基于改进FCM的北斗三频组合观测值选取

以北斗卫星导航系统三频双差为基础探讨了组合观测值及误差,针对以往采用聚类方法在研究GPS三频组合数据过程中的不足,提出了基于距离修正的增量模糊C均值算法.通过调节因子有效地修正了样本中心与聚类中心的距离,获得合理的隶属度,从而得到正确的分类;构造了基于距离修正的聚类有效性指标,自动获取最佳聚类数,避免了人为确定聚类数的不合理性;在此基础上引入增量的思想,数据增加时以原有的数据集为基础,根据阈值进行归类,不需要重新进行初始计算.通过矩阵变换法及实例验证了该方法的可行性和可靠性.     

基于三频数据的北斗卫星导航系统DCB参数精度评估方法

差分码偏差（Differential Code Biases,DCB）参数作为导航电文中重要的一项,是影响用户PNT服务的主要误差源之一。北斗卫星导航系统（后文简称“北斗系统”）发射三个频点的导航信号,在导航电文中需要发播卫星的2个TGD（Timing Group Delay）参数。文章首先介绍了北斗系统卫星DCB参数最小二乘解算与形式误差评估;其次根据北斗系统三频特点,提出了不同频点组合计算垂直方向电离层电子总含量（VTEC）互差的DCB精度定量评估方法,并与IGS(International GNSS Service)提供的GPS卫星DCB精度进行比较;最后,详细分析了DCB参数精度对用户等效距离误差（UERE）计算和定位计算的影响,分别采用卫星出场标定DCB参数和经过解算DCB参数进行评估。实测数据分析结果表明,北斗系统卫星DCB参数解算形式误差与IGS解算GPS卫星DCB参数形式误差相当,但受卫星类型和解算测站的几何分布限制,北斗系统卫星DCB参数解算不确定度相比IGS略差,估计精度优于0.5ns,不同频率组合计算VTEC互差绝对值均值优于0.6TECU。相比采用卫星出场标定值,采用系统解算DCB参数后,双频用户三维位置误差改善13.80%～47.42%。     

一种用INS辅助GPS周跳检测和求解整周模糊度的方法

在INS／GPS全组合导航系统中，需要利用GPS载波相位测量信息，其中整周模糊度的确定和周跳的检测是两个关键的技术。文中提出了利用INS信息对GPS解算过程中的周跳检测和整周模糊度的确定进行辅助解算的简易快速算法，并进行了计算机仿真。仿真结果表明，文中提出的INS辅助GPS的周跳检测简易算法可以有效的检测出发生的小到一周的周跳；在一定条件下，利用INS信息辅助GPS可以瞬时可靠地求解出整周模糊度。     

X射线脉冲星绝对定位法研究

研究和分析了脉冲星定位方法中的绝对定位法。通过一系列的公式和图表详细分析了定位算法的理论依据,同时还对整周模糊度问题的解算进行了研究。最后,利用MATLAB建立了一个简单模型,对定位算法进行仿真。结果表明定位准确度与星载原子钟准确度、脉冲星相位模型准确度以及相位观测误差有直接联系。     

适用于单频GPS用户的周跳探测方法

针对单频GPS(Global Position System)用户的载波相位周跳探测问题,在传统的载波相位和伪距组合方法的基础上提出了一种新的周跳探测方法.该方法将载波相位和码伪距的组合观测量在历元间做差形成差分序列,以此构造实时的周跳探测量,由于该探测量易受观测噪声的影响,因此使用仰角指数模型作为经验模型对于测距噪声进行估计,基于假设检验的方法,通过对该探测量是否超过相应的检测门限来判断是否存在周跳.在实测的GPS观测数据基础上,对这一方法进行了验证,结果表明:相对于传统的周跳探测方法,该方法可以更加及时、准确地发现较小的周跳,对于单频的GPS用户具有较好的适应性.      

新的GPS单频单历元定姿算法

LAMBDA算法依赖于初始的模糊度浮点解,但仅用载波相位观测方程需要多个历元才能获得浮点解,将导致初始化时间过长.针对这一问题,对GPS(Global Positioning System)单历元的载波相位单差方程进行特殊变换,将未知的整周模糊度看成噪声,从而构造出新的观测方程,和原始的观测方程进行组合求解,克服了仅用载波相位双差观测方程因为亏秩而无法在单历元获得浮点解的缺点,解决了初始化时间的问题.通过深入研究浮点解和固定解之间的关系,提出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,避免了用多个历元获取浮点解的高精度,从而实现了单频、单历元的整周模糊度估计.通过实际测试,该算法成功率高于97%,能够有效地用于实时动态姿态解算.      

基于相位偏差的实时PPP模糊度固定

采用CNES发布的实时相位偏差数据，实现包含模糊度固定的实时精密单点定位.对全球10个IGS测站10天观测数据进行RTPPP解算，分别统计模糊度首次固定时间和定位精度，结果显示利用实时相位偏差数据能在平均30min内实现模糊度首次固定，模糊度固定时水平位置误差由6cm迅速降低至2cm左右，三维位置误差由10cm迅速降低至5cm左右，同时RTPPP模糊度固定在3h观测内可保持水平3cm、三维5cm左右的定位精度.通过分析得出，基于相位偏差的RTPPP模糊度固定技术具有较高的定位精度和定位稳定性，能够快速实现cm级定位.      

基于MLAMBDA的BDS/GPS单频RTK性能分析

GNSS RTK技术以其高精度、高效率、实时性的优点，被广泛应用于航空航天等领域.目前双频RTK技术已非常成熟并且应用较广.相比于双频，单频GNSS RTK在数据质量控制、定位误差处理等方面存在难点.因此单频RTK服务精度可能会受到限制，其定位性能有待研究.本文基于扩展卡尔曼滤波模型，通过MLAMBDA模糊度搜索方法和Ratio检验法，结合实测数据，对比分析BDS，GPS，BDS/GPS三种模式下的单频RTK定位性能.实验证明在静态场景下，三种模式的单频RTK定位精度都在厘米级，可满足高精度定位需求；动态场景下三种模式的模糊度固定率都在70%以上，可满足日常定位需求.在静态及动态应用场景下，北斗的模糊度固定率最高，模糊度解算所用时间短，能实现快速RTK定位.      

脉冲星导航的整周模糊度解算方法研究

脉冲相位是X射线脉冲星导航方法的基本观测量,在测量的脉冲相位与预报相位比对的过程中存在整周期模糊度问题．借鉴GPS载波相位模糊度的解算方法,提出了单差搜索法、最小二乘搜索法和模糊度函数法3种空间搜索方法用以解算脉冲星导航系统的整周模糊度,并针对地球卫星完全迷失的情况进行了搜索仿真验证．结果表明,这3种方法都能够准确地解算出整周模糊度,均可用于脉冲星导航系统的在轨解算．其中最小二乘搜索法的性能稳定,搜索速度快;模糊度函数法搜索速度慢,但适用于装配单X射线探测器的脉冲星导航系统．     

脉冲星导航的天体测量考虑

X射线脉冲星导航是基于X射线脉冲星观测,经过信号处理得到脉冲到达时刻序列,进而分析该时间序列提供导航相关信息的技术。为了分析脉冲星导航的可行性和依赖条件,从概念上描述了脉冲星的观测模型,并比较了射电脉冲星观测和X射线脉冲星观测数据处理过程;进而从天体测量的角度论述了脉冲星导航可行性的相关问题,主要包含观测量的获取、整周模糊度和应用范围3个问题。经分析可知:观测量的获取与观测者的速度有关,该速度可通过最大化观测轮廓法确定;对于深空和超深空导航,整周模糊度是首先需要解决的问题,脉冲星的位置精度也是需要考虑的因素。理论上X射线脉冲星导航可以应用于近地和深空探测。     

Galileo系统与GPS卫星定位系统相位组合观测值的模型研究

在介绍Galileo系统空间信号的基础上,以模糊度保持整数为前提,给出了Galileo系统的4个频率载波与GPS L2载波的组合相位观测值的定义,并对有关误差影响加以分析,最后根据一定的组合标准论述了具有相应特性的组合观测值,并给出一些典型的组合.      

Galileo/GPS载波相位组合观测值可匹配的研究

详细讨论了Galileo系统的4种载波与GPS L2载波的相位组合观测值的可匹配问题.在模糊度保持为整数的前提下,给出了Galileo/GPS载波相位组合观测值的定义,并对包括系统噪声和观测噪声在内的有关误差影响加以分析,最后给出了组合观测值可匹配的定义和判断可匹配的充要条件.      

两步法快速解算编队卫星GPS模糊度

为克服卫星编队飞行实时相对定位中双频模糊度解算速度慢的缺点,结合扩展Kalman滤波(EKF,Extended Kalman Filter),首先采用少数个历元(如10个)相位平滑伪距相对定位结果与 L₆的平均值对滤波初始化,再根据两步法解算双频模糊度,即先解算并正确固定宽巷模糊度,获得较准确的基线分量估值,然后采用选权拟合方法,将基线分量作为约束条件解算并固定双频模糊度.仿真算例计算结果表明,当宽巷模糊度正确固定后,编队卫星间相对定位误差在5cm以内,两步法可以在较短时间(约3min)内固定双频模糊度,为精确解算编队卫星的相对状态提供保障.     

精密单点定位部分模糊度固定方法

提出一种新的模糊度固定方法,并把算法应用到精密单点定位(Precise Point Positioning,PPP)中,将模糊度进行选择固定,以实现恶劣环境下快速、有效获得较高PPP固定解的目的。该方法以模糊度固定成功率和Ratio因子为约束条件,基于最小方差优先固定的模糊度子集选取方法实现PPP中模糊度的部分固定。算例从模糊度固定可靠性、收敛速度以及PPP固定解精度等方面对部分模糊度固定方法进行了分析。结果表明,该方法使得PPP模糊度固定的平均可靠性比传统固定方法提高了近一倍、参数解算的平均收敛时间缩短了1/4左右。因此,更适合在初始阶段观测信息较少或残余误差较大而难以固定全部模糊度的时候,快速获得较高精度的PPP固定解。     

附加Doppler预报坐标约束的模糊度 动态解算新方法

利用GPS(Global Positioning System)相位观测进行动态定位的主要困难就是法方程不适定问题(秩亏或病态问题),导致模糊度浮动解及其协方差阵不准,以此构造的模糊度搜索范围比较大,使得模糊度的搜索非常困难.提出利用Doppler高精度测速预报近似坐标并对其附加约束,解决法方程求逆中的不适定问题,提高模糊度浮动解及其方差阵的准确性,缩小模糊度的搜索范围,提高模糊度搜索的成功率.结果表明,短基线情况,新方法在模糊度动态解算中取得了明显效果.      

多频GNSS电离层折射误差修正方法CSCD

针对电离层折射误差较大的特点,分别对GPS(Global Positioning System)和BDS(Bei Dou Navigation Satellite System)的单一频率的电离层折射误差进行了分析,并将不同频率进行线性组合,计算出组合后的电离层折射误差。此方法修正了双频一阶项、三频一阶项和三频二阶项电离层折射误差。由于电离层延迟修正的同时会放大观测噪声,为此分析比较了不同频率组合修正后的观测噪声,为最佳频率组合的选取提供了理论方法。     

单接收机GNSS数据组合硬件延迟的联合求解方法

利用GNSS观测数据解算TEC的最大误差源是硬件延迟,包括卫星硬件延迟和接收机硬件延迟.在单接收机情况下,由于数据稀疏以及接收到的卫星信号时间不对齐等特点,已有的解算硬件延迟方法的求解结果往往不理想.在应用局域模式拟合方法和SCORE方法求解单接收机数据基础上,利用局域模型拟合法在电离层平静期拟合较准确的优点,提出一种联合改进方法,同时改正了SCORE方法解算过程中约束过强的缺点.通过利用GPStation-6接收机的GPS和BDS实际观测数据进行解算分析,验证了所提方法的有效性与准确性.      

基于卡尔曼滤波平滑多普勒值的单频周跳探测方法

针对高轨卫星搭载的GNSS单频接收机观测值精度低导致多普勒法难以准确探测周跳的问题，提出了基于卡尔曼滤波平滑多普勒值的单频周跳探测方法。首先使用卡尔曼滤波平滑多普勒观测值，以降低观测噪声的影响，然后联合使用平滑后的多普勒值和载波相位观测值按照传统多普勒法计算周跳探测量，并对其进行历元间差分，从而降低系统误差，提高周跳检出率。实验使用探月三期再入返回试验任务中月地转移段返回舱接收到的GNSS观测数据，结果证明提出的方法相比传统的多普勒法可以在低信噪比的环境下更准确地进行周跳探测，可为后续高轨卫星的GNSS搭载试验提供技术支撑。     

基于UKF的姿态无关GPS双差整周模糊度确定

基于运动的GPS双差整周模糊度确定方法需要预先知道载体的姿态,为了消除对姿态的依赖,研究了一种新的整周模糊度确定方法。首先将多天线载波双差相位矢量观测方程转化为标量观测方程,消去了对载体姿态矩阵的依赖。经过短时离线观测,以中心估计算法和协方差白化算法估计和修正双差整周模糊度的近似解及协方差矩阵。再以该近似解和协方差矩阵为初值,由无迹卡尔曼滤波(UKF)实时估计双差整周模糊度的精确解。最后对该方法进行了仿真,仿真结果表明经过离线批处理算法的预处理UKF可准确收敛于真实解,证明了方法的正确和有效性。     

垂直对天顶测量的紫外前向散射探测臭氧总量的可行性研究

选用SBDART模式作为大气辐射传输计算模式,通过模拟计算和结果分析探讨无云的晴天、垂直对天顶观测的紫外前向散射反演大气臭氧总量的可行性.计算表明,穿透能力与探测灵敏度之间的复杂联系使得探测波长应随着sΩ0的增大而波长变长,若用波长对探测,则波长对中较短的波长也应随着sΩ0的增大而增大.另外大气的臭氧总量越少,反演结果受下垫面反照率、气压和仪器精度的影响越大,因而反演误差越大.当强度Ii的测量精度为±1%时,下垫面反照率R和气压P0的分辨率分别达到±0.05和±50 hPa,若用单波长探测,则在大气臭氧总量Ω0和s都较小时,反演结果大于5%;若选用波长对进行探测,由于R和P0的误差对反演结果的影响降低,故精度大大提高.Ii,R和P0在上述精度下,选取适当的波长对进行探测,精度至少可达±4%,当臭氧总量高于350 DU时,可达±2%.