基于精密时频预测的定位域和测速域RAIM可用性增强算法

能提供精确定位解的观测值集合提供的测速解并不一定是可信的,首先将传统的定位域RAIM算法应用到测速域的完好性监测中,提出将频差预测值用于辅助增强测速域RAIM可用性,使RAIM技术能更好的满足各类用户对导航服务完好性监测的需求.通过对多种预测模型的比较,提出将三阶多项式模型和递推阻尼最小二乘法应用到接收机钟差和频差的在线精密预测算法中,使钟差预测精度提高6倍.克服了传统的钟差辅助增强RAIM可用性算法中对晶振漂移率要求较高的限制,使钟差和频差辅助增强RAIM可用性的方法能更广泛地应用到各类接收机中.     

三频GNSS接收机的RAIM算法研究

新一代全球导航卫星系统（GNSS）将为民用用户提供多个可用频点。为了使接收机能够充分利用多频点的卫星信号,提高系统的完好性,提出了一种能够用于三频GNSS接收机的接收机自主完好性监测（RAIM）算法。该算法通过建立三频线性化测量方程,将各频点的伪距信息融合起来。对三频伪距测量误差进行预白化处理,从而可以沿用奇偶矢量法的基本原理进行故障检测和隔离。经过详细理论推导,得到了三频RAIM算法中奇偶矩阵与单频奇偶矩阵间的简单转换关系,极大程度地降低了故障检测和隔离的计算复杂度,更易于在GNSS接收机中实现。仿真结果表明,三频RAIM算法可以提高传统单频RAIM算法的故障检测率和隔离率,尤其在伪距偏差较小的时候,性能改善更为显著。     

一种可检测和改正微小慢变伪距偏差的新RAIM方法

在卫星导航系统各种应用场合中,漫反射多路径效应、通道一致性、大气 延迟改正模型不精确等多种因素将导致伪距观测量出现微小慢变偏差,使导航接收机的定位 精度下降。传统的接收机自主完好性监测（RAIM）方法基于单历元“快照”处理,检测性能 依赖于故障卫星伪距偏差,故在检测微小伪距偏差时存在局限性。提出了一种基于多历 元积累检测量的新RAIM方法,增大了积累后奇偶矢量的等效伪距偏差,提高了对微小慢变伪 距偏差的检测性能,同时还给出了估计与改正伪距偏差的方法。理论分析和仿真结果表明, 该方法积累10个历元即可显著改善对微小慢变伪距偏差的检测性能,经过伪距偏差改正后定 位精度提高。
     

基于卡尔曼滤波器残差的矢量跟踪完好性研究

针对接收机跟踪卫星导航信号时可能发生的各类故障,利用卡尔曼滤波器的残差观测量进行滤波,通常可以在不借助冗余观测量的情况下快速检测和隔离故障。建立软件接收机平台,利用卡尔曼滤波器进行导航信号的矢量跟踪,在跟踪环中模拟故障的发生并依靠残差序列滤波的方法检测并排除错误观测量。实验表明,在算法模拟的短时较大幅度干扰下,完好性监测方法可以快速检测并排除错误观测量对环路跟踪的影响,且无需冗余观测量。     

一种适用于动态姿态测量的换星方法

利用GPS双差载波相位能够进行高精度的相对定位,进而确定载体姿态.该双差模型要求解算过程中接收机对初始历元的可见星进行持续跟踪,因而在卫星"落下"和"升起"时,往往需要重新初始化,使得实际应用中定姿效率受到影响.本文基于单差裁波相位观测方程提出一种实用的换星算法,该算法通过动态调整待求的整周模糊度向量,能够有效地处理卫星的"落下"和"升起",以及参考星的变换,保证整个姿态测量过程中算法的连续性,最大程度地利用了所有时刻可见星的观测信息,进一步提高了姿态解算的精度,缩短了初始化时间,提高了解算效率,对于动态姿态测量系统的实际应用具有重要意义.实际测试表明,新的换星算法是有效的.     

基于非相干积累的微小伪距偏差RAIM方法研究

针对传统RAIM算法难以检测连续微小伪距偏差的问题,提出一种基于非相干积累的微小伪距偏差RAIM方法。该方法通过对多个历元时刻奇偶矢量的非相干积累,使得检测统计量的非中心参数增大,从而提高算法对于微小伪距偏差的故障检测概率。理论分析和仿真结果表明,该方法在历元累加数为10时,可以显著提高对微小伪距偏差的检测性能,其可检测最小伪距偏差值约为传统奇偶矢量法的1/3。同时,该方法无需判断伪距偏差符号,在伪距偏差快速变化条件下,也能有效检测出微小伪距偏差。     

基于UKF的GPS定位算法

针对EKF通过局部线性化方法处理非线性问题可能产生的精度下降问题,提出了用UKF进行GPS定位解算的方法.介绍了UKF方法的原理,分析了GPS伪距方程的线性化近似误差和定位精度的关系,并讨论了利用UKF进行定位解算的有效性.采用"当前"模型,利用伪距和多普勒观测量进行定位解算.利用Spirent GPS 模拟器和NovAtel差分定位系统及NovAtel接收机分别进行了仿真实验和现场实验.结果表明,当滤波器状态初值误差较大时,UKF与EKF相比有明显的优势.     

INS/GNSS紧组合导航系统故障探测与隔离的改进研究

在INS/GNSS紧组合中,GNSS伪距和伪距率信息的可靠性检验是系统容错设计的关键。目前的思路都是基于整个系统的,对组合卡尔曼滤波的新息进行χ~2检验,无法确定故障发生位置。本文尝试在运用GNSS观测信息之前加入故障探测与隔离模块,采用将w-检测法与χ~2检验法结合的故障识别算法。相比于单纯的χ~2检验法,该方法能进行故障星的定位,选择可靠的伪距、伪距率组合,有效保证后续滤波结果的可靠。经实测数据仿真验证,该算法能有效识别故障星,选出正确的伪距、伪距率组合进行组合导航。     

GNSS接收机加权RAIM算法研究

针对接收机使用加权最小二乘定位算法时的故障检测与识别问题,对加权RAIM算法进行了研究。首先,给出了一种卫星权值的计算方法,指出其主要取决于卫星星历误差、电离层延迟误差和对流层延迟误差。然后,通过在构造统计量时加入权值矩阵,得到加权RAIM算法的故障检测和故障识别模型。最后,基于BDS试验数据,对比验证了传统不加权RAIM算法和加权RAIM算法的性能。试验结果表明：故障检测方面,加权RAIM算法的性能与故障卫星的权值有关,而故障识别方面,两种方法性能相同。     

GPS不完整星座定位方法研究

为了提高钟差预测模型辅助接收机定位解算的效果,从灰色系统的角度对接收机钟差序列进行探讨,提出了基于灰色理论的钟差预测模型。文中首先给出了新模型的基本思想和具体实现步骤,然后将基于该模型的钟差预测值引入到GPS接收机中,辅助接收机在不完整星座条件下实现定位解算。基于GPS实测数据的验证分析表明,新模型不仅对钟差序列具有很好的预测效果;而且提高了接收机定位的连续性和可靠性,在仅有3颗卫星的条件下可以实现三维定位。同时,新方法无需增加额外设备,辅助方式简单方便,经济灵活。     

The clock-aided RAIM method and it's application in improving the positioning precision of GPS receiver

The prediction precision of receiver clock bias (RCB) is an important factor in influencing the receiver autonomous integrity monitoring (RAIM) method augmented with it and improving GPS receiver positioning precision. According to the characters of the RCB series, a new prediction model in discrete grey form is presented in this paper, and then the initial value of the model is determined by establishing unconstrained optimised formula. The prediction model is utilised to augment RAIM method in order to identify faulty satellite and improve the positioning precision of GPS receiver. Experimental results show that the prediction model is fit for predicting the RCB series, and the RAIM method aided by it is feasible. The auxiliary RAIM method can not only enhance the efficiency of identifying faulty satellite, but also improve the positioning precision of GPS receiver obviously.     

精密卫星钟差分形插值算法研究

研究发现精密GPS卫星钟差时序满足三阶平稳假设,由此提出了计算卫星钟差分形维的多阶分形变差法,进而提出了基于分形维确定垂直比例因子的精密卫星钟差分形插值算法。将新方法应用于2010年8个节气日的32颗GPS在轨卫星钟差分形维计算,并选取Block IIA、IIR和IIR\|M各2颗卫星进行钟差插值精度比较。结果表明,分形维可作为定量描述卫星钟差动力学特征的不变量指标;分形插值算法优于三次样条和切比雪夫算法,可以满足快速与高采样率精密卫星钟差应用需求。     

GPS/INS紧组合系统导航性能研究

为了提高组合导航的精度和抗干扰性,采用了直接利用GPS接收机原始测量信息（伪距、伪距率）的紧组合方式,详细推导了该组合导航系统的模型,根据全球定位系统（GPS）的误差模型及惯性导航系统（INS）在地固系中的误差方程,以伪距差为量测输入,设计了GPS/INS组合导航系统的卡尔曼滤波器。仿真结果表明,该组合方法可以充分利用GPS的信息修正INS的导航误差,与此同时,INS可以辅助GPS重新快速捕获卫星信号,满足一定的导航精度需求。提高了组合导航系统的容错性,对各种载体的精确导航与制导具有一定的现实意义。     

伪距测量的概念、定义与精度评估方法

伪距是卫星导航系统的基本观测量,伪距的测量精度直接决定了系统的导 航定位精度。从伪距测量的基本概念入手,给出了伪距、钟差、真距（传播时间）、设 备时延、观测时刻等基本物理量的定义及其相互间的关系,探讨了设备时延测定与伪距测量 精度评估的方法与技术状态设置等问题,并给出了几点结论与建议。
     

一种超静平台主动指向容错控制方法

针对超静平台主动指向控制中的作动器故障问题,提出一种超静平台主动指向容错控制方法。首先,基于超静平台的一般动力学模型,推导用于指向控制的解耦模型和标准解耦矩阵,将超静平台由高度耦合的复杂多输入多输出系统变为多个相对简单的单输入单输出系统,有利于控制器的设计和容错控制方法的引入;在此基础上,针对作动器的故障问题,提出指向控制重构策略,并建立新解耦矩阵;进一步,提出基于解耦矩阵条件数最小的冗余自由度选择方法;最后,进行了数值仿真分析。仿真结果表明：基于冗余自由度最优选择的主动指向容错控制方法能够最大限度地减少作动器故障对超静平台主动指向控制效果的影响。     

星载GPS接收机RAIM算法性能及参数影响分析

为提高星载GPS接收机的故障鉴别与故障隔离能力,研究了星载接收机自主完好性监测(RAIM)算法的性能,以及参数选取对性能的影响;给出了RAIM算法的可用性及RAIM算法应用的可靠性衡量指标,并推导了内、外灵敏度的计算方法。设计了2种适合于高动态在轨应用环境的参数场景,并基于这2种场景,利用在轨数据分析了性能之间的相互制约关系及不同参数对性能的影响。仿真结果表明:若定位告警门限取300m,可以保证90%的RAIM算法可用性;对于20m的测量误差,能够保证80%的检测概率。将不同性能与先验参数的影响关系具体化,可为不同环境、背景下RAIM算法在工程应用中的参数选取及性能评估提供参考。     

基于奇异值分解的冗余惯导系统故障诊断

为了验证奇异值分解法（SVD）存冗余惯性组件系统故障诊断中的实用性，进行了一系列的研究。以沿正十二面体对称侧面配置的六陀螺冗余惯件组件为平台，对2种基于奇异值分解的故障诊断方法进行了相心的实验，分析了不同类型故障下的故障诊断效果及其原因。实验结果证明了方法在实际应用中的有效性，2种疗法均可以正确的诊断出故障。奇异值分解法中的方法2不仅可以检测一个陀螺的故障，还可以检测2个陀螺同时发生故障的情况，有更广泛的实用价值。     

基于增强型DGPS高精度星间相对定位的样条方法

用传统的差分GPS（DGPS）方法确定分布式SAR的星间相对位置，可能存在：（1）卫星的高速运动可能导致GPS接收信号的信噪比过低，进而造成可用信号数目无法达到正常解算的要求；（2）传统状态估计方法的精度不能满足要求。为解决上述问题，提出了一种基于增强型DGPS的相对定位样条方法，即在GPS测量的基础上，增加星间伪距测量，并结合待估参数的连续特性，建立了相对定位的样条模型，最后利用最小二乘进行参数估计。仿真结果表明：该方法的相对定位精度比相对传统方法大约提高了3倍。最后的理论分析验证了仿真的正确性。