不同GNSS的单站时差监测评估

随着GPS、GLONASS导航系统的不断完善和更新,以及后续GALILEO、BDS等系统的逐步建立,多系统组合导航成为GNSS当前研究热点。为了实现不同GNSS系统之间的兼容和互操作,准确确定不同系统间时差是关键。基于此,利用天宝R9多模双频接收机输出的GNSS观测数据、导航电文以实现监测GNSS系统的时差。由于国际计量局(BIPM)T公报缺少BDS相关数据,只对GLONASS和GPS实测的时差数据和BIPM T公报中对应的时差数据进行评估,统计了BDS、GPS和GLONASS三系统时差数据的最大值、最小值、均值、标准差、均方根误差。利用2016年1月到10月的连续时差数据进行时差监测评估,结果表明:GLONASS与GPS时差与T公报结果的残差标准差为4.28ns,北斗与GPS、GLONASS系统时差的标准差最优可达到4ns和5ns。     

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%。     

GNSS最优载波相位平滑伪距研究

平滑常数是影响载波相位平滑伪距精度的关键参数,实际数据处理时主要依据经验设定平滑常数。这种主观设定过程缺乏理论依据,无法达到最优平滑效果。针对此问题,以适用于实时GNSS载波相位平滑伪距的经典Hatch递推滤波算法为基础,在连续时间域上分析了载波相位平滑伪距误差的主要构成,给出了总误差估算公式,分析了平滑常数对平滑精度的影响传导机制。进一步,采用令平滑总误差最小为目标的极值法推导给出了最优载波相位平滑常数的计算公式,给出了最优载波相位平滑伪距的完整处理步骤。最优平滑常数算法在数学意义上最优,大幅压缩了伪距测量误差,又不会引入过大的电离层发散误差。通过两个实际算例,证明了算法有效性。     

GNSS双频导航信号用户完好性监测机制研究

用户完好性监测指标通常被用于衡量导航信息的可信度,针对单个卫星导航系统用户完好性监测指标过高、可用性较差的问题,提出一种全球导航卫星系统(GNSS)多系统双频信号联合完好性监测机制,该监测机制使用一定完好性风险分配值下的保护门限作为联合观测下的监测指标;另外,为了确保各种监测假设下的用户完好性,分别讨论了无故障及一颗卫星故障假设下的伪距观测误差获取、保护门限计算以及完好性风险指标分配等问题。仿真结果表明该用户监测机制可有效降低保护门限、提高可用性,在用于I类精密进近时全球大部分区域用户的可用性水平大于95%。     

5G微基站环境下GNSS接收机性能及观测质量分析

我国已全面进入5G时代，为研究5G微基站电磁环境对全球卫星导航系统（GNSS）接收机工作性能及观测数据质量的影响，基于自主建设差分基准站的零基线观测数据，采用静态相对定位方法，通过观测数据质量分析、载波与伪距的双差残差序列、对比相对静态定位结果，综合评估5G微基站对GNSS接收机工作性能及观测数据质量的影响。实验表明：当前环境下，GNSS差分基准站及接收机处于近距离建设的5G微基站时，载波相位观测噪声变化范围为5cm，伪距观测噪声变化范围为15cm，零基线测试结果变化范围为1mm。在实验距离内，5G微基站对于GNSS接收机工作性能及数据观测质量影响较小，可以忽略。     

局域增强系统级联双频平滑技术研究(英文)

针对电离层误差时间梯度和空间梯度对局域增强系统的不利影响,提出使用级联双频平滤波方法解决此问题。级联双频平滤波先使用一个双频平滑滤波器精确估计电离层误差,利用得到的估计值修正码伪距观测量中的电离层误差,再使用一个双频平滑滤波器削弱噪声。这样,电离层误差被完全从平滑过程中移出,由L2码观测量引入的附加的噪声也被压制。基于中国民航新航行系统实验室的局域增强系统测试平台所采集的数据对级联双频平滤波的有效性和基于级联双频平滤波的局域增强系统的精度进行了分析。结果表明级联双频平滤波技术可以同时消除电离层误差时间梯度和空间梯度导致的平滑滤波残差和差分校正残差,并具有较低的滤波噪声。     

Android智能手机双频GNSS伪距差分动态定位性能分析

随着智能手机全球导航卫星系统(GNSS)天线和芯片从单频单模向多频多模快速发展,基于其所衍生出来的位置服务(LBS)应用极大地便利了大众用户的日常生活.然而受限于低成本、低功耗的信号接收与处理单元,手机在无增强信息的情况下仅依赖伪距单点定位难以为用户提供稳定、高精度的导航服务.因此,基于小米8手机(Mi8)的GNSS双频原始数据,采用非组合的双频伪距观测值、载波历元差分观测值和多普勒观测值构建了滤波定位模型,并引入伪距差分数据,以提升手机定位的连续性和精度.在较复杂环境下开展了行人和车载实验,实测结果表明:双频定位精度与单频相比提升了15％～30％,伪距差分定位精度和单点定位相比提升了5％～20％,行人和车载双频伪距差分定位的平面位置误差分别为0.65m和1.03m,基本满足手机用户在城市复杂环境下的高精度定位服务需求.     

提高GPS单点定位精度的算法研究

简要分析了GPS伪距单点定位的误差以及多普勒观测值的误差,研究确定了利用多普勒观测值提高定位精度的可能性,建立了利用多普勒观测值来提高伪距单点定位精度的数学模型,并使用单纯形法对用户接收机的位置最优值进行搜索,从而给出有较高精度的定位数据。建立GPS仿真系统并进行了数值仿真,结果表明,该算法可以有效提高GPS单点定位精度。     

基于INS/GNSS紧耦合组合的逐步诱导式欺骗检测算法研究

传统惯性辅助GNSS欺骗信号检测方法对小于纯惯导误差漂移的逐步拉偏不敏感。针对这一问题,提出了一种基于INS/GNSS紧耦合组合的逐步诱导式欺骗信号检测方法。基于短时间内纯惯性导航结果和短时间惯导系统位置误差传播模型,利用惯导提供的位置和速度对伪距和伪距率时间序列进行预测估算,并结合伪距、伪距率实际测量结果,分别构造位置/伪距和速度/伪距率时间序列模型做参数拟合。基于真实信号得到的模型参数都是由惯导系统误差造成的,具有一致性;而基于逐步诱导式欺骗信号得到的模型参数还与欺骗策略的设定、载体飞行轨迹的观测以及干扰源的位置有关,具有不一致性。通过对比模型参数可判别欺骗信号的存在,对于真实信号,采用紧耦合组合导航修正INS输出;对于欺骗信号,继续惯性导航并采取相应措施。最后,根据逐步诱导式欺骗原理进行实验仿真,验证了算法的可行性和有效性。     

基于奇异值分解的接收机自主完好性监测算法

基于最小二乘法残差的接收机自主完好性监测（receiver autonomous integrity monitoring，RAIM）算法本质是一种基于伪距残差矢量的一致性监测算法，但由于残差矢量中各分量具有一定的关联性，掩饰了某些重要的不一致性信息。为了消除这种关联性，提出了一种基于奇异值分解的接收机自主完好性监测方法。在方法中利用奇异值分解对伪距观测矩阵中的观测系数矩阵进行分解，获得奇异值空间矢量和奇异值空间矩阵。基于奇异值空间矢量构造能够直接反映故障卫星偏差信息的检验统计量，从而可以简便地进行粗差监测，更好地满足完好性监测需求。鉴于实际中完好性故障包含运控系统故障、导航系统故障、信号传播异常以及地面接收处理故障等多类因素，以脉冲型和阶跃型两种故障方式进行基于奇异值分解的RAIM故障检测与识别，并开展仿真分析研究。结果表明，提出的方法能够正确检测、识别故障卫星，在特定参数下能够达到很好的故障识别率，即当误警概率设置为1×10-5/h、引入阶跃故障误差为25 m时，算法能够实现98.8%的故障识别率。     

GNSS接收机时间管理模型的设计与实现

为了满足卫星接收机对多个时间系统统一管理的需求,设计了一种适用于多系统GNSS接收机的时间管理模型,用于维持和处理接收机内部时间.详述了接收机时间初始化、维持、钟差估计的方法与修正策略.基于DSP6671平台对模型进行了实验验证,并分析了不同定位模式下的钟差变化特性,以及两种钟差调整策略对伪距、载波相位的非差和双差的影响.实验结果表明:该模型可通过两种方式修正接收机钟差,且对双差载波相位观测值不产生影响;能有效估计出顾及接收机端硬件时延的钟差.实验中,GPS、GLONASS和BDS三种模式下的钟差均值分别为-30.7ns、-72.6ns和-109.1ns.     

基于iGMAS的国家标准时间精密授时系统

UTC是国际标准时间.UTC(NTSC)是UTC的物理实现之一,是我国的国家标准时间,也是我国一切授时业务的基础.目前,广泛应用的GNSS授时精度可达10～50ns.随着现代信息社会的快速发展,数十纳秒的授时精度及事后处理的工作模式已无法满足需求.针对上述问题,设计了基于iGMAS的国家标准时间精密授时系统(PTS).PTS的基本原理为:服务端基于iGMAS平台生成实时轨道及以UTC(NTSC)为参考的实时卫星钟差,用户端结合实时产品及伪距、载波相位观测数据,解算本地钟与UTC(NTSC)偏差.此外,搭建了PTS原型系统并展开测试分析,测试结果显示,基于PTS原型系统,各用户站授时精度均优于1ns.与GNSS授时技术相比,PTS将授时精度提高了1～2个量级,且基于国家标准时间授时,成本低廉,易于实现,具有应用前景.     

GNSS实时卫星钟差估计在地震监测中的应用

为快速、有效地获取地震发生阶段震源周边地区站点的动态位移，为地震预警系统提供高可靠性的地表形变信息，利用全球导航卫星系统（global navigation satellite system, GNSS）高频观测数据，基于非差估计法对多模GNSS卫星钟差进行实时估计及性能分析，并将其应用于精密单点定位（precise point positioning, PPP）实时计算2021年漾濞Mw6.4地震和玛多Mw 7.4地震的地面动态形变。结果表明,GNSS四系统实时估计卫星钟差的标准差（standard deviation, STD）均值为0.142 ns，其多系统组合PPP动态解的平均标准差在水平方向达到0.5 cm，高程方向达到1.0 cm，计算得到的地震动态位移波形相对GPS单系统更为稳定，而且能够获得较为准确的同震形变。     

GPS/BDS/INS tightly coupled integration accuracy improvement using an improved adaptive interacting multiple model with classified measurement update

An Extended Kalman Filter (EKF) is commonly used to fuse raw Global Navigation Satellite System (GNSS) measurements and Inertial Navigation System (INS) derived measurements. However, the Conventional EKF (CEKF) suffers the problem for which the uncertainty of the statistical properties to dynamic and measurement models will degrade the performance. In this research, an Adaptive Interacting Multiple Model (AIMM) filter is developed to enhance performance. The soft-switching property of Interacting Multiple Model (IMM) algorithm allows the adaptation between two levels of process noise, namely lower and upper bounds of the process noise. In particular, the Sage adaptive filtering is applied to adapt the measurement covariance on line. In addition, a classified measurement update strategy is utilized, which updates the pseudorange and Doppler observations sequentially. A field experiment was conducted to validate the proposed algorithm, the pseudorange and Doppler observations from Global Positioning System (GPS) and BeiDou Navigation Satellite System (BDS) were post-processed in differential mode. The results indicate that decimeter-level positioning accuracy is achievable with AIMM for GPS/INS and GPS/BDS/INS configurations, and the position accuracy is improved by 35.8%, 34.3% and 33.9% for north, east and height components, respectively, compared to the CEKF counterpart for GPS/BDS/INS. Degraded performance for BDS/INS is obtained due to the lower precision of BDS pseudorange observations.     

基于DP83640的秒脉冲移相器设计与实现

使用DP83640 IEEE 1588精密时间协议（PTP）收发芯片设计实现了一款秒脉冲精密移相器,它能与外部的标准秒脉冲（1 PPS）进行同步并进行精密相位微调,可应用于高精度相位微跃器。秒脉冲移相器采用DP83640芯片进行级联实现秒脉冲精密移相：利用ARM微处理器控制第二级DP83640实现与外部标准秒脉冲的相位粗调,控制第一级DP83640实现相位微调。相位调整时将外部输入的相位偏移量换算为8 ns整周期倍数的相位粗调值,以及不同时间长度档位的相位微调值,分别写入第二级和第一级DP83640共同实现高精度相位微跃。由于硬件电路特性和器件综合噪声的影响,经测试平均相位微跃准确度可以达到0.1 fs。     

欺骗环境下GNSS信号估计与定位修正技术

欺骗信号以其极强的隐蔽性使卫星导航接收机难以察觉并迅速定位到错误位置,严重影响了卫星导航的安全性。现有抗欺骗技术需要其他导航系统辅助来修正受欺骗影响的定位解算,针对该问题,本文提出了一种GNSS欺骗信号参数估计与辨识方法,能够在欺骗干扰环境下估计并辨识出真实信号所对应的伪距,进而解算出接收机真实位置。该方法通过研究欺骗干扰下接收机相关值模型,在信号跟踪阶段建立真实与欺骗双信号状态模型与基于九路相关器输出的观测模型,利用扩展卡尔曼滤波（EKF）估计真实信号与欺骗信号的伪码延时与信号相关幅值,进而获得真实与欺骗伪距,在定位解算阶段利用改进观测量残差检测方法辨识出真实与欺骗伪距,最终使用真实伪距定位获得真实位置。仿真结果表明对相对码延时介于0.3~0.9 chip之间且欺骗/真实信号幅度比介于1~5之间的隐蔽欺骗攻击,所提方法的码延时估计误差约0.1 chip,可有效估计真实信号与欺骗信号参数,辨识出真实伪距,并使被欺骗的定位结果重新回到真实位置结果,改善GNSS接收机抗欺骗能力,提高卫星导航安全性。     

GNSS实时卫星钟差估计技术进展

不依赖实体基准站增强信息的GNSS实时精密单点定位服务将逐渐成为主流定位模式。实时卫星钟差产品作为实时精密单点定位的关键先决条件之一，其精度直接决定实时精密定位服务的性能。计算实时卫星钟差的GNSS实时卫星钟差估计技术成为实时精密定位的核心技术之一，其主要包括两种解算模式：非差解算模式和差分解算模式。由于对卫星模糊度等未知参数处理策略的不同，卫星钟差估计技术又可细分为非差、历元差分、星间差分、混合差分等策略类型。针对不同实时卫星钟差估计技术的原理方法、算法效率、适用性等问题，综合目前已有相关研究成果的基础上，对GNSS实时卫星钟差估计的研究现状、关键技术和面临的挑战进行了较为系统的总结综述，并对未来卫星钟差预报产品和实时估计产品的关系进行了展望。     

GNSS驯服芯片级原子钟方法研究CSCD

芯片级原子钟是一种体积小且功耗低的高精度时钟源,具有广泛的用途。针对这一特点,设计了基于GNSS的芯片级原子钟驾驭算法。以GNSS系统时作为参考,测量芯片级原子钟与GNSS系统时间的钟差,并对芯片级原子钟进行钟差建模,获取其特征参数。通过乒乓法计算出钟驾驭调整量,对芯片级原子钟进行控制,最终将芯片级原子钟驾驭到GNSS系统时间上。经过实验验证,在驾驭时间常数为100s的情况下,芯片级原子钟与GNSS系统时间的时钟同步误差在-7.5~7.5ns之间;1h频率准确度为5.8×10-13;平均时间为10000s时的频率稳定度为3×10-13。