利用几何约束快速求解整周模糊度

本文以GPS载波相位测量确定载体姿态的应用为背景，针对其中的关键技术问题－载波相位整周模糊度的快速解算，提出了一种充分利用卫星与基线之间几何约束来压缩搜索空间，快速得到正确的双差模糊度组合的方法，并通过对ADUⅡ接收机采集的原始数据进行处理，其结果证明这的确是一种行之有效的模糊度搜索方法。     

GPS载波相位在大型载体姿态测量中的应用

本文针对舰船等大型栽体的姿态测量，采用GPS载波相位双差测量法来确定载体的姿态，应用载波相位确定栽体的姿态需要解决的关键问题是整周模糊度的确定。文中利用空间几何关系，来压缩模糊度的搜索空间，以加快模糊度的解算速度。通过静态和动态试验对文中的方法进行了检验，在静态用3．48米长的基线其偏航角精度优于0．06度，动态时用3．48米长基线来验证了算法的正确性。通过试验该测姿系统在实时性、精度、可靠性等方面能满足精确定姿要求，是实现动基座惯性导航系统快速初始对准的重要手段之一。     

GPS载体姿态测量中的LAMBDA方法研究

研究了采用双基线方案测量载体的姿态,利用 GPS载波相位干涉测量基线矢量,引入 LAMBDA法解算整周模糊度,由 CPU时间图可以看出这种方法能快速而准确地解算整周模糊度,对于实时姿态测量(RAD)系统具有很好的应用价值。     

利用GPS测量空间转移飞行器的姿态

在长时间的运行过程中,空间转移飞行器(STV)的惯性测量系统将积累过大的姿态误差。利用GPS可以对其姿态进行修正,以满足任务的需求。本文考虑了测量姿态的四种不同方法:推力矢量测定、差分GPS、相位时间三差和载波相位测姿。由于非常靠近空间站,空间转移飞行器上天线间隔的限制及相位时间三差求解需要很长的积分时间,我们选用载波相位测姿法。利用人马座顶上级代表空间转移飞行器的结构,载波相位的测量精度为0.2cm,本文证明了利用相位时间三差解初始的不对准误差对大部分飞行任务是可以接受的。GPS和高质量的惯性导航系统(INS)相结合,可以改进姿态测量方法,同时惯导系统还可辅助GPS接收机的载波跟踪环,保持载波相位的锁定。利用载波相位测姿法测量空间转移飞行器的姿态,至少要用4颗卫星。本文给出了一种选择有利卫星几何的几何方法。概括地讲,首先选择一颗最高仰角的卫星作为主星,然后在天线基线相反两侧选择低仰角的2#星和3#星,最后选择4#星,4#星远离其它3颗星,并且最好位于与基线垂直而不是包含基线的平面上。其目的是选择几何分布好的卫星,以便有良好的天线基线方位/俯仰灵敏度和良好的单位矢量差(GDOP)分布。本文介绍了对于一组卫星,一旦主星选定,如何从数学上计算方位/俯仰灵敏度。把方位和俯仰灵敏度及GDOP代入复合排序方程,以确定最佳的一个4颗星的星座,然后采用Magnavox研究的载波相位定位的算法,由这4颗卫星的载波相位,计算空间转移飞行器的姿态。     

基于预测滤波器的GPS姿态估计

采用预测滤波器,利用全球定位系统的双差相位观测量实现载体姿态估计。该方法对初值的选取具有鲁棒性,可以在天线和可见星较少的情况下快速收敛到姿态精确解。仿真结果显示,该方法的姿态估计结果可以与基于非线性最小二乘的姿态估计结果相比拟,且受初值的影响小;采用双差相位测量比采用单差相位测量可以得到更佳的姿态估计效果;当使用三基线的天线阵时,在飞行机动较大的情况下采用近似正交布局的天线结构可以更好地估计姿态。     

空间飞行器综合定轨与参数分析软件COMPASS的研发——动力学统计定轨程序compass的编写及调试

介绍了空间飞行器综合定轨与参数分析软件COMPASS的开发过程。软件的初级阶段目标是可以利用SLR观测对多颗激光卫星进行同时定轨、可以利用非差GPS观测对GPS星座进行同时定轨，并估计有意叉的地学参数。COMPASS的开发采取了由简到繁、循序渐进的技术策略，软件开发经历了这样几个主要过程：多星多技术定轨框架的建立。利用SLR观测确定GPS卫星的轨道，利用IGS的SP3轨道确定GPS星座的轨道，利用非差GPS伪距观测确定GPS星座的轨道，利用非差GPS伪距和相位观测确定GPS星座的轨道。激光卫星的定轨精度已经达到国际水平，可以用于提供国际服务（如IERSEOP；ILRS快速分析）；GPS定轨内符精度达到国际先进水平，平均外符精度好于30cm。     

一种GPS整周模糊度的解算方法

初始整周模糊度的求解是利用GPS载波相位进行测量的关键问题,文中提出了一种GPS整周模糊度快速解算方法。该方法：首先,对双差观测方程中指向卫星的方向阵进行QR分解;然后,通过比较估计出的基线长度和真实的基线长度建立起整周模糊度初始搜索范围;最后,综合利用快速剔除不合理模糊度解的检验方法以得到最终的模糊度解。文中对所提出的算法进行了理论推导,并进行了基于实测数据的实验与分析。实验结果表明,该算法计算量小,快速准确,适合整周模糊度的快速动态求解。     

北斗三频载波相位组合与相对定位研究

通过分析北斗二代一期三频载波相位观测量间误差的相关性,提出基于解算不定方程求解特定波长和电离层延迟下噪声最优的线性组合系数;分析了不同类型组合观测量的误差特性,鉴于由不同原始载波相位观测量组成的各种线性组合在模糊度解算、电离层延迟修正等方面的优势,选择了三组宽巷组合作为中长基线模糊度解算的推荐方案。在此基础上,利用北斗三频接收机进行了4次40km范围内的静态基线相对定位试验,分析了北斗三频组合观测在中长基线情况下模糊度固定的效率和相对定位的精度。结果表明,推荐的三组宽巷组合方案至多需要5次测量即可准确固定模糊度;在10km范围内采用北斗单频测量的相对定位精度与采用三频组合测量的精度相当;超过20km之后采用北斗多频消电离层组合的相对定位精度明显高于单频测量,最多能够提高71.4%。     

带有加权基线长约束的GPS/BDS单历元姿态解算算法研究

研究基于GNSS信号的实时载体动态姿态测量算法具有重要意义,多频多模姿态测量算法是目前的研究热点和难点。本文提出一种基于GPS L1/L2和BDS B1三频点观测数据进行联合定姿的新算法,可实现单历元整周模糊度解算,且该算法对周跳不敏感,克服了单频点定姿可靠性差、精度低的缺点。针对多频多模观测时天线相位中心的差异性问题,采用基于加权基线长度约束和上下边界函数的方法实现整周模糊度搜索空间的压缩,提高了整周模糊度解算的效率。最后基于实际测试数据评估定姿精度,实验表明,采用L1/L2/B1三频点联合估计,航向角和俯仰角的精度可达0.1?/m和0.2?/m,比单频观测的精度高约2倍。     

提高导航精度的载波相位平滑伪距方法研究

本文推导了基于载波相位平滑伪距技术的SINS/BD组合导航公式并进行误差分析.结合北斗卫星伪距的无模糊度和载波相位的高精度的特点,在组合导航系统中采用北斗载波相位平滑伪距的方法提高导航的精度,最终对处理效果进行实验验证.验证了此方法提高组合导航精度的有效性.     

载波相位平滑伪距在GPS/SINS紧组合导航系统中的应用

针对GPS/SINS紧组合导航系统中伪距噪声大从而引起组合导航系统精度低的问题,提出了将载波相位平滑伪距方法引入到组合导航系统中,利用具有较高精度的载波相位对低精度伪距进行平滑滤波,在建立观测方程的同时,为了减小Kalman滤波器计算量,选用最佳4颗卫星的伪距与伪距率作为观测值,并提出了一种四面体选星法,该方法不需要进行矩阵求逆运算,减小了运算量。利用光纤陀螺捷联惯导系统与GPS接收机搭建了实验验证系统,通过车载实验对所提出的方法进行了验证,实验结果表明,经过载波相位平滑后的伪距噪声得到了降低,从而能够进一步提高GPS/SINS组合导航系统的定位精度,其位置误差均方根值相比无载波相位平滑减小近40%。     

基于自适应遗传算法的DGPS整周模糊度快速解算

 鉴于遗传算法(GA)所具有的全局搜索特性,也为了更快速准确地解算差分全球定位系统(DGPS)整周模糊度,将自适应遗传算法(AGA)引入DGPS整周模糊度的搜索中。首先根据全球定位系统(GPS)载波相位双差方程求解出双差整周模糊度的浮点解,并以基线长度作为约束条件确定整周模糊度的搜索范围;然后利用白化滤波的方法对整周模糊度进行降相关处理,降低整周模糊度各分量之间的相关性;最后将自适应遗传算法应用在整周模糊度的解算过程中,搜索整周模糊度的最优解。仿真计算结果表明,与LAMBDA算法和简单遗传算法相比,自适应遗传算法能够快速地求解整周模糊度,也具有较好的可靠性和鲁棒性。     

Relative positioning of multiple moving platforms using GPS

To obtain subdecimeter level accuracy in relative kinematic positioning, the use of double differenced GPS carrier phase measurement with carrier phase ambiguities fixed to their correct integer values must be adopted. If multiple platforms are available in the configuration, the redundancy provided by the multiplicity of platforms can speed up the time to integer ambiguity fixing while at the same time improve the reliability of the solution. An approach to effectively construct ambiguity constraints through the multiplicity of platforms is presented herein. The use of these ambiguity constraints to position multiple moving platforms with respect to each other is then discussed. A series of simulations and field tests are designed and conducted to investigate the effects of different system parameters on this approach, with a configuration of up to 10 moving platforms. The test results show that the use of ambiguity constraints can improve the time to integer ambiguity fixing by up to 67%, relative to the case when no constraints are used. In addition, the use of ambiguity constraints is found to enhance the ability of the multiple platform system to detect wrong ambiguity fixes.     

I: PRECISE ORBIT DETERMINATION AND GRAVITY FIELD MODELLING: Strategies for Precise Orbit Determination of Low Earth Orbiters Using the GPS

Considerable experience accumulated during the past decade in strategies for processing GPS data from ground-based geodetic receivers. First experience on the use of GPS observations from spaceborne receivers for orbit determination of satellites on low altitude orbits was gained with the launch of TOPEX/POSEIDON ten years ago. The launch of the CHAMP satellite in July 2000 stimulated a number of activities worldwide on improving the strategies and algorithms for orbit determination for Low Earth Orbiters (LEOs) using the GPS. Similar strategies as for ground-based receivers are applied to data from spaceborne GPS receivers to determine high precision orbits. Zero- and double-differencing techniques are applied to obtain kinematic and/or reduced-dynamic orbits with an accuracy which is today at the decimeter level. Further developments in modeling and processing strategies will continuously improve the quality of GPS-derived LEO orbits in the near future. A significant improvement can be expected from fixing double-difference phase ambiguities to integer numbers. Particular studies focus on the impact of a combined processing of LEO and GPS orbits on the quality of orbits and the reference frame realization. This revised version was published online in August 2006 with corrections to the Cover Date.     

Instantaneous GPS attitude determination

A procedure for instantaneous GPS (Global Positioning Satellite) attitude determination, i.e., a solution for the GPS integrated carrier Doppler wavelength ambiguities using only measurements at a single epoch, is described. Most previous techniques to solve the phase ambiguity problem have required some form of time history processing relying on GPS satellite and/or user motion to provide enough geometry change to eliminate false solutions. The algorithm described assumes three noncollinear antennas and integrated carrier Doppler measurements from four or more satellites. Double-difference processing provides at least three independent observables for the two antenna separation vectors to compute the three attitude Euler angles     

基于伪距/伪距率的组合导航系统仿真

在GPS／SINS组合导航系统的研究中,对基于位置,速度组合模式的研究相对成熟,而基于伪距,伪距率组合模式的研究相对较少。而基于伪距,伪距率的组合导航系统研究中又以协方差仿真居多,基于仿真数据和实测数据的研究更少。文章对基于伪距,伪距率的GPS／SINS组合导航系统进行仿真研究,建立了系统各模块的数学模型并进行Matlab仿真;然后,设定系统中各项参数,获得仿真数据;对同一组仿真数据进行基于伪距,伪距率和基于位置,速度的导航计算,并将计算结果对比研究。由实验结果可知：与基于位置／黻的组合模式相比,基于伪距,伪距率的组合模式具有更高的导航精度。     

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。     

基于伪距信息的COMPASS-MEO导航卫星单星定轨分析

COMPASS-MEO导航卫星的伪距观测量包含星站距离、接收机钟差和卫星钟差以及各种噪声。本文首先分析了接收机钟差和卫星钟差在一定间隔内主要表现为线性变化的特性,可以考虑将接收机和卫星钟差作为测距的偏差和偏差变化率和轨道一起进行求解。其次,利用实测的MEO导航单星伪距数据,进行了数据预处理和定轨试验,分别对站间无时间同步信息和有时间同步信息两种情况进行定轨、残差分析和参数解算。使用重叠弧段、轨道预报和激光观测数据验证定轨结果的精度。结果表明,两种情况下的定轨结果无明显差别。该定轨方法可以运用于MEO导航单星精密轨道的计算。     

双频双星座地基增强系统精度和完好性算法

针对单频单星座地基增强系统（GBAS）无法满足飞机III类精密进近与着陆导航性能需求的问题，提出了将北斗导航卫星系统（BDS）与全球定位系统（GPS）进行融合，构建一种新型的基于GPS/BDS的双频双星座GBAS。首先，分析了GBAS的工作原理，并对Hatch滤波器的误差进行了分析，给出了一种适用于双频GBAS的无码载偏离载波相位平滑伪距算法；然后，对机载完好性算法进行了研究，给出了H0和H1假设下的机载保护级计算方法；最后，进行了系统验证实验，实验结果表明，单星座GBAS不能满足飞机III类精密进近与着陆导航的性能需求，GPS和BDS融合后可见卫星个数得到提升，优化了卫星几何分布，进而使得系统的可用性由80.6081%提升到大于99.9999%。