差分GPS系统

业已证明GPS是一种极为精确的定位工具,可用于各种场合。可是在某些情况下,例如,飞机进场、着陆,还需更高的精度。广域差分(WADGPS)就是可用来达到这一目的的一种系统。该系统由一个主站以及分布于全美国的若干当地监测站组成。该系统计算并向用户发送误差修正矢量。修正矢量为如下一些参量:描述3维星历误差、卫星时钟偏差和电离层延时的参量。主站收集每个当地监测站上采集的GPS测量值,利用非线性静态计估和成批最小二乘相结合的方法估计误差。对全美国监测站周围的用户作了仿真计算,研究了15个站的WADGPS网的性能。这些监测站设在现有的罗兰或甚高频全向信标(VOR)站上。仿真结果表明,利用WADGPS,可以减少95％以上的GPS额定定位误差。     

高动态信号模拟器中的多普勒模拟算法

 为了测试卫星定位系统接收机的性能,须用信号模拟器来模拟各种条件下真实的卫星发射信号。卫星信号模拟器由软件、硬件和上位机三部分组成。系统主要包含目标运动轨迹计算、误差计算、导航电文生成及信号调制发射等功能模块。中频信号处理中的多普勒频移模拟是高动态卫星信号模拟器要解决的一项关键技术。为此,提出了一种全相参的多普勒模拟算法,基于真实的高动态运动模型解算出伪码和载波的频率字,在现场可编程门阵列（FPGA）中通过数控振荡器(NCO)设计产生真实的动态卫星信号。通过实际测试并与理论数据进行了比对验证,模拟出的动态特性与真实卫星信号的多普勒特性一致。     

电离层对单频卫星导航系统伪距差分定位的影响

用计算机仿真方法 ,给出了单频卫星导航系统伪距差分后 ,定位误差受电离层影响的一些结果。伪距差分定位能够校正电离层时延误差 ,但校正精度随用户与基准站到同一颗卫星倾斜因子的不同而不同。为此 ,提出了一种改进的伪距差分方法。仿真结果表明 ,改进后有明显效果     

基于非合作低轨卫星的测向交叉定位技术

根据非合作低轨卫星的特点，可以被动测量多颗卫星信号的来向，通过测向交叉的方式进行定位。但是通过星历解算出的卫星位置位于地心地固坐标系，用户测量的方位角和俯仰角基于站心坐标系。针对非合作低轨卫星测向交叉定位时目标用户角度信息与卫星位置基于不同坐标系的问题，提出了一种迭代最小二乘定位算法，通过迭代的方式不断收敛定位结果，能够在目标用户角度信息与卫星位置基于不同坐标系的情况下，解决非合作低轨卫星的测向交叉定位问题。仿真结果表明，基于迭代最小二乘定位算法能够实现非合作低轨卫星仅利用角度定位，并分析了测角精度、卫星轨道高度、参与定位卫星数与定位误差之间的关系。针对迭代的计算方法，分析了迭代过程中不同收敛条件下迭代次数与定位误差之间的关系。在保证定位精度的情况下，将迭代收敛范围设置为8~30 km，可以降低2~3次迭代次数。     

Evaluation of GPS Ionospheric Time-Delay Model

For single-frequency global positioning system (GPS) users,uncompensated ionospheric GPS-signal time delay is the largestsource of range-measurement error, contributing as much as 100 m.To improve performance for these users, a numeric model of theionospheric range error was incorporated into the GPS system. Thispaper presents an assessment of that model in which actualionospheric time-delay values as measured by GPS dual-frequencyreceivers were compared with model values computed at the sametime points. Comparison was made over a broad range of conditionswith dependency of model accuracy on several of the modelparameters. It appears that the model leads to an overall reductionin rms range measurement error of 60 percent.     

GPS/SINS超紧组合导航的性能分析

GPS接收机在高动态环境下很容易失锁,特别是载体的高动态造成的应力对接收机载波跟踪环影响很大。为了解决高动态环境下的组合导航,分析了GPS接收机载波跟踪环的测量误差和跟踪门限,采用惯导速度辅助GPS接收机跟踪环路的超紧组合结构。超紧组合需要涉及到GPS接收机跟踪环内部编排及高动态环境下的实验数据,难度较大。针对超紧组合仿真专门开发了GPS实时软件接收机、高动态GPS中频信号仿真器和惯导模拟器并构建了一个完整的GPS/SINS超紧组合仿真系统。仿真结果表明,该超紧组合导航系统可以跟踪50g的加速度和10倍音速。     

三频GPS改正电离层折射误差高阶项的方法

在研究电离层折射对GPS测量的影响及电离层折射误差模型的基础上,采用电离层折射误差双频改正方法,针对GPS现代化和Galileo计划中增加的第三个民用导航频率,提出了运用三频观测值将电离层折射误差改正至二阶项的方法；并系统地推导了三频载波相位观测值无电离层折射组合方程,从而进一步提高了GPS的定位精度。     

基于火箭橇的北斗动态定位精度鉴定方法

介绍了几种现有的以GPS/北斗为主要代表的卫星导航系统的动态定位精度 鉴定方法,分析了这几种方法在模拟实际使用环境、鉴定精度等方面的优缺点,提出了 一种基于火箭橇试验平台的北斗导航定位系统动态定位精度鉴定方法。该方法能够很好 地模拟北斗导航定位系统实际工作环境（速度、加速度、振动和天线角度等）,解决高 动态、高精度北斗导航定位系统动态定位精度鉴定问题,并对该方法的原理和实施方法 作了详细的论述,最后分析了该方法的不确定度及误差,并提出了改进措施。     

惯导速度辅助下GPS接收机码环的噪声响应和动态跟踪性能分析

 本文推导了C/A码信号相干和非相干接收的GPS接收机码环的动力学方程,分析了码环的噪声响应和动态跟踪性能对码环带宽的矛盾要求,并提出了解决矛盾的方法:惯导速度辅助。分析结果表明:窄带宽码环经精度为1nmile/h的惯导系统速度辅助后,动态跟踪误差为无辅助时的1/1000,接收机将兼有抗强干扰和跟踪高动态的性能。     

基于GPS散射信号的机载海面风场反演系统

提出了利用GPS散射信号构成机载海面风场反演系统,详细介绍了基于GPS散射信号的风场反演模型与散射信号相关功率的计算方法,给出了不同海面粗糙度下散射信号的相关功率曲线。分析了延迟映射接收机的工作模式,给出了某次飞行试验的数据分析结果。试验结果表明,文中所设计的延迟映射接收机能够准确地接收到GPS卫星信号的海面反射信号,并给出与理论分析一致的结论。     

一种基于数据跳变检测的高动态环境GPS信号参数估计方法

鉴于高动态环境中 Ｇ Ｐ Ｓ信号参数估计和调制数据跳变检测所遇到的问题,采用扩展卡尔曼滤波方法（ Ｅ Ｋ Ｆ）对信号参数进行了估计,分析了通过载波辅助技术实现伪码延时估计的原理,重点研究了一种简单的数据跳变检测和估计参数修正方法。模拟结果表明这种方法在信号参数估计精度和动态跟踪性能等方面都能够满足高动态环境的要求。     

基于空时自适应处理的GPS宽带干扰抑制技术

分析研究了GPS宽带干扰抑制的各种空时自适应处理算法,提出了期望信号协方差矩阵的计算方法,该方法使得最大信干噪比方法和最小均方误差方法可以实现。仿真结果表明：和无干扰的GPS接收机相比,基于空时自适应的干扰抑制技术不会引起很大的定位误差。