射电干涉测量的动基应用

本文研究了与移动接收机有关的射电干涉测量误差源。结合已发表的数据,经独立研究给出了接收机噪声、时钟抖动、定时漂移、多路径误差、电离层和对流层折射效应引起的各种误差的均方根值。动基射电干涉测量系统仿真中,加进了有显著影响的统计误差模型,以评价接收机运动状态的测量精度。假设这个系统由两台配有原子钟的双频接收机组成。在记录的GPS信号相位的事后处理中,应用多普勒频移检测技术和互相关算法来确定基线距离和飞行器的运动参数。初步分析结果表明:动基射电干涉测量将提供与目前惯导技术同等的导航精度,甚至更高。     

高动态GPS卫星信号模拟器电离层延迟误差模拟方法研究

电离层延迟误差是GPS测量中非常重要的一项误差源，也是高动态GPS卫星信号模拟器要解决的一项关键技术。电离层延迟误差与目标的空间位置有关，在分析地面用户和空问用户不同电离层延迟误差修正方法的基础上，研究了卫星信号模拟器电离层延迟误差产生的途径，并给出了相应的数学模型，解决了不同应用环境下导航电8个电离层修正参数的计算问题，通过仿真计算，验证了本所提出的电离层延迟计算模型的正确性。     

实时干涉测量中对流层延迟与钟差精修正建模

由于中国深空干涉测量系统无法采用短时差分标校,使得实时测量精度较差,误差来源主要包括对流层延迟模型误差和钟差模型误差。为了提高实时测量精度,基于最大值最小准则,对对流层天顶延迟进行精确修正;引入邻近估计与线性回归模型,实现了高精度的钟差非线性预报。经任务数据验证,对流层延迟精修正模型预报值与实测值的差异最大值优于0.33m(仰角≥10°);相对EGNOS和"EGNOS+GMF"模型,该误差减小约1个数量级;相对线性预报,非线性预报误差减小约半个数量级。可为我国后续深空探测任务提供高精度对流层延迟和钟差建模及预报。     

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。     

北斗单点定位的误差补偿方法

北斗是我国自主研制的卫星导航定位系统,当前北斗的单点定位精度优于10m。为提高该系统的定位精度,必须对由其误差源引起的定位误差进行修正。基于对北斗卫星导航系统的组成、定位算法及定位误差的认识,对导航系统定位中星历误差、电离层误差和对流层误差进行了深入分析,提出了减小星历误差的曲面模型、减小电离层误差的双频组合消电离层模型和减小对流层误差的高精度区域融合模型的单点定位误差补偿方法,并应用Matlab软件对修正模型方法进行仿真计算。对比修正前后的定位结果,修正后的定位误差更小,证明了所提出的修正模型是可行的。     

GPS精度控制措施对差分修正的影响

第二批新型GPS卫星能控制标准定位信号(C/A码)的精度,其方法是抖动卫星时钟和扰乱星历数据相结合。这种能力就称精度控制(可用性选择,SA)。差分GPS工作除了能为基准站周围的用户消除电离层、对流层和其它慢变化误差的影响,还能大大减小SA的影响。设计基准站的一项主要技术问题是修正值的更新速率。直到最近还认为要保证5-10米的定位精度,需要每10秒更新一次GPS差分修正值。最近第二批新型GPS卫星发射入轨,就没有把握说这一更新速率已足够。本文介绍了从第二批GPS卫星最近获得的数据进行统计分析的结果,特别是位置、速度变化和相关时间。将差分基准站设备接收这些信号得到的伪距修正值加到导航接收机的伪距上,得到修正值更新速率对差分GPS性能影响的估值。     

几种电离层模型折射修正效果检验

航天工程任务对航天器外弹道测量数据的精度需求不断提高,电离层折射误差已成为影响航天高精度测量的主要误差源之一。目前国际上基于多种观测数据建立了多种电离层模型,由于模型使用的数据和算法不同而有不同的修正精度。通过分析国内外常用的Klobuchar(克罗布歇)模型、国际参考电离层模型和中国参考电离层模型的特点,利用3个电离层模型对S频段多颗在轨卫星50多跟踪圈次的实测外测数据进行修正,以星载GPS(Global Positioning System,全球定位系统)数据获取的精密星历经过坐标变换、测站与卫星的几何关系计算可得到测站到卫星的距离,将其作为标准值,采用微波辐射计修正对流层折射误差后对3个电离层模型的修正结果进行比较检验,结果表明中国参考电离层模型在中国区域的修正结果优于其他2个模型,可为航天测控实时修正提供参考。     

伪距解除相关法在GPS/SINS紧组合系统中的应用研究

介绍了伪距解除相关法的原理 ,设计了一种加权平均跟踪误差估计器 ,用以估计 GPS接收机码环跟踪误差。研究结果表明 ,与未对伪距测量值进行修正时相比 ,应用伪距解除相关技术可以减小组合系统的导航误差 ,提高系统的导航精度     

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%。     

GPS目标接收机中伪距与载波相位数据的互补及其导航定位测速方法

针对空中或地面GPS(动、静态)目标接收机,简要介绍了(C/A)伪距与(L_1)多卜勒距离增量的测量原理;给出了完整的数学模型与传播时延修正方法;通过伪距与增量数据的互补,构造了“无电离层折射影响的新距离增量”、“降低噪声的新伪距”、“固化电离层折射影响的新伪距”等,概括了本文提供的三种伪距、两种多卜勒距离(小或大)增量、不同待估状态参数等所派生的各种组合,研究了它们的典型模式及状态参数估计方法;最后扼要研究了无码定位问题,并设想了一种针对星历数据中故意注入系统性干扰以降低系统精度的对抗办法。本文对改进现行GPS导航方法;提高确定舰船或大地点位的位置精度;改善飞行器测量及数据综合利用;GPS基准接收机的设计、联调、开发利用等,均有重要参考价值。     

地基单站GPS探测大气折射环境

基于地基单站双频GPS接收机,提出了实时遥感探测大气折射环境（包括对流层折射率剖面与电离层电子密度剖面）的方法,并经过实验验证可行。在对流层方面,改进精密单点定位技术使得对流层低仰角斜延迟可以实时解算,然后利用相关向量机方法反演得到对流层折射率剖面;在电离层方面,采用Kalman滤波技术消除硬件延迟得到电离层TEC,基于IRI模型,利用遗传算法反演得到电离层电子密度剖面。此研究为大气折射环境的实时、高效、低成本探测提供了一种新手段。     

用于精密定位的利用GPS的卫星跟踪系统

NASA正在研究一种以全球定位系统(GPS)为基础的测量系统,用以精密测量地球卫星轨道、测地基线、电离层电子含量和全球范围内跟踪站之间的时钟偏差。该系统将采用多种差分GPS观测技术,并将使用由九个固定地面终端所组成的网。GPS用于卫星跟踪时,卫星上或者配备GPS飞行接收机,或者配备星载GPS信标。整个系统将于1988年投入使用(卫星跟踪除外)。第一项大型卫星应用将是一项验证性应用,即在90年代初期确定TOPEX卫星的高度,使其精度达分米级。到那时,预计该系统对长基线测量的精度可达几厘米,而瞬时时间同步精度可达1毫微秒。     

综合采用GPS和地面雷达测量数据评估制导系统精度

仅用地面雷达跟踪数据评估制导系统的精度,其效果受客观条件限制。研究表明,把GPS(全球定位系统)作为外测资源在精度分析工作中加以利用,则效益显著。本文探讨综合利用GPS和地面雷达测量数据评估制导系统精度的问题。即对飞行试验的导弹,除了采用地面雷达进行跟踪测量外,还假设其装有弹载接收机。该高动态接收机通过弹载天线接收从四颗(以上)卫星发射的信号,该信号提供伪距和伪距变化率数据及广播星历资料。将这些外测数据(GPS数据和雷达数据)与遥测信息结合起来,选定合适的状态参数后,即可建立状态方程和观测方程。本文采用先进的估计技术(尤指U-D型卡尔曼滤波器)可分离出制导系统惯性器件等误差。由于把导弹的遥测速度和位置(修正了已知误差)转化成相应的外测数据并与之求差产生观测量,同时形成相应的测量矩阵。而U-D型卡尔曼滤波器又能将观矢量进行标量化处理,因此综合利用GPS数据和地面跟踪数据,实际上增大了观测矢量的阶数,从而提高了状态估计精度。当仅有其中一种测量手段时,该滤波器仍能正常运算。     

三频GPS改正电离层折射误差高阶项的方法

在研究电离层折射对GPS测量的影响及电离层折射误差模型的基础上,采用电离层折射误差双频改正方法,针对GPS现代化和Galileo计划中增加的第三个民用导航频率,提出了运用三频观测值将电离层折射误差改正至二阶项的方法；并系统地推导了三频载波相位观测值无电离层折射组合方程,从而进一步提高了GPS的定位精度。     

通过事后分析提高GPS的外测精度

通过事后分析可以提高GPS的外测精度。为了试验和鉴定目的,欲测量被试验体的时间空间位置信息(TSPI),现在已有不少方法。如果使用GPS,可考虑两种方案。一是在被试验体上装载GPS接收机,在运功体上测定TSPI,再通过遥测将数据送到地面。二是在运动体上装载一个GPS变频转发器,传送宽带GPS信息到地面。在地面站完成TSPI测量。本文指出,与装载接收机相比,装载GPS转发器的方案可以获得更高的测量精度。精度的提高来自两点:装载GPS接收机时仅处理来自4颗卫星的距离,得到运动体的位置。在某一位置上,所选用的4颗GPS卫星的GDOP值,可能是,也可能不是最佳。在转发方案中,运动体视场内所有信息都转送到地面进行处理。来自所有卫星的宽带数据都加以记录,以便作事后处理。作节后分析时,可按最佳GDOP选择最有利的卫星,或处理视场内所有卫星的数据,得到最高精度。记录宽带数据的能力还带来另外一些重要的事后处理好处。在飞行试验之前,只能估计试验体的飞行动态。飞行体上接收机跟踪滤波器参数依此作调整。如果飞行体运动异常(试验飞行中完全有可能这样),接收机就有可能对卫星失锁,所有的TSPI数据都会丢失。如果用GPS转发器,在地面站记录所有卫星的数据,在事后分析中重放该数据,可根据实际飞行动态,将滤波器最佳化,不会丢失TSPJ数据。此外,还可由数据处理来填补丢失的数据。     

利用GPS进行近地轨道确定和会合导航

本文介绍了GPS用于近地轨道确定和会合导航的性能研究结果。目前为陆地、海上和空中导航开发的一些技术正在扩展到空间环境。对两个近地航天器上的GPS接收机系统的实际工作情况进行了仿真研究,以此评价了GPS系统的相对和绝对导航精度。为该性能仿真研究提供一个逼真的基础,拟制了一些动力学和环境模型。仿真研究获得了两项重要结论:1)轨道上用一台GPS差分基准接收机给其附近另一些GPS接收机提供信息,可以将这些接收机的绝对定位精度提高到基准站所能达到的精度。2)从同4颗GPS卫星测得测量值的两台同型号接收机,其相对定位精度(1σ)每轴向可以达到1.8m(P码)和20m(C/A码)。相对速度误差每轴小于0.04m/s。当接收机拉开相当距离时,差分GPS和相对导航技术的精度下降不明显。     

数字式跳频GPS/GLONASS接收机

在很多应用场合,对大量扩频导航卫星连续跟踪将获益匪浅。当接收机跟踪多于定位所需最小卫星数目时,通过优选卫星几何可提高卫星导航精度。动态定位可利用冗余卫星来实现更迅速的整周期判决和跳周修正。陆地导航利用额外的卫星可克服建筑物、树林和地形造成的遮挡。比较多个星座的测量值能获得有关导航稳妥性的度量。跟踪大量卫星的好处已引起人们研制能同时处理美国GPS和苏联GLONASS信号的接收机的兴趣。已经推出了几种接收机设计方案,但所有这些接收机中处理GLONASS信号的硬件都是与处理GPS信号硬件分开的。本文介绍一种高度综合的GPS/GLONASS接收机,接收机中的每一卫星跟踪通道都能随意指定它接收任一个GPS或GLONASS卫星。该接收机有一个模拟射频/中频(RP/IF)前端,用一个固定频率的本振(LO)。定制的数字专用集成电路(ASIC)跟踪选定的GPS/GLONASS卫星,并提供相关测量值送软件处理。本文介绍的GPS/GLONASS接收机利用了数字信号处理技术和有限脉冲响应(FIR)滤波器的新成果。该综合接收机的模拟RF/IF前端大大地简化了,然而其性能可与使用相当复杂模拟RF/IF电路的接收机相比拟。GPS和GLONASS之间的跳频完全在数字域中进行,不必象早期设计方案中那样用昂贵的跳频本振。深入利用数字处理技术,GPS/GLONASS接收机可采用大规模集成电路,将多个通道集成在一个芯片上。这样可大大减小体积,节省成本,不久即可推出商用多通道GPS/GLONASS接收机。     

GPS广域增强系统电离层延迟网格修正算法的研究

建立了一种广域增强系统地面监测网对电离层延迟的观测数据生成网格修正值算法,并在天津,长春,西安三地通过用双频接收机同时采集的电离层延迟实测数据,对广域增强系统的电离层网格修正法的修正精度进行验证,并与一般用户目前采用的Ｋｌｏｂｕｃｈａｒ模型修正法进行了比较,结果表明,电离层延迟网格修正法的修正精度普遍大于８０％,优于Ｋｌｏｂｕｃｈａｒ模型修正法,是一种精度较高的电离层实时修正法。     

EUVE卫星的GPS测轨

1992年夏,随着极紫外探测卫星(EUVE)一起发射了一台单频GPS接收机。EUVE卫星轨道低,并在星体上直接安装了二个天线,可用来研究误差源,以及未来卫星可达到的定轨精度。利用GDPSY—OASLSⅡ软件处理了几段GPS教据。从EUVE来的数据和从全球GPS接机网来的数据相结合,消除了SA的影响。研究了几种消除单频数据中电离层延时误差以及利用简化动力学法求解轨道的方法。通过内符合检验并与哥达德航天中心产生的GTDS轨道解作比对,鉴定了GPS测轨精度。利用GPS的测轨精密度和准确度在一米量级。     

俄罗斯全球卫星导航系统Glonass的监视站方案

本文阐述了设于莫斯科(Moscow)及诺伊施特累利次(Neustrelitz)的GPS和Glonass组合监视站网的技术规范及使用范围。具体描述了俄罗斯正在研究的GPS/Glonass组合接收机及其在该系统中的使用前景。其下一代接收机将能以每秒一次的更新速率测量载波相位,并能同时跟踪16颗卫星。监视导航卫星系统,即对斜距有关的参数进行联机观测,监视各种误差源,例如星历和历书数据、星上时间刻度、GPS和Glonass系统时间刻度的差异以及SGS—85和WGS—84座标系的差异。阐述了Glonass与GPS的一些不同特性。第一步比较了莫斯科和诺伊施特累利次的卫星可用性,以便在长期研究基础上寻求误差源及地理上的相互关系。由此得出的结论可提供给德国和欧洲用户,在未来开发中加以考虑。打算在莫斯科和诺伊施特累利次之间建立合适的通信链路,以便交换导航及定位数据。利用这些设备,还可产生DGPS和DGlonass的差分修正值。目的是在基准站50公里范围内使差分定位精度达到:水平为1.5—2米,垂直为2.0—2.5米(RMS)。按RTCMSC—104标准格式发播差分修正值。同时对单独的Glonass系统和GPS/Glonass组合系统比较所采取的不同技术进行了研究。还将研究由于接收机性能和所加修正及定标而产生的限制。