GPS伪卫星组合定位方法及在变形监测中的应用

针对GPS在城市高楼密集区、深山峡谷等区域所跟踪的可见星数目少且分布不佳导致定位精度下降,以及GPS系统本身在垂直方向定位精度较差的问题,提出GPS伪卫星组合定位新方法,利用伪卫星增强GPS技术提高定位精度。建立了GPS和伪卫星组合定位的观测模型,分析了伪卫星多路径效应的特点,给出了减弱伪卫星多路径误差的有效方法。对某大坝坝区的实测数据进行处理的结果表明,文中所提出的方法能有效地减弱伪卫星多路径效应产生的误差,GPS和伪卫星组合定位方法提高了系统的定位精度,特别是垂直方向的精度。     

基于Bancroft算法的GPS动态定位非线性滤波法

由于系统线性化时存在忽略项,扩展卡尔曼滤波成为一种次优的梯度下降算法.当滤波方程病态时,求解存在发散倾向,且估计量为有偏的,而非最优估计.即使动态系统噪声为高斯噪声时,残差也不是高斯噪声.在伪距定位中,由于线性化后的伪距方程是局部解,这有可能丢失正确解值.针对GPS动态导航扩展卡尔曼滤波定位问题,基于美国Bancroft的全局性非线性"闭合式求解"最小二乘算法(Bancroft算法),本文提出一种闭合式GPS非线性代数解的卡尔曼滤波法(两步算法).该方法将GPS滤波问题中的空间与时间分离,较好地解决了非线性GPS动态定位求解问题,且获得稳定可靠的动态定位解.     

GPS+BDS组合的实时定轨技术

为了改善卫星几何分布,提高低轨（Low earth orbit, LEO）卫星实时定轨的精度与可靠性,提出了北斗卫星导航系统（Beidou navigation satellite sy stem, BDS）与全球定位导航系统（Global positioning system, GPS）组合模型。组合模型基于加权最小二乘法（Weighted least square, WLS）,利用伪距观测量建立观测模型,实时估计LEO卫星位置。目前,LEO卫星尚未装备星载BDS+GPS双模接收机,为验证算法可行性,利用GPS/BDS卫星星历文件与STK软件仿真生成实验数据。实验结果表明,BDS+GPS组合模型较GPS系统模型精度至少提高26%。     

余度MEMS-IMU/GPS组合导航系统

对采用余度配置的MEMS-IMU/GPS组合导航系统进行了研究。分析了微小型组合导航系统的特点和误差模型,针对惯性/GPS伪距组合导航模式下,卡尔曼滤波器需要对量测方程线性化的缺点,提出了基于改进平淡粒子滤波的滤波算法。该算法采用权值控制参数决定粒子是否进入平淡卡尔曼滤波器,有效降低了滤波计算量,并和UPF算法精度相当。研究表明,改进平淡粒子滤波算法对系统性能有明显提高,在GPS信号受到遮挡、暂时不可用的情况下,具有较好的抑制误差作用,适合余度微惯性/GPS组合导航系统的应用。     

基于平均相关算法的北斗B2信号快速捕获

以最新公布的北斗B2频点卫星导 航信号为研究对象,针对捕获过程中采样点数过多,计算量大引起的软件接收机捕获速度慢 、不易于硬件实现的缺点,在对传统的并行码相位捕获算法的研究基础上,根据北斗B2信号 的特点提出了一种基于改进的平均相关算法的快速捕获方法。该算法通过平均采样将相关运 算的点数由11 428降至2 048,由于平均采样过程中,叠加的采样点数没有跨越符号位,因此 不会引起信号能量的损耗,采用了最大峰值和次大峰值的比值(Peak-to-peak radio, PPR) 对该算法的捕获性能进行量化分析。利用 仿真信号源对算法进行验证,实验结果表明,该算法和传统的捕获算法相比,两者捕获灵敏 度基本相同,但前者的运算量减少了近一半,而且2 048点快速傅里叶变换（Fast Fourier transform, FFT)比11 428点FFT更利于硬件实现,因此有助于满足软件接收机对实时性的要求。     

伪距差分GPS的一种改进方法(英文)

在采用伪距差分的全球定位系统(GPS)中,分析了电离层时延校正不完善而产生电离层时延伪距残差的原因,指出了差分参考站和用户相对于导航卫星位置不同,引起了电波穿越电离层处的垂直TEC和角度不同是产生这种残差的主要原因,提出了一种改进的伪距差分算法,并且用计算机仿真验证了其改进的效果.     

单历元确定GPS整周模糊度的分析

介绍一种单历元确定GPS整周模糊度的方法。首先利用双频P码伪距（或高精度C／A码）和相位观测值的单历元数据确定GPS相位观测值宽波模糊度，进而确定L1，L2模糊度的算法，通过实例计算分析宽波本身的计算精度、确定方法和基线解精度，对于根据宽波基线获得的L1，L2模糊度解的精度也进行了分析，表明在宽波模糊度确定后，L1，L2模糊度解可以较容易地得到。因此这一方法可应用于高精度GPS动态定位中。     

基于U-D分解滤波的GPS动态用户导航算法研究

本文将数值稳定性好、计算量小的序列U-D分解滤波算法应用到状态方程为线性、观测方程为非线性的GPS动态用户导航系统中。文中建立了高动态用户数学模型,推导了以伪距为观测量的系统测量方程。在给定飞机航迹的情况下,对系统进行了数字仿真。仿真结果表明,U-D分解滤波算法能更有效地适合动态用户GPS导航系统。     

飞机调姿测量点的激光跟踪仪可视化定位

飞机部件装配过程中调姿测量点的可视化定位是实现飞机自动化装配的重要部分。可视化定位系统是由高清摄像头和激光跟踪仪两部分组成。本设计基于OpenCV软件对摄像头采集的视频流进行图像处理,在摄像头视野中自动搜寻目标靶点位置信息,对目标点进行交互式选定。再经过图像处理过程提取出激光光斑,得到光斑像素坐标,由激光跟踪仪进行激光的跟踪控制,采用逐次逼近算法将激光点跟踪到目标点。     

基于星载GPS双频观测值的简化动力学定轨方法

论述了基于低轨卫星星载GPS双频观测值的精密单点定位技术的简化动力学定轨方法的数学模型,分析了简化动力学定轨中的关键问题--伪随机脉冲的设置问题及其对定轨精度的影响.最后结合CHAMP卫星实测GPS数据,利用简化的动力学定轨方法对CHAMP进行定轨.算例结果表明,伪随机脉冲的设置可以有效吸收力学模型误差的影响,因而定轨精度较稳定.根据一个星期的CHAMP星载GPS跟踪数据计算的CHAMP轨道,同德国慕尼黑工业大学TUM计算的CHAMP轨道相比,均方根误差(RMS)在10 cm以内.     

惯性速度辅助下GPS／捷联惯导组合系统性能研究

ＧＰＳ／惯性导航组合系统目前正得到越来越广泛的应用，但ＧＰＳ接收机载波环失锁时，码环的速率辅助信息来自惯导系统，由于惯性速度的不精确性及伪距测量误差和它之间的相关性，将可能导致组合系统工作的不稳定，本文根据码环的工作特性，在组合卡尔曼滤波器中考虑了码环的跟踪误差，利用ＧＰＳ／捷联惯导组合系统的导航性能，结果表明，ＧＰＳ／捷联惯导组合系统中，若消除了伪距测量误差与惯性速度误差之间的相关性，将可较显著     

无人机简化配置控制技术研究

提出了一种仅采用垂直陀螺和GPS的简化配置控制方案，形成了无人机飞行控制系统常用的俯仰／滚转控制回路、高度控制回路和航迹控制回路。由于GPS信号更新率(1Hz)较低，利用无人机运动学之间的内在关系,给出了高度、航向、位置反馈信号的融合算法。这些反馈回路的控制增益均采用改进的输出反馈LQR设计技术,该技术简化了权矩阵的选择。对比研究表明，对于自身稳定性较好的无人机，该简化配置方案能够实现姿态控制、高度控制和航迹控制。     

Weak GPS L1 Signal Acquisition Based on BPDC

It is difficult to achieve accurate acquisition of weak global positioning system（GPS） signals with traditional methods. A weak signal acquisition strategy based on block processing and differentially coherent （BPDC） is put forward after analyzing the advantages and disadvantages of coherent and non-coherent integration algorithms. Code phase parallel search of the pre-coherent integration is conducted by using fast Fourier transform（FFT）, and the results are then differential coherent processed and block processed. BPDC method reduces computation cost compared with coherent and non-coherent（CNC） algorithm. The performance of the two algorithms is also compared based on simulated signals. The result shows that the noise suppression effect of BPDC algorithms is superior to that of traditional CNC algorithm, and the superiority of BPDC is more apparent with the reduction of carrier to noise ratio （CNR）. In the case that the pre-coherent integration length is 4 ms and CNR is reduced to 28 dB-Hz, CNC algorithm cannot yet acquire signal correctly while BPDC has well acquisition performance. Therefore, for weak GPS signal acquisition, BPDC algorithm can acquire the signal with lower CNR and has better acquisition property.     

面向货物运输的移动平台设计与无人直升机追踪控制

由于无人直升机具有垂直起降、机动性好的特点，使其可用于移动平台之间的货物运输，因此，提出了无人 直升机跟踪移动平台的货物运输方法。设计了一套用于无人直升机追踪实验的动平台，动平台上可放置物品，无人直升机在追踪动平台过程中同时完成物品的拾起和码放。动平台系统由移动小车平台、运动控制器、引导装置以及地面监视软件等组成，采用MEMS-SINS/GPS组合导航系统作为引导装置的核心部件，完成对移动小车平台的位置和速度估计。提出了由单点GPS测量点提供多个目标点位置的方法，可使无人直升机方便快捷地知道需要拾起和码放物品的目标点。设计开发了一套操作简便、显示友好的地面监控软件，辅助移动平台正常运行，能有效监控引导装置与无人直升机的通信。     

DESIGN & REALIZATION ON GPS/INS INTEGRATED NAVIGATION SYSTEM

讨论了应用卡尔曼滤波器的ＧＰＳ／ＩＮＳ组合导航系统，其中包括理论、方案与实际的ＩＮＳ和ＧＰＳ接收机的结合，研究的重点是对系统误差的建模及组合的实现，以及松组合和紧组合等各种组合方式等。该ＧＰＳ／ＩＮＳ组合导航开发系统，可以有效和经济地用于组合导航系统的研究和设计，在实际应用中起到了非常有效的作用。该系统不仅仅是一个计算机辅助设计软件，而且可以对实际获得的惯导和ＧＰＳ数据进行半物理仿真。开发系统的核心软件可以方便地转换成实际组合系统中的工程应用软件。应用结果表明，开发系统的设计思想和组合方案是成功的，可以取得良好的导航结果。     

机载光电跟踪系统基于遗传算法的模糊控制器优化设计研究

分析了机载光电跟踪系统的构成，并对机载光电跟踪系统的最主要成部分－陀螺平台框架系统设计了基于GA（遗传算法）的模糊控制器，由于遗传算洒可以搜索整个空间，不易陷入局部最优解，不受搜索空间的限制性假设的约束，因此本文通过遗传算法对模糊控制器的控制规则，参数以及量化因子和比例因子进行了优化，在对模糊控制器设计的过程中，为了提高模糊控制的精度并加速遗传算法的收敛速度，还采用了变论域的方法，通过对系统详细的仿真研究，验证了基于GA的模糊控制器设计的良好控制效果。     

基于VS-IMM算法的A-SMGCS场面运动目标跟踪

为实现先进场面运动引导控制系统中场面监视雷达对运动目标的跟踪,研究了将变结构交互式多模型(Variable structure interacting multiple model,VS-IMM)算法应用到该系统中。首先,根据飞机的真实运动情况建立了飞机的匀速运动、匀加速运动和匀速转弯运动模型;然后,针对固定结构交互式多模型(Fixed structureinteractive multiple model,FS-IMM)算法在目标跟踪方面的不足,结合机场地图,将VS-IMM算法应用到机场场面运动目标跟踪中;最后,基于扩展卡尔曼滤波将VS-IMM算法与FS-IMM算法进行仿真比较。结果表明:VS-IMM算法的跟踪精度及模型选择均优于FS-IMM算法,VS-IMM算法在场面跟踪方面具有更大的应用价值。     

BeiDou B1I/B3I Signals Joint Tracking Algorithm Based on Kalman Filter

Dual-frequency satellite positioning receivers are widely used because they can eliminate ionospheric delay and solve the full-circumference ambiguity quickly. However,in traditional dual-frequency receivers,the relevance of dual-frequency signals are not considered,and,with no improvement imposed to the tracking loop,two independent tracking loops are used to achieve the tracking of dual-frequency signals. In this paper,the Bei Dou dual-frequency signals joint tracking algorithm based on Kalman filter is proposed for the tracking of Bei Dou B1I and B3I dual-frequency signals. Taking the relevance of B1I and B3I signals into consideration,the algorithm adds a Kalman filter between the phase detector and carrier loop filter of the traditional dual-frequency independent tracking loop. The output results of the phase detectors of the B1I and B3I branches are then combined and filtered by the Kalman filter,and the results are input to the carrier loop filters of the corresponding branches. Proved by experiments,the algorithm not only enables the loop to enter a stable tracking state quickly,but also reduces the noise bandwidth of the two loop filters by about 10 Hz with the same tracking performance obtained.     

基于粒子滤波和似然比的接收机自主完好性监测算法

由于粒子滤波算法在处理非线性系统非高斯噪声问题具有较大的优势,提出将粒子滤波算法与对数似然比方法有机结合应用于接收机自主完好性监测(Receiver autonomous integrity monitoring,RAIM)中。通过粒子滤波算法对状态进行精确估计,利用对数似然比建立一致性检验统计量进行故障检测。在建立全量累加对数似然比和部分累加对数似然比检验统计值的基础上,通过比较系统各状态累加对数似然比和检测阈值之间的关系,进而对卫星故障进行检测。对算法进行了数学建模,描述了RAIM算法流程。通过实测数据对提出的RAIM算法进行验证,结果表明:粒子滤波在非高斯测量噪声情况下可以对GPS接收机状态进行精确的估计,利用对数似然比建立的一致性检验统计量能有效地检测并隔离故障卫星,验证了该算法应用于接收机自主完好性监测的可行性和有效性。     

TDMA扩谱通信系统中精同步的实现与性能分析

扩谱通信中一个最基本的任务就是实现本机的伪随机信号与接收的伪随机信号的同步。本文讨论了一种新的精同步方法,这种方法不同于目前常用的延迟锁定环和τ-抖动环,它采用了声表面波(SAW)卷积器作为接收机的可编程匹配滤波器,利用相关峰位置偏移而得到了本机时钟脉冲的相位调整,从而解决了一类时分多址(TDMA)传输突发信息符号的扩谱通信系统的精同步问题。文中概述了两种精同步的方法,分析和计算了它们的同步性能,并给出了一种同步方法的实验结果和数据。