GPS技术用于编队卫星状态整体确定方案设计

编队卫星的控制和应用需要确定编队卫星的运动状态,包括卫星绝对的和相对的位置、姿态以及钟差.本文设计联合利用GPS和一种类似GPS的载波相位和伪码交联测距技术的方案,快速实现星间GPS载波相位差分的整周模糊度的确定,进一步提高相对状态确定的精度,使相对位置精度达到厘米级、相对姿态角精度达到角分级.     

基于星敏感器和GPS伪距差分的相对状态确定

针对双星编队飞行中的相对导航问题,提出了一种基于星敏感器和GPS伪距差分的相对状态确定方法。首先给出了相对轨道和相对姿态动力学方程,选取相对姿态基准坐标系,然后分别建立了星敏感器和GPS伪距差分的观测方程,运用Unscented卡尔曼滤波方法(UKF)设计了双星编队相对状态确定的UKF滤波器。利用一个仿真实例说明了该方法的可行性和有效性。     

基于非线性滤波技术的多航天器编队飞行相对导航

航天器编队飞行协调工作,必须精确确定各航天器的相对位置和相对速度,即进行编队飞行相对导航,本文提出了一种UKF和卡尔曼滤波组合的非线性滤波算法,并将算法应用于编队飞行的载波相位差分GPS相对导航。     

单频GPS载波相位相对定位研究

利用 GPS载波相位作为观测量 ,研究了采用最小二乘法和 FARA法相结合进行整周模糊度搜索和相对定位的方法 ,并探讨了影响相对定位精度的主要因素和解决途径 ,进行了相关的实验研究。实验结果表明 :在短基线的条件下 ,采用该方法进行 GPS载波相位测量的静态相对定位精度可优于 1cm。     

基于GPS RTK技术的惯导平台误差模型辨识

对在惯导平台车载试验误差模型辨识中使用全球卫星定位系统（GPS）载波相位差分（RTK）法进行了研究。建立了系统的状态与量测方程,将GPS RTK的整周模糊度作为一个状态进行估计,用基于平方根滤波的Kalman滤波器以防滤波发散。仿真结果表明：与单点定位GPS和伪距差分定位相比,GPS RTK法可明显提高辨识精度。     

GPS相对定位在星间测量中的应用

基于GPS载波相位差分技术,提出了星间测量中的GPS相对定位测量方案,分析了其算法模型,并利用两台GPS接收机进行了高动态仿真验证。仿真结果表明,该方案能达到厘米级的相对定位精度。     

星载GPS天线相位中心偏差对定位精度影响的试验方法研究

介绍星载GPS天线相位中心偏差的概念,简要分析GPS天线相位中心变化对GPS定位精度的影响,并建立相应的数学模型。利用已有的多台星载GPS天线、载波相位测量方式的星载GPS接收机,进行GPS天线相位中心偏差测试以及接收机绝对定位精度、相对定位精度测试,测量、统计天线相位中心偏差与GPS接收机绝对定位精度和相对定位精度的对应数据,对误差模型进行验证。     

基于星间测距增强的卫星编队GPS相对导航研究

针对单纯差分GPS系统在精度、连续性、实时性方面存在的问题,提出了一种星间测距增强差分GPS的卫星编队组合相对导航方案。该组合相对导航系统由编队卫星中分别安装的GPS接收机、星间RF测量传感器,以及主星中运行的导航处理器组成,其中星间RF测量传感器集成了窄带通信功能,可在进行星间距离测量的同时同步进行GPS数据的互传。采用扩展Kalman滤波算法,结合简化动力学模型和GPS以及RF测量数据实现卫星编队的相对位置与速度的高精度实时递推解算。用模拟器采集数据进行了仿真验证,结果表明:在星间测距数据辅助下,星间基线长度在星间测距工作的30km范围内时,实时相对导航精度优于1mm;系统在GPS信号中断时仍可连续输出满足精度要求的相对位置、速度数据;系统初始化时间由单纯差分GPS相对导航系统的几十个历元降低到单点。     

GPS用于航天器交会对接的方案与模糊度OTF解算研究

设计了GPS相对导航在航天器交会对接中应用的两种方案 ;认为在交会对接相对导航的过程中 ,可以进行载波相位模糊度的OTF解算 ,以直接利用高精度的载波相位观测量 ,提高交会对接测量的精度。通过实算 ,对结论进行了验证。     

利用GPS修正电离层模型研究

电离层传输延迟误差是GPS测量中主要误差之一.阐述了采用双频技术建立改正精度较高的电离层模型的一般方法,包括双频伪距法、双频载波相位法和双频多普勒效应法,并以双频GPS多普勒观测量为例进行了试算和分析.结果表明采用精度较高的电离层模型先对观测量进行修正,再进行差分求解可以有效提高解精度和质量.     

基于鲁棒卡尔曼滤波的编队卫星相对导航

为提高编队卫星相对导航精度和计算稳定性,采用鲁棒卡尔曼滤波进行相对位置和相对速度的估计.对星间相对动力学方程进行适应性改造,使其具有线性离散不确定性系统形式.以载波相位差分GPS为观测模型,采用鲁棒卡尔曼滤波进行相对状态估计.数值仿真结果表明,该算法相对于扩展卡尔曼滤波算法具有明显优势,导航精度更高、鲁棒性更强,具有一...     

基于双频GPS观测信息和星间距离测量的高精度星间相对定位方法

以双星编队为对象，建立了基于GPS双频P码、双频载波相位以及星间距离观测信息的相对定位样条模型。理论分析与仿真结果表明：与仅采用单频GPS测量信息相比，该方法不仅能有效地提高相对定位精度，而且还能大大减少整周模糊度判定所需的历元数。     

Validation on flight data of a closed-loop approach for GPS-based relative navigation of LEO satellites

This paper describes a carrier-phase differential GPS approach for real-time relative navigation of LEO satellites flying in formation with large separations. These applications are characterized indeed by a highly varying number of GPS satellites in common view and large ionospheric differential errors, which significantly impact relative navigation performance and robustness. To achieve high relative positioning accuracy a navigation algorithm is proposed which processes double-difference code and carrier measurements on two frequencies, to fully exploit the integer nature of the related ambiguities. Specifically, a closed-loop scheme is proposed in which fixed estimates of the baseline and integer ambiguities produced by means of a partial integer fixing step are fed back to an Extended Kalman Filter for improving the float estimate at successive time instants. The approach also benefits from the inclusion in the filter state of the differential ionospheric delay in terms of the Vertical Total Electron Content of each satellite. The navigation algorithm performance is tested on actual flight data from GRACE mission. Results demonstrate the effectiveness of the proposed approach in managing integer unknowns in conjunction with Extended Kalman Filtering, and that centimeter-level accuracy can be achieved in real-time also with large separations.     

基线平面布局的GPS定姿算法

ＧＰＳ定姿线性化算法需要载体的姿态初值和迭代运算，提出一种适用于基线平面布局的矩阵元素求解算法，它不需初值和迭代计算，计算量小，运算速度快，特别适用于载体大角度姿态机动的情形。用ＴＡＮＳＶｅｃｔｏｒＧＰＳ接收机进行了实验，取得了较满意的结果。     

基于M-W组合的中长基线RTK定位方法研究与实现

介绍一种实现GPS中长基线实时动态(RTK)定位的方法,研究基于M-W组合搜索双频GPS载波相位模糊度的方法,最终使用消电离层LC载波相位组合观测量进行相对定位。车载试验结果表明,对于双频GPS接收机,流动站距离基准站50km以内,使用本方法RTK定位可以达到5cm(RMS)的点位精度。     

GPS/INS超紧耦合方法及其应用分析

超紧耦合是GPS/INS组合导航系统的最新研究方向,它采用INS测得的载体动态信息辅助GPS接收机跟踪环路,消除卫星信号中由于载体与卫星之间相对运动所产生的频率偏移,提高接收机在高动态环境下载波跟踪性能,同时还可以压缩带宽,有效增强接收机抗干扰性能。介绍GPS/INS超紧耦合技术,给出INS辅助GPS载波跟踪环路结构图和相应的数学模型,分析INS辅助GPS跟踪环路在动态环境下的动态残留及其对环路相位误差的影响,并进行了模型仿真,最后对仿真结果进行了验证分析。仿真结果显示,辅助动态残留及其导致的环路相位误差的大小与加加速度、环路辅助时间间隔成正比。     

利用卡尔曼滤波快速确定GPS整周模糊度的研究

给出一种快速确定 GPS整周模糊度的方法 ,该算法根据载体运动特性 ,构造了卡尔曼 (Kalman)滤波器的状态方程 ,通过去相关处理 ,消除或减弱短时间内 GPS载波双差观测量的相关性 ,这不仅改善了 Kalman滤波器的稳定性 ,而且提高了确定 GPS整周模糊的可靠性 ,仿真结果表明 :对于短基线的情况 ,在较短的时间内 ,经过去相关处理有利于正确确定 GPS整周模糊度     

高动态GPS接收机的一种设计方案

为了同时满足高动态 GPS接收机动态性能和跟踪精度两方面的需要 ,提出了 FL L和 PL L 相混合的载波跟踪方案。综合了多通道串并组合的伪码快捕方式、基于叉积自动频率跟踪算法的载波跟踪方法以及载波辅助技术等 ,分析了载波频率跟踪和载波相位跟踪的性能 ,介绍了硬件结构。所研制的样机经动态模拟试验表明 ,其动态范围已达到了相对速度 0～ 10 km/s、相对加速度 0～ 10 g、相对加加速度 0～ 4 g/s、初始捕获时间小于 1min。