嫦娥三号巡视器的惯导与视觉组合定姿定位

针对“嫦娥三号”的“玉兔号”巡视器在月面未知环境中避障与安全行进的要求,分析和阐述了“玉兔号”巡视器在地面遥操作中心的控制下利用惯导和视觉组合进行月面导航与精确定位的实现方法,并结合现有的导航定位研究对“玉兔号”巡视器导航与定位的工程创新性进行了总结,阐明了惯导定位和视觉定位技术在“玉兔号”巡视器月面探测过程中的工程应用特点.最后,通过“玉兔号”巡视器着月点的精确定位实验,验证惯导和视觉相结合的定位方法的有效性,定位精度近似达到总行驶里程的1％,这对“玉兔号”巡视器开展月面探索和准确抵达科学目标位置具有重要作用.     

“嫦娥三号”成功登陆月球

“嫦娥三号”着陆器和“玉兔号”月球车成功着陆和巡视月球表面,实现了嫦娥工程的第二阶段目标,验证了一系列月球软着陆和环境适应技术。     

基于B1c/B2a/B3I北斗三频实时高采样率动态PPP分析

为了分析北斗三号新信号的三频实时动态PPP定位性能,首先推导了三频两两组合无电离层模型和三频非差非组合模型的观测方程。基于山东建筑大学CORS站观测得到的北斗三号B1c/B2a/B3I三频信号1s采样率数据,使用iGMAS提供的超快速精密星历预报部分,制定了基于B1cB3I-B2aB3I三频无电离层两两组合、B1cB2aB3I三频非差非组合以及用于对比分析的B1cB2a、B1IB3I两种双频无电离层共四种定位方案。然后利用Net_Diff软件进行实时动态PPP实验,对超快速精密轨道和钟差预报部分的精度和稳定度以及实验解算结果进行分析,对比不同定位方案的定位性能。实验分析表明,两种三频定位方案定位性能均优于B1cB2a双频定位方案,定位精度能达到0.462m和0.479m,收敛至分米所需时间能达到45.8min和62.8min;B1IB3I方案定位性能优于两种三频定位方案,定位精度和收敛速度能达到0.228m和6.6min。     

基于B1c/B2a/B3I北斗三频实时 高采样率动态PPP分析

为了分析北斗三号新信号的三频实时动态PPP定位性能，首先推导了三频两两组合无电离层模型和三频非差非组合模型的观测方程。基于山东建筑大学CORS站观测得到的北斗三号B1c/B2a/B3I三频信号1s采样率数据，使用iGMAS提供的超快速精密星历预报部分，制定了基于B1cB3I-B2aB3I三频无电离层两两组合、B1cB2aB3I三频非差非组合以及用于对比分析的B1cB2a、B1IB3I两种双频无电离层共四种定位方案。然后利用Net_Diff软件进行实时动态PPP实验，对超快速精密轨道和钟差预报部分的精度和稳定度以及实验解算结果进行分析，对比不同定位方案的定位性能。实验分析表明，两种三频定位方案定位性能均优于B1cB2a双频定位方案，定位精度能达到0.462m和0.479m，收敛至分米所需时间能达到45.8min和62.8min；B1IB3I方案定位性能优于两种三频定位方案，定位精度和收敛速度能达到0.228m和6.6min。     

月球巡视探测器自主定向算法研究

月球巡视探测器自主导航是其能在月面执行探测任务的关键,而定向又是月球巡视探测器自主导航的一个重要组成部分,其定向精度将直接影响到月球巡视探测器定位性能。将CCD(ChargeCoupleDevice)太阳敏感器应用到月球巡视探测器上,用太阳敏感器测量太阳位置矢量,结合加速度计测量的重力矢量,利用QUEST算法推算了月球巡视探测器的姿态和航向,为月球巡视探测器构建了一套适用于长时间、长距离导航的绝对定向方案,通过理论分析和实际推算描述了该定向方案的具体实现过程,最后以仿真结果验证了该方案的可行性,为下一步月球巡视探测器定位研究提供了技术参考。     

月面巡视探测器组合导航定位系统研究

月面巡视探测器自主导航定位能力是在月面进行巡视和探测的关键,而基于捷联系统（INS）、太阳敏感器和里程计（OD）的组合导航定位技术是实现月面自主导航的较理想的技术方案。研究了由微机械捷联系统、COMS数字式太阳敏感器和码盘式里程计组成的组合导航定位系统,采用卡尔曼滤波算法进行信息融合,并对样机进行了火山灰场地的实地测试,验证了设计方案的可行性和组合导航系统精度。     

嫦娥三号着陆器统计定位精度分析

“嫦娥三号”将在月球放置着陆器,实现月面软着陆,因此,需要对着陆器进行精确定位.本文简述了月球着陆器的统计定位方法与协方差分析理论,分析了影响统计定位精度的主要误差源.基于现有测控条件,从跟踪弧段和测量数据组合2个方面,对“嫦娥三号”着陆器的定位精度进行了分析.针对短弧条件下单站测距数据定位不稳键的问题,提出了结合月面高程约束的定位方法.协方差分析结果表明：高程数据的使用可以实现单站30 min测距优于1 km的定位精度;当观测数据累积至3d时,单站测量与VLBI（Very Long Baseline Interferometry,甚长基线干涉测量）的不同组合可以实现同等量级、优于百m的定位精度;测量系统差是制约定位精度的主要因素,完全标校测量的系统偏差则能实现10 m左右的定位精度.     

北斗三号系统精密单点定位服务解析与应用

为提高北斗三号系统在高精度应用领域的竞争力,规划并设计了精密单点定位服务.基于精密单点定位服务信号接口控制文件,对北斗三号精密单点定位服务的信号设计进行解析,并提出了一种用户应用算法,最后给出了北斗三号精密单点定位服务的试验验证结果.试验结果表明,北斗三号精密单点定位服务水平定位精度优于0.3m,高程精度优于0.6m,收敛时间小于30min.     

一种适用于机场场面MLAT监视系统的定位算法及其性能分析

与通常的三维目标不同,机场场面目标的高度是已知固定值,这点在设计应用于民用机场场面监视的无源多点时差定位(MLAT)系统时应予以考虑。基于机场场面目标及MLAT系统的特点,提出了一种改进的时差定位算法,该算法特别适合应用于场面监视的MLAT系统中。相比于传统的三维定位算法,该算法不但可以提高定位精度,还可增强系统的鲁棒性。给出了该改进时差定位算法的克拉美罗界(CRLB),并进一步推导出了该算法与三维定位算法精度之间的理论关系,从理论上证明了该算法的定位精度高于三维定位算法。与此同时,基于条件数理论还证明了该算法的鲁棒性优于三维定位算法。仿真实验及实测数据证明了所得结论的正确性和有效性。     

一种长距离高可靠月面巡视自主导航方法

针对复杂非结构化月面上高精度巡视自主导航的应用需求,提出了一种基于惯导/视觉/天文组合的长距离高可靠自主导航方法。在建立惯性/天文基于原始观测角度信息紧耦组合量测模型和惯性/视觉改进量测模型的基础上,采用异步量测特性的集中自适应滤波算法提高了月面巡视器自主导航系统的导航精度和可靠性。数学仿真结果表明,该方法具有较高的绝对定位和定姿精度,位置和姿态精度分别优于60 m和0.1°,并且具有较高的可靠性和鲁棒性,能够满足月面巡视高精度自主导航的要求。     

月面环境三维激光SLAM技术

同步建图与定位（SLAM）可实现月球车在未知复杂月面环境下的定位与导航,月球表面由陨坑、石头等起伏地形构成,缺乏树木、建筑物等地面存有的显著特征,大量特征不显著的点云数据会对月球车定位精度和实时性造成影响。本文提出了一种针对月面环境的显著特征点云提取方法以及基于曲面定位能力估计的增量式优化算法,通过Fisher信息矩阵计算曲面定位能力指标,获取机器人位姿估计的不确定性测量,利用增量式的SLAM方案进行优化,用于提高定位精度与实时性。通过在Gazebo （物理仿真平台）仿真场景下的测试,验证了算法性能。     

利用改正数信息的北斗三号实时精密单点定位及性能分析

北斗三号全球卫星导航系统已正式建成并开通服务。为了利用实时改正数信息系统地揭示北斗三号精密单点定位性能，并为用户提供理论依据和应用参考，首先解算了卫星实时精密轨道、钟差及其改正数，分析了其精度。然后基于实时改正数信息，利用监测站广播星历和观测数据，分别进行了双频静态、双频仿动态、单频静态和单频仿动态仿实时精密单点定位，以评估其性能。结果表明：北斗三号MEO卫星实时轨道和钟差精度均值分别约为12cm和0.2ns，满足实时精密单点定位需求。静态实时精密单点定位精度优于动态，双频优于单频，均可达到分米级。对于定位收敛时间，双频静态最短，约为40min；双频动态和单频静态均约为85min；单频动态最长，约为120min。     

基于北斗三号区域短报文通信的滑坡灾害监测数据传输方案设计

稳定的有线/无线通信链路是北斗/GNSS-RTK技术应用于滑坡灾害监测的必要条件，当监测区域地面通信基础设施缺失或突发险情引起通信链路中断时，滑坡监测工作难以开展。针对于此，研究并分析了北斗三号区域短报文通信（regional short message communication，RSMC）技术应用于滑坡灾害监测的可行性。首先设计了一种基于北斗三号RSMC的GNSS观测数据编码方法，在此基础上分析了基准站与流动站观测数据的不同传输方案对滑坡灾害监测的影响。最后对其中两种可行性较高方案的通信指标与定位效果进行了评估，结果表明，基准站采用4G、监测站采用北斗三号RSMC的第一种传输方案，平均解算时延优于1.1 s，传输成功率可达98.46%，实时监测序列精度在水平方向优于1cm，高程方向可达厘米级水平。该方案保持了监测序列的高频率高精度实时获取，同时提升了地面通信受限时监测信息的可用性。     

基于搜索空间变换和序优化的预警星座设计

高轨预警星座由若干颗地球静止轨道卫星和大椭圆轨道卫星组成,星座优化的目标是满足重点监视区域的覆盖和提高覆盖区域的定位精度。对于覆盖性优化,根据多个监视区域的威胁等级,星座系统需要提供不同的覆盖重数;对于定位精度优化,系统在立体观测和单星观测情况下存在很大差异。因此高轨预警星座优化是一个复杂多区域多目标优化问题。针对以上难点,提出了多层次多目标优化模型,可以较完整合理地描述预警星座优化问题;在优化模型求解方面,将优化计算分为覆盖性优化和定位精度优化两个环节;在覆盖性优化环节,提出了基于搜索空间变换的覆盖性快速优化方法,提高了Pareto最优解的计算速度和准确性。在定位精度优化环节,采用序优化方法进一步缩短优化时间。仿真试验表明,该方法可设计出满足预警任务需求的星座,且优化耗时在1 min以内,能有效地缩短预警星座优化时间。