Real-time clock comparison and monitoring with multi-GNSS precise point positioning: GPS,GLONASS and Galileo

The precise point positioning (PPP) technique is widely used in time and frequency applications. Because of the real-time service (RTS) project of the International GNSS Service, we can use the PPP technique for real-time clock comparison and monitoring. As a participant in the RTS, the Centre National d’Etudes Spatiales (CNES) implements the PPPWIZARD (Precise Point Positioning with Integer and Zero-difference Ambiguity Resolution Demonstrator) project to validate carrier phase ambiguity resolution. Unlike the Integer-PPP (IPPP) of the CNES, fixing ambiguities in the post-processing mode, the PPPWIZARD operates in the real-time mode, which is also called real-time IPPP (RT-IPPP). This paper focuses on applying the RT-IPPP for real-time clock comparison and monitoring. We review the principle of real-time clock comparison and monitoring, and introduce the methodology of the RT-IPPP technique. The observations of GPS, GLONASS and Galileo were processed for the experiments. Five processing modes were provided in the experiment to analyze the benefits of ambiguity resolution and multi-GNSS. In the clock comparison experiment, the average reduction ratios of standard deviations with respect to the G PPP mode range from 9.7% to 35.0%. In the clock monitoring experiment, G PPP mode can detect clock jumps whose magnitudes are larger than 0.9 ns. The RT-IPPP technique with GRE PPP AR (G) mode allows for the detection of any clock jumps larger than 0.6 ns. For frequency monitoring, G PPP mode allows detection of frequency changes larger than 1.1 × 10⁻¹⁴. When the RT-IPPP technique is applied, monitoring with GRE PPP AR (G) mode can detect frequency changes larger than 6.1 × 10⁻¹⁵.     

航空电子MB-OFDM-UWB无线互连信道分析与仿真

多频带正交频分复用超宽带（MB-OFDM-UWB）是航空电子内部无线互连（WAIC）的候选通信体制之一，不同于普通的室内无线信道，超宽带信号在金属和复合材料的机舱内部存在复杂的反射和多径干扰。给出一种适用于WAIC应用的MB-OFDM-UWB无线通信系统物理层方案，并参照IEEE802.15.4a标准提出一种适应航空电子机舱内部特征的多簇多径UWB信道模型；通过基于接收球的反射角误差法仿真得到无线信道的冲激响应，确定了机舱环境下信道模型的簇到达率、径到达率和混合因子；进而采用Simulink进行MB-OFDM-UWB信号系统仿真，表明在110 Mb/s码速率条件下，当误码率低于国际电信联盟（ITU）标准规定的10^-6，机舱环境下的信噪比应比普通室内环境高1 dB。另外，在研究过程中，为了确认电磁仿真中接收球半径的有效性，针对基准环境将仿真结果与文献报道的实测结果进行了对比。     

Carrier phase prediction method for GNSS precise positioning in challenging environment

Since the signals of global navigation satellite system (GNSS) are blocked frequently in challenging environments, the discontinuous carrier phases seriously affect the application of GNSS precise positioning. To improve the carrier phase continuity, this paper proposes a carrier phase prediction method based on carrier open-loop tracking. In the open-loop tracking mode, the carrier numerically controlled oscillator (NCO) is controlled by the predicted Doppler, but not by the loop filter output. To improve the phase prediction effective time, accurate receiver clock drift estimation is studied in the prediction method. The phase prediction performance is tested on GNSS software receiver. In the phase prediction effective time tests, open-loop processes were set for the tested channel. The test results show that, when some satellite signals are blocked in 15?s, the probability of carrier phase error less than quarter cycles is more than 94%. In the real time kinematic (RTK) positioning tests, some satellite signals are blocked in 10–15?s repeatedly. The test results show that, the carrier phase continuity is basically not affected by the signal interruption, and the RTK can almost keep continuous centimeter-level positioning accuracy without re-fixing the integer ambiguity.     

通信导航融合定位技术发展综述

详细分析了蓝牙、Wi-Fi、超宽带、移动通信网络等多种无线网络通信导航融合定位技术的发展现状,并阐述了其面临的挑战,提出了多网融合方法可以提升室内无缝高精度位置服务的可靠性。利用5G移动通信网络,与北斗/GNSS卫星导航系统结合,可以实现相互增强。最后,从天地一体定位导航与授时体系和仿生通信定位导航两方面介绍了通信导航融合定位技术的未来发展趋势。     

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。     

面向建筑空间的OFDM信号定位性能分析

针对利用OFDM信号进行定位时信号非连续性问题,提出一种粗检测和精细检测结合的测距方法,将距离测量转换为不同尺度的时延样点,采用时域粗检测快速估算接收OFDM信号的最大相关峰值,然后对传输时延进行频域精细测量,提升了小数倍采样周期时延测量的精度。在此基础上,分析了OFDM信号的定位性能,仿真结果表明,当OFDM信号在信噪比-11dB的情况下测距误差由3m左右(子载波数512)降至1m(子载波数4096)。     

基于非线性规划的室内TOA测距值优化方法

在室内环境中,无线信道中的非视距和多径传输等效应严重影响了到达时间（TOA）定位系统的测距值精度,从而导致较大的测量误差和定位误差。将测距值优化抽象为非线性规划问题,在实现视距/非视距（LOS/NLOS）场景识别的基础上,利用TOA测距误差模型和“目标-基站”间的几何约束为序列二阶非线性规划方法设置合理的初始值,建立了目标函数和约束条件,对定位测距值进行了有效校正。利用典型的TOA测距误差模型进行了仿真验证,利用具有TOA测距功能的无线定位节点在办公环境中进行了实测验证。结果表明,该方法优化后的测距值精度明显优于原始测距值和传统的测距值修正方法,从而验证了该方法的有效性。      

螺栓孔的位置度误差对短精密螺栓连接结构装配力学特性的影响

为了研究螺栓孔的位置度误差对装配力学特性的影响,建立了考虑位置度误差的误差模型和有限元模型,研究了位置度误差对单个短精密螺栓连接结构的连接刚度和孔边应力的影响,建立了短精密螺栓组的位置度误差计算模型和有限元模型,分析了上、下被连接件的安装角度、第1颗螺栓的装入位置对短精密螺栓组结构的连接刚度的影响。研究发现:位置度误差对轴向刚度影响较小,对切向刚度影响显著,位置度误差在切向载荷方向的投影值是影响切向刚度的主要因素,螺栓孔的孔边应力在180°处达到最大,通过计算和比较位置度偏差的投影值与模长的标准差,得到了3种较优的螺栓装配方案。      

GPS/伪卫星组合定位中伪卫星改进选址模型

为了更为有效地改善GPS卫星的几何结构,提高GPS/伪卫星组合定位的精度,在推导伪卫星增强GPS系统基本公式的基础上,阐述了GPS绝对定位精度因子的相关理论,说明了引入伪卫星的必要性;提出了建立以观测时间、高度角和方位角为自变量,绝对定位精度因子为因变量的四维选址模型,并采用一次性添加伪卫星方式,改进现有的逐颗添加方式,建立了整体最优的伪卫星选址模型,给出了该模型的工作流程。以空间位置精度因子PDOP为例,进行实测数据测试与分析,结果表明：基于两种伪卫星添加方式建立的四维模型均可为高效的伪卫星选址工作提供可靠依据,实现伪卫星的优化选址;其中一次性添加方式优于逐颗添加方式,尤其对于添加2颗伪卫星,PDOP值在局部的优化程度达到了1.0以上,较大程度地改善了逐颗添加伪卫星方式产生的不利区域,可以提供更为有效的伪卫星选址方案。     

航天器自主交会对接的高精度目标定位方法

根据航天器自主式交会对接的实际应用背景和技术需求,针对交会对接过程中所要求的高精度、实时性和强抗扰的技术指标,在合作目标特性分析的基础上,将高斯曲面拟合与双线性插值相结合,提出了一种高精度的合作目标定位方法。首先根据目标图像的灰度分布进行双线性插值和高斯曲面拟合,在此过程中可同时利用目标原有像素和插值点的亚像素信息,使拟合曲面各幅值点的坐标精度达到亚像素级,以确定目标的中心位置。仿真图像和实拍图像的试验结果表明,此定位方法具有亚像素级的定位精度,其总体定位误差可达到1/20个像素左右,并能满足实时性要求,可以在航天器交会对接与空间遥操作等方面的应用中发挥重要作用。