GPS差分相对定位应用于航天器自主交会对接的研究

提出了一种适用于飞船交会对接的GPS差分相对定位导航方案。在远程导引段,采用坐标差分相对定位;在自动寻的段,采用双差载波相位平滑伪距技术;在接近和逼近段,采用双差载波相位浮点解相对定位,求得模糊度后,可采用双差载波相位整数解获得很高的定位精度。仿真试验证明,该方案切实可行。     

自适应渐消Kalman滤波算法在RTK中的应用研究

在动态载波相位差分定位(RTK)中,由于观测环境复杂,会经常发生周跳、卫星信号失锁等情况,严重影响基线解算的连续性和可靠性。针对动态应用环境,提出了一种Kalman滤波算法在RTK技术中的应用方法。该方法可以实时估计模糊度浮点解及其协方差矩阵,在需要重新固定模糊度时可直接用于搜索,起到了周跳修复的作用。此外,采用了自适应渐消Kalman滤波算法提高算法的动态适应性,并引入独立的滑动窗进行新息的收集和处理,解决了由于参考星变化或卫星信号失锁造成观测量中断而无法准确计算新息协方差的难题。仿真结果表明,该算法能够在模糊度发生变化时快速收敛,并且相对于一般Kalman滤波算法在高动态下提高了模糊度浮点解的精度,提高了后续模糊度搜索的效率和固定成功率。     

对流层和电离层延迟残差对GPS飞行器定位精度影响

GPS(全球定位系统)飞行器定位中,飞行器起飞后,基准站与移动站的距离和高程差逐渐增大,对流层、电离层延迟残差对定位精度的影响也将越来越大。利用在短基线条件下,用Kalman滤波和LAMBDA(最小二乘模糊度降相关平差法)算法固定整周模糊度,并在随后保持固定。在此基础上研究对流层、电离层延迟残差参数估计对定位精度的影响。算例结果表明,短基线条件时,电离层延迟残差估计将使定位精度变差,高程定位误差小于10cm;中长基线时,电离层延迟残差估计将改善载波相位残差,从而改善定位精度,取得与消电离层组合定位一致的定位精度。而在视场内缺少低仰角卫星时,对流层延迟残差参数估计将使定位精度变差。     

惯性辅助高动态RTK 模糊度浮点解求解算法研究

载波相位差分(RTK)技术需要着重解决整周模糊度快速精确求解问题。针对高动态应用,提出一种利用惯性信息辅助求解RTK整周模糊度浮点解的算法,建立了基于加速度信息辅助的Kalman滤波器模型,分析了加速度误差和惯导信息延迟对滤波结果的影响,并通过仿真对算法的动态性能进行了深入研究。仿真结果表明,与未受辅助的Kalman滤波算法相比,基于惯性辅助的求解算法能够在高动态下获得较精确的整周模糊度浮点解,使后续整数解的搜索空间更小,提升了模糊度固定效率和成功率;在发生周跳、出现野值和跟踪到新卫星信号的情况下,该算法同样具有很好的模糊度浮点解求解性能;此外,惯导加速度的随机测量误差和信息延迟不会对算法的性能造成较大影响。     

基于惯性辅助的GPS相对定位算法

针对GPS信号易受干扰遮挡以及利用载波相位差分进行相对定位时整周模糊度浮点解精度差、搜索空间大的不足,提出INS辅助的GPS相对定位算法.首先采用INS/GPS深组合方式,实现伪距、伪距率的滤波平滑;然后利用校正后的惯性信息、伪距、载波相位集中滤波得到高精度的浮点解和协方差阵;最后利用LAMBDA算法得到模糊度固定解和相对位置信息.文中使用GPS实测数据和仿真惯导数据进行相对定位试验,结果表明在GPS信号受到短时遮挡时,有惯性辅助和没有惯性辅助相比,东北天3个方向的平均误差分别下降66.45％、82.32％、85.66％;且该算法可改善模糊度指标,压缩整周模糊度搜索空间,提升整周模糊度求解效率.     

一种基于GPS的单频单历元姿态解算算法

本文提出了一种将GPS L1波段的载波相位观测方程和码相位观测方程相融合的新算法,使得单历元之内就可以求解整周模糊度的浮点解,克服了传统方法中仅用载波相位观测方程无法在单历元获得浮点解的缺点并提出了一种将低精度浮点解映射到固定解的方法,降低了LAMBDA算法对高精度浮点解的依赖性,避免了多个历元求解高精度浮点解,从而实现了单频单历元的整周模糊度估计,对于快速动态定姿具有重要意义。通过实际数据测试,该算法在10°俯仰角约束的条件成功率约为96%,能够有效地用于实时动态姿态解算。     

北斗三频RTK定位算法研究

为了评估北斗三频观测值在短基线RTK应用中的定位性能,采用Kalman滤波模型进行动态环境下北斗三频模糊度固定,经实测数据验证,动态环境下北斗三频RTK只需1个历元即可得到固定解,模糊度成功率较GPS双频和BDS双频分别提高了15.0%和14.1%,验证了我国北斗三频信号在短基线RTK定位中的优越性能。     

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。     

附加双差模糊度网解约束的GNSS相位延迟估计

针对现有相位延迟估计方法未利用双差模糊度网解约束的特点,提出了一种附加双差模糊度网解约束的相位延迟估计方法。首先以整周双差模糊度网解为真值更新精密单点定位(PPP)估计的非差浮点模糊度,再通过网平差法估计未校正相位延迟(UPD)。实验结果表明,PPP双差模糊度与双差模糊度网解一致性好,其宽、窄巷中误差分别为0.07周和0.11周,误差大于1周的PPP双差模糊度主要出现在卫星初升阶段。约束改变了非差浮点模糊度,从而改变了参与UPD网平差的测站,使14%新升起卫星的窄巷UPD在短时间内较无约束有大于0.2周的差异。附加约束/无约束的全天星间单差UPD差异在大于99.9%的置信水平下满足零均值假设,表明整周双差模糊度网解约束方法与无约束方法估计UPD相关产品具有等效性。研究结果可为参考网非差模糊度解算和PPP与网络实时动态定位(RTK)的融合工作提供参考。     

BDS-3 PPP模糊度固定实现及精度评估

精密单点定位(PPP)模糊度固定(AR)能够显著提升精密定位的收敛速度和精度。通过在BDS-2和BDS-3之间添加系统间偏差的方法实现BDS-3的模糊度固定,并基于全球MGEX测站静态、仿动态数据和车载实验数据全面评估了BDS-3模糊度固定的效果。结果表明,相对于浮点解,BDS-3 PPP模糊度固定能够显著提升PPP的精度,在东北天3个方向上静态解算精度提升依次为37.4%、26.2%和20.1%;仿动态解算精度提升依次为38.3%、27.2%和11.1%;车载动态实验BDS-3模糊度固定精度在三维方向上综合提升为40.4%。此外,模糊度固定后,以浮点解稳定后的两倍定位精度为基准,在东北天方向上,静态定位时间提升程度依次为63.5%、64.0%和40.3%;仿动态定位时间提升程度依次为58.7%、56.8%和25.4%;车载实验在三维方向的收敛时间为30.0 min。以上结果证明了所提方法的有效性及BDS-3模糊度固定的性能提升。     

基于TOF的UWB可移动基站快速自定位算法

针对运动场中超宽带(UWB)可移动基站的位置获取需要人工测量、定位不方便的问题,提出了基于飞行时间(TOF)的UWB可移动基站快速自定位方法.首先根据基站布局情况确定局部坐标系,建立基于UWB基站间相互测距信息的各基站坐标方程,采用最小二乘法对各基站的坐标进行解算,进而分析其定位误差.最后通过实验验证了算法的可行性和稳定性.实验结果表明,可移动基站平均定位精度在0.05m以内.相对于传统的人工测量方式,基站自定位可有效节省基站布设时间,减少工作量.     

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。     

布站方式对基于TDOA的干扰源定位影响分析

介绍了到达时间差(TDOA)算法的基本原理,并分析了定位存在模糊解区域和无解区域的原因。对二维不同布站条件下的模糊解区域进行仿真,得到了不同角度、不同基线长度布站方式下的模糊解区域分布,总结了布站方式对二维模糊解区域分布的影响。基于TDOA的几何精度因子(GDOP)方法分析了基线长度和布站形状对定位精度的影响,在四站三维条件下对不同布站形式下的定位精度进行仿真和分析,得出了不同布站条件下GDOP的分布规律,为实际工程应用中的接收机布站提供了参考。     

基于差分卫星导航的着舰引导技术分析

着舰引导技术是航母/舰载机系统的核心技术,差分卫星导航相对定位精度高,广泛应用于近距离相对定位,基于差分卫星导航的着舰引导技术是当前着舰引导技术研究的热点.载波相位周跳是影响差分卫星导航相对定位精度的关键因素.本文在分析基于差分卫星导航的着舰引导系统架构的基础上,提出一种改进的包含周跳的卡尔曼滤波模型.该模型能够削弱差分卫星导航相对定位处理流程中载波相位周跳影响,提高相对定位精度,试验结果证明了本文所提卡尔曼滤波模型的有效性.     

基于北斗接收机的车载卫星导航系统的设计

基于北斗卫星导航系统、北斗地基增强系统、移动通信网络,设计开发了 一款小体积、高精度车载导航系统。主要在接收基站差分信息以及实现高精度定位方面 进行探索。通过单点定位和差分定位的野外跑车对比试验得出,该系统性能稳定、可靠 性高,其差分定位精度能够满足车辆导航的要求。     

空间大型机械臂系统载运轨迹优化方法

针对在搬运及组装数十吨级负载过程中,空间站用大型机械臂会对空间站载体姿态产生扰动的问题,提出了一种笛卡尔轨迹参数化方法。利用基于广义雅克比矩阵（GJM）的分解运动速度控制和优化算法来实现基座姿态扰动控制,建立了反映载体姿态变化的目标函数。基于关节运动范围及避免动力学奇异等约束,采用粒子群（PSO）算法进行目标函数的优化,有效降低了空间大型机械臂系统在搬运重型负载过程中对载体姿态的影响。仿真结果验证了算法的有效性。     

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。     

INS/SAR组合定位技术研究

主要研究了INS/SAR组合对运动目标的定位算法。首先,建立了INS/SAR组合定位系统数学模型;其次,基于卡尔曼滤波方法和alpha-beta滤波方法完成了INS/SAR组合定位算法设计;最后,考虑组合导航系统误差及导引头测量误差,对定位算法进行了数字仿真及性能分析。仿真结果表明,所设计的INS/SAR组合定位算法在远距对运动目标具有较高的定位精度。     

天线整流罩对GNSS观测值与定位精度影响研究

当前大部分城市为保护卫星连续运行参考站(CORS)系统基准站天线安装了整流罩,但天线整流罩对观测值以及基准站坐标影响的研究仍显不足。为解决基于广州CORS(GZCORS)的网络RTK高程测量存在较大偏差的问题,基于2016—2021年观测站数据,以及拆除基准站天线罩前后的观测数据质量与定位效果相关分析,对天线整流罩对GNSS观测值与高程定位精度的影响进行了深入探究,并分别进行了静态仿动态和城市车载动态定位测试验证。研究结果显示,天线整流罩在一定程度上会增加原始观测值的多路径效应影响,降低约10%的数据可用率,并对基准站高程定位结果产生1～14 cm的系统性偏差,进而影响用户RTK高程定位效果。定位结果显示,拆除基准站天线罩后,基于GZCORS的RTK水平定位均方根误差(RMS)为1 cm左右,高程定位精度RMS为2 cm左右;城市场景下车辆动态定位精度RMS为15～20 cm,满足车道级定位性能。