卫星伪距多路径时空建模研究

目前,多路径误差是制约GPS技术向更高精度发展的主要误差源。为了减小静态观测环境下的多路径误差,基于多路径误差周期重复性的特点,提出了一种自适应噪声分析结合经验模态分解的方法处理原始数据,采用多项式拟合构建了函数模型,并利用该函数模型对相邻天的观测数据进行处理。实验结果表明,利用所提方法对观测数据进行处理,可有效减小多路径效应误差,并且可以在一定程度上改正坐标序列中包含的多路径误差,多路径误差的削弱程度可达35%以上,有效提升了GPS定位数据的准确度。     

确定近地卫星轨道的滤波理论

本报告介绍弘贤多用途轨道统计处理系统(KOSMOS)的数学说明及其在确定近地卫星轨道中的应用。数学说明包括时间、坐标、卫星动力学、摄动及其差分方程、雷达跟踪方程和轨道统计确定理论问题。为估计用于轨道确定的各种滤波理论方法的精度,我们利用KOSMOS程序做了广泛的仿真研究。从胜浦、增田和冲绳跟踪站所产生的距离和距离变化率观测数据,我们发现,利用推广序贯处理和状态噪声补偿法(SNC)可以获得同观测精度相当的准确度。我们给出的证据还表明,对于一组足够密的观测数据来说,通过动力学模型补偿法(DMC)按推广序贯处理可以获得非模型的加速度。同时还指出,DMC补偿法可以提高卫星状态的估算精度。但是,必须付出增加处理时间的代价,该补偿法的处理时间约为SNC补偿法的两倍。此外,还介绍了U—D协方差的因式分解法,并利用这种方法研究了观测数据的类型和精度的影响以及错误仿真观测噪声大小的影响。     

基于PnP和自适应线性卡尔曼滤波的实时位姿估计

针对实时位姿估计中扩展卡尔曼滤波(EKF)线性化引入非线性误差和依赖已知噪声分布的缺点,提出一种基于PnP的自适应线性卡尔曼滤波位姿估计求解方法。将PnP位姿估计求解策略引入卡尔曼滤波观测方程,通过对动态方程误差统计参数实时估计,自适应调节卡尔曼滤波递推参数。所提算法求解精度高,固定了观测方程的观测向量维度,提高了算法实用性。通过仿真试验,比较了该算法与EKF的位姿估计精度,通过量化误差分析,证明了该方法可以提高三维运动位姿估计精度,也验证了该方法的有效性。     

EMD-EKF方法研究

应用扩展卡尔曼滤波(EKF)时需要估计量测噪声的统计特性。文中针对观测噪声统计特性描述不准确导致的EKF性能下降的问题,利用经验模态分解方法(Empirical Mode Decomposition,EMD)可以分离信号和噪声的特性,提出了一种在未知量测噪声条件下的EKF方法。该方法可以跟踪观测噪声的变化,即实现了对量测噪声的估计,从而解决了在未知量测噪声的情况下的EKF问题。仿真结果表明可运用于无源定位中。     

相关系数平稳序列的估计与识别

本文提出了通过观测序列确定不可直接测得的相关系数平稳序列模型参数的方法,详细讨论了相关系数AR(p),MA(q)和ARMA(p,q)序列状态方程的参数估计,为非平稳序列的滤波、预测和平滑提供了依据。文中还给出了观测系统参数的识别方法,与传统方法相比,本文方法考虑了测量噪声的均值和方差随时间变化情况,具有更高的识别精度。      

飞行器气动力参数辨识的一种实用滤波误差方法

提出了一种观测噪声相对于过程噪声较小情况下气动参数识别的实用滤波误差方法，方法不要求已知系统过程噪声和观测噪声方差阵，计算量小，具有一定的应用价值。     

基于相位平滑伪距的GNSS时差监测评估

随着全球卫星导航系统进一步的发展和完善,在系统层面上对各个GNSS进行实时时差监测是必要的。为了降低时差监测中伪距观测值的观测噪声及多径误差对时差监测的影响,采用相位平滑伪距的方法对伪距观测值的噪声及多径误差进行平滑,该方法可以实时地对伪距观测值进行处理,并且具有较好的平滑效果。利用平滑后的伪距观测值进行时差监测可以将时差监测值的标准差由2~4ns降低到1~3ns,噪声降低比率平均在20%以上。在与BIPM公布的时差数据相比,GPS-GLONASS实测值也具有较好的一致性,可以满足GNSS时差监测与预报的需求。     

色噪声数据多项式平滑的若干问题

一、引言在数据平滑的初步分析中,一般均假设观测值随机误差是序列不相关的(白噪声数据)。但仔细观察后可以发现,电子跟踪设备获取的观测数据的随机误差实际是序列相关的(色噪声数据)。随着对数据处理质量要求的日益提高,如何设计平滑色噪声数据的数值滤波器、如何估算该滤波器的输出输入方差比以及怎样合理地使用它等,显然是人们关心的问题。有关白噪声数据多项式平滑,国内已有不少文章和书籍对此作了详尽的论述和介绍,在外测数据处理等实践中也得到了广泛的应用,但有关色噪声数据的平滑问题则较少看到,在     

正态随机噪声的产生算法

正态随机噪声是各种滤波方法和通信系统的系统约定输入噪声,在仿真计算和方法验证中经常用到,合理地产生符合规定分布的噪声序列是检验一个系统和滤波方法的关键,文中从理论出发严密推导并介绍了正态噪声的产生方法.     

GPS小波去噪的误差方差建模技术与试验

如何消除GPS观测数据的噪声以提高定位精度并估算消噪信号的误差方差对工程测量具有重要意义。在介绍小波多尺度分析的基础上,推导了在小波多尺度分析巾平滑信号误差的理论方差模型。并通过实际的GPS单点静态定位试验给予验证。试验结果表明,该方法在有效消除噪声的同时,计算得到的各尺度平滑信号的误差方差与理论方差模型基本一致。     

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。     

卫星导航接收机自主完好性监测算法研究

针对航空导航定位高可靠性的要求和GPS接收机观测噪声分布的特点,研究将粒子滤波算法应用于接收机自主完好性监测（RUM）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与隔离.对算法进行了数学建模,描述了完整的RAIM算法详细流程.通过实测数据对提出的RAIM算法进行验证,结果表明：粒子滤波算法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GPS接收机自主完好性监测的可行性和有效性.     

惯导平台加速度计静态多位置模标定方法

为克服传统的惯性平台多位置自标定法的局限性,引入了一种新的标定加速度计误差参数的方法。该方法基于变换后的加速度计输出模型,以输入加速度计的当地重力矢量为观测。仿真实验表明,当平台无转位误差时,零次项标定精度量级达到,比例因子标定精度达到1ppm以内;该方法对平台转位误差不敏感,当平台转位误差白噪声标准差为0.1°,均值小于30°时,误差参数标定结果不受转位精度的影响,降低了对平台稳定回路的控制精度要求。仿真实验还验证了方位失准角对模观测标定结果无影响。     

基于模糊自适应滤波的水下INS/DVL组合导航研究

由于水下环境的复杂性,多普勒测速(DVL)误差的均值和噪声方差等统计特性均存在跳变现象,影响了INS/DVL组合导航精度。为此提出了一种基于模糊自适应滤波的水下INS/DVL组合导航算法,通过实时监测滤波残差的均值变化以及滤波残差方差与理论滤波残差方差的不一致程度,利用隶属度函数在线修正多普勒测速偏差以及量测噪声的统计特性。本文改进了已有模糊自适应滤波算法未考虑观测误差均值跳变以及对残差方差变化过于敏感的问题,并对DVL零偏跳变进行了修正。试验表明,所提出算法对多普勒测速误差的均值和噪声方差跳变具有较强的适应性,能够有效提高水下INS/DVL组合导航精度。     

基于“当前”统计模型的卡尔曼滤波在北斗单向授时中的应用

为了提高北斗单向授时的授时精度，提出了一种基于“当前”统计模型的卡尔曼滤波单向授时方法。将“当前”统计模型应用于接收机时钟频率漂移的建模以建立状态方程，使用经过卡尔曼滤波后的钟差和钟速对本地时钟进行修正。实验结果表明，在选取合适的机动频率和最大频率漂移的情况下，相比于未滤波修正，温补晶振时钟的峰峰值最多可以减小36.7%，标准差最多可以减小42.5%；恒温晶振时钟的峰峰值最多可以减小71.8%，标准差最多可以减小67.0%。基于“当前”统计模型的卡尔曼滤波单向授时方法，可以有效地降低观测量的误差与噪声对于接收机钟差与钟速的影响，从而提高授时精度。     

利用多种观测量的岭型估计法

现已证明,在病态条件下和不可观测的轨道确定问题中,利用岭型估计法可获得优于标准估计法的精确解。这种方法利用了这样一种原理,即在解中引入一个小偏倚以减少估计的总方差。岭型估计法都是在如下假设条件下推导的,即所有待处理的观测量中都掺杂了高斯噪声,其观测误差协方差相同。但大多数实际的轨道确定问题要处理多种类型的观测数据,这些数据的观测误差各不相同。本文推导的岭型估计法则可利用具有不同观测误差协方差的多种观测数据,利用这项新技术求解了一个病态线性估计问题(该线性估计问题的解是精确已知的),从而证实了它的实用性。其解的精度还与利用标准线性估计法及标准岭型估计法的精度进行了比较。     

单频GPS接收机校频算法

基于工程实践介绍了单频单通道GPS接收机校频的基本算法、校频结果显著性的统计检验、数据采集和处理方法,并基于大量观测数据给出了校频不确定度。     

火焰筒内燃气辐射的蒙特卡罗法计算

用概率统计方法计算了航空发动机燃烧室火焰筒内燃气对壁面的辐射热流, 计算中考虑了燃气的辐射及吸收特性。该计算程序适用于二维轴对称的环型燃烧室和单管燃烧室辐射热流的计算, 并对计算结果进行误差分析。介绍了算例计算结果, 为了检验该计算程序的可靠性, 对角系数进行了校核计算, 其结果是令人满意的。此外, 文中还介绍了对某环型燃烧室和一假想单管燃烧室的计算及误差分析结果。      

飞行数据相容性检验技术

飞行试验测量数据中存在过程噪声和测量噪声,导致飞行数据之间不相容,国内目前常用的输出误差法不适用于耦合严重的直升机飞行数据相容性检验。采用增广卡尔曼滤波方法进行状态估计,大幅度地消除测量值中的误差;再用输出误差法对增广卡尔曼滤波估计的结果进行相容性检验,并将其应用于直升机四阶纵向等效模型辨识中。结果表明:提出的这种方法既解决了单独使用增广卡尔曼滤波进行数据相容性分析时由于初期收敛过程造成的滤波误差问题,又克服了单独使用输入误差法进行数据相容性时需手动修改时间延迟问题和测量值中误差过大时输出误差法无法收敛问题,使得检验效果与计算效率大幅提升。     

飞行数据相容性检验方法

飞行试验测量数据中存在过程噪声和测量噪声,导致飞行数据之间不相容,国内目前常用的输出误差法不适用于耦合严重的直升机飞行数据相容性检验。采用增广卡尔曼滤波方法进行状态估计,大幅度地消除测量值中的误差;再用输出误差法对增广卡尔曼滤波估计的结果进行相容性检验,并将其应用于直升机四阶纵向等效模型辨识中。结果表明:提出的这种方法既解决了单独使用增广卡尔曼滤波进行数据相容性分析时由于初期收敛过程造成的滤波误差问题,又克服了单独使用输入误差法进行数据相容性时需手动修改时间延迟问题和测量值中误差过大时输出误差法无法收敛问题,使得检验效果与计算效率大幅提升。