最差用户位置算法研究与仿真分析

在计算Galileo卫星导航系统空间信号误差(SISE)、空间信号精度(SI-SA)和空间信号监测精度(SISMA)时需要用到的一个关键参数——最差用户位置(WUL)。WUL表示空间信号的轨道误差在卫星覆盖域内所导致的伪距误差最大的位置,WUL的确定可以帮助系统向用户提供正确可靠的SISA、SISMA和完好性标志(IF)等完好性信息,对提高系统的可靠性和可用性具有非常重要的意义。WUL的算法主要有两种:临界圆法和网格搜索法。详细介绍两种算法的基本原理与计算流程,比较两种算法的结果,并基于全球和区域完好性监测的概念对二者进行分析评价。     

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。     

BDSBAS完好性保护级分析与研究

选取中国地壳观测网(CMONOC)的参考站中的25个站点,作为基于北斗系统的星基增强系统(BDSBAS)地面参考站;对用户差分距离误差(UDRE)和格网点电离层垂直延迟改正数误差(GIVE)的算法进行研究;利用接收机接收的北斗数据,分析与研究了中国及邻近区域的完好性保护级及完好性可用性覆盖范围。结果表明:利用所提出的方法,至少95%时间可用时,整个中国区域100%满足LPV进近对完好性保护级的要求,部分区域满足LPV-200进近对完好性保护级的要求。由此验证BDSBAS在中国建设的可行性,对在民航中的应用提供了参考。     

多星座组合导航系统自主完好性监测方法研究

提出一种“VGC BIT”的方法分析多故障情况下多星座组合导航系统的自主完好性监测性能。该方法基于现有GPS观测数据构建“准现实”的GPS/Galileo组合导航环境,可有效实现对多故障情况下GPS/Galileo组合系统完好性监测性能的分析。应用该方法计算GPS/Galileo组合导航系统中同时存在1~4个故障时的故障检测(FD)和排除(FDE)可用率。计算结果表明,在北京和上海两地,即使出现分布情况最坏的4个故障星,航路阶段FD和FDE的可用性仍大于99%。     

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。     

基于抗差估计改进的GNSS/INS组合导航完好性监测方法

在卫星/惯性(GNSS/INS)组合导航系统中,针对基于残差检测的完好性监测算法对于缓变误差检测效果不佳,以及自主完好性监测外推(AIME)法存在检测时延的缺陷,提出了一种基于抗差估计改进的完好性监测方法.该方法在AIME法的基础上,通过定义标准化残差,引入三段权函数抗差估计对AIME法进行改进,并设计了一种调节准则,实现在不同情况下采用不同的检测方式.最后通过搭建仿真平台对所提方法进行验证,仿真结果表明,该方法可有效降低组合导航系统完好性监测的误警率和告警时间,提高卡尔曼滤波估计精度和组合导航系统对缓变误差的检测性能.     

IMT系统完好性监测算法介绍

文章详细介绍了斯坦福大学GPS实验室的完好性监测测试平台（IMT）的系统结构、所涉及的完好性监测算法以及对这些算法所进行的综合处理,最后得出完好性标识,播发给用户,可对我国的卫星导航系统完好性监测系统研究与设计提供参考。     

卫星定位导航系统中各因素对D-R定位算法精度的影响

D- R定位算法在理论上可以用于定位。在实际工作中 ,用户的定位精度是进行定位时首先需要考虑的问题。文中主要讨论 D- R算法本身固有的定位误差。首先根据 D- R算法的定位公式推导出算法的精度误差因子。然后根据卫星定位导航系统的工作过程 ,确定了影响用户定位精度误差因子的因素并对这些因素对精度误差因子的影响进行了计算机仿真。仿真结果证明 D- R定位算法在一定条件下可以满足用户对定位精度的要求 ,用户精度误差因子可与现有的 GPS系统相当。     

一种惯性辅助卫星导航系统及其完好性检测方法

针对传统的卫星导航/捷联惯导(GNSS/SINS)紧耦合组合系统中SINS测量影响所有的观测量,以及SINS故障不能被隔离的缺点,给出了一种新的惯性辅助卫星导航紧耦合组合结构及其完好性检测方法.设计了紧耦合系统结构和卡尔曼滤波器,将SINS测量转换为虚拟伪距,作为GNSS伪距测量的扩展,并设计了基于滤波新息的残差检验法(RCTM)和自主完好性检测外推法(AIME)来进行完好性检测.该紧耦合方法可以通过虚拟卫星的选择降低几何精度因子,在提高导航精度的同时便于完好性检测.仿真结果表明惯性辅助卫星导航新方法可以有效地提高导航精度,RCTM法对于阶跃故障和快变的斜坡故障检测是非常有效的,而AIME法对于慢变的斜坡故障检测具有更好的性能.     

基于超快精密星历的空间信号完好性监测算法

针对北斗卫星导航系统空间信号完好性监测问题,提出一种新的基于超快精密星历的空间信号完好性监测(UPSIM)算法。通过将超快精密星历与广播星历之差映射到用户方向求取空间信号监测阈值,建立了数学模型,并采用北斗卫星导航系统超快精密星历进行了算法验证。实验结果表明,采用UPSIM算法可以实现接收机端空间信号完好性的实时监测和预测,并有效识别卫星空间信号故障。     

GPS在未来十年中的进展

讨论了今后十年对GPS系统的性能改进,并探讨了这些改进对系统性能的影响。1996年3月发布的总统政策指令(PDO)称:“在十年内将取消选择可用性(SA)问题”。过去已在此方面做出努力,将第二个民用频率用于Block ⅡF卫星。此外,还正在进行一项名为“GPS现代化工作”或GPS Ⅲ计划,以验证未来GPS性能改进。最后,空军处于改进“控制部分”的过程之中,包括精度改进优先权(AII)。这些对GPS的性能改进与先进的、在未来十年中有望得到进一步开发的用户设备将在精度、完整性和可用性方面得到显著提高。例如,取消SA问题不仅提高了GPS定位精度,还大大改变了综合监控算法的可用性性能,如接收机自主综合监控(RAIM),提高了故障探测与排除(FDE)的能力。对控制部分的改善也将提高GPS的总体性能。这些性能已改善的GPS将足以在十年内成为独立应用的全球导航卫星系统(GNSS)?在许多用途中,这一问题的答案是肯定的:对于其他所要求的用途,GPS仍将需要扩充。本文叙述的这些扩充要比预想的简单得多且成本低廉得多。     

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。     

Galileo系统在空间飞行器定位中的应用

欧洲的Galileo系统将在2008年建成，届时它将与美国的GPS系统相互补充。在对Galileo系统导航星座轨道和信号结构分析的基础上，结合各种不同轨道高度的空间飞行器用户的动态特点，推导了用户卫星接收天线的可见可用性模型，建立了基于Galileo坐标系统(ITRF-96)的高动态定位算法模型，针对实际航天工程任务的LEO和GEO卫星进行了定位仿真，为Galileo系统在空间领域的实际应用打下了基础。     

全球卫星导航系统的脆弱性及其缓解办法

全球卫星导航系统(GNSS)是全球范围内的定位及授时系统,它包括一个或多个卫星星座、用户接收机、系统完好性监视系统及其他增强系统(如GBAS,SBAS等)。GNSS是对卫星导航系统的统称,如GPS、GLONASS、GBAS、SBAS、GALILEO等,若不特殊指明,则都统称为GNSS。目前,GNSS正在全球崭露头     

多系统卫星导航接收机自主完好性监测

针对多系统卫星导航接收机自主完好性监测的现实需要,在传统的奇偶矢量法的基础上提出一种新的基于加权奇偶矢量法的自主完好性监测算法。加权奇偶矢量法克服了不同系统间由于测距均方根误差不同造成的RAIM算法性能下降,算法综合考虑各系统间测距均方根误差不同的实际情况,对测距误差进行归一化处理,大大提高了多系统卫星导航接收机RAIM算法对测距均方根误差较小卫星的敏感度。经过Monte-Carlo仿真证明,算法能有效抑制系统虚警和漏检情况的发生。     

GPS伪随机码畸变的建模与分析

建立了全球卫星定位系统(GPS)卫星C/A码畸变数学模型,推导了畸变后的C/A码的相关函数,在Matlab软件中进行仿真。结果表明:该模型能合理解释SVN19卫星的测距码畸变故障,并可作为未来伪随机信号畸变的一个合理模型,为导航信号的完好性监测提供理论支持。     

多星座组合导航自适应联合卡尔曼滤波算法研究

针对多星座卫星组合导航,提出了一种自适应联合卡尔曼滤波算法,采用描述机动载体运动的“当前”统计模型,直接从各卫星导航系统接收机输出的定位信息入手,将各种误差因素的影响等效为一个总误差,建立一种动态定位的自适应卡尔曼滤波模型。为了进一步提高滤波器的动态性能,通过引入调整系数、加权因子和自适应调节量对自适应滤波算法进行了改进,并分别对GPS、GLONASS和GALILEO系统设计了自适应子滤波器,然后采用联合滤波算法对各个子滤波器进行数据融合处理,最后对GPS/GLONASS/GALILEO组合导航系统进行了仿真验证,结果表明,该算法增强了滤波器的跟踪能力,改善了滤波效果,提高了定位精度。
     

导航卫星钟完好性监测发展研究

随着全球卫星导航系统研究的深化，完好性已经成为其重要的性能指标。卫星钟作为导航卫星的核心部件，其完好性与用户的安全息息相关。针对导航卫星钟的完好性监测，通常有两种方法，分别是以星基增强系统(SBAS)和地基增强系统(GBAS)为代表的地基监测和卫星自主完好性监测(SAIM)。地基监测发展较早，但其固有缺陷是信号经多次星地传输造成的时延较长，这使卫星钟故障无法及时告警，只有通过与卫星自主完好性监测相结合才能满足目前越来越高的完好性需求。在分析研究目前卫星钟完好性监测的发展现状的基础上得出，卫星自主完好性监测是未来导航完好性发展的一个重要方向。在这之中，将星间链路观测与卫星主备钟差观测结合处理，可以实现卫星钟故障的快速监测并降低告警风险，是未来卫星自主完好性监测的发展趋势之一。     

基于SINS/BDS的抗差组合导航技术研究

无人车在城市峡谷环境下,BDS卫星信号易出现干扰或拒止、惯组易受到震荡输出野值,此时导航系统会出现较大误差。针对此状况,本文提出一种基于SINS/BDS的组合导航抗差算法,重点分析了关于BDS卫星信号和惯组数据的有效性判断及异常状况下的处理策略,并在常规KF基础上加入了基于新息的方差匹配自适应滤波技术,可在线实时调整量测噪声大小以提升系统稳定性和鲁棒性,有效减小异常情况下的导航误差。最后进行了半实物仿真试验,验证了整个系统算法的可靠性和导航精度。     

基于ILLE和SVM的卫星执行机构系统故障检测与定位

针对某超高指向精度要求的卫星平台,采用增量式局部线性嵌入(ILLE)与支持向量机(SVM)结合的方法,研究系统配置的多组磁伺服机构的故障检测与故障定位技术。在分析执行机构故障模式以及故障影响的基础上,采用LLE算法实时提取并更新与故障相关的卫星姿态控制系统高维信息,对其进行降维及特征提取,实现执行机构系统故障检测。当检测到故障时,提取执行机构系统输入输出信息,利用支持向量机(SVM)方法进行故障定位。该方法无需采集离线数据生成样本集,直接利用卫星姿控系统产生的在线故障特征数据集进行故障检测,并能根据故障检测结果,有效地实现卫星姿控系统执行机构的故障定位。算例仿真结果验证了所提方法的有效性。