星间自主相对测距中载波相位整周模糊解算方法研究

载波相位整周模糊度解算是利用载波相位进行星间无线电相对距离测量的关键。介绍编队小卫星的工作特点,针对星间相对距离实时、高精度测量的要求,详细阐述利用双频伪码和载波相位观测值解算载波整周模糊度的方法,推导伪码、载波相位测量误差与模糊度解算误差的关系,讨论降低误差的方法。计算机仿真结果表明,该方法可以在单个测量历元获得载波相位整周模糊解算,解算精度与伪码测距精度成正比关系。     

一种解算整周模糊度几何算法实现GPS快速测姿

在多天线GPS姿态确定系统中,整周模糊度的确定一直是姿态解算的一个难题。针对载波相位双差模型,本文提出一种新的几何解算双差整周模糊度的方法。该方法首先利用C/A码数据完成姿态初步解算;然后根据初步解算的姿态参数、各天线间基线分量参数和卫星到接收机在当地水平坐标系中的向量,再利用本文提出解算双差整周模糊度几何算法求取整周模糊度双差值;将整周模糊度双差值代入载波相位双差模型反解精确的各天线坐标分量,由取得的各天线坐标分量解算得到精确的姿态参数。同时,应用本文所提出的方法,对采集的GPS多天线静态数据和动态数据进行了姿态测量解算,验证了所提方法的有效性。     

适用于CEI的GEO卫星相时延解算方法及试验

为解决在实际航天任务中利用连线干涉测量(CEI)技术进行高精度GEO卫星定轨以及共位GEO卫星相对定位时面临的载波相位整周模糊度难题,提出了一种基于卫星下行信号的多弧段融合相位模糊度解算方法,它通过相邻多弧段载波相位值和窄带信号群时延值的融合处理可精确获得无模糊载波相时延观测量。对提出的方法进行了性能仿真和实际外场试验验证,结果表明：在20 km基线上,利用北斗GEO卫星的伪码测距信号和天链卫星的测控信号均成功实现了S频段解载波整周相位模糊,相时延测量精度优于0.1ns,对应GEO卫星定轨精度优于54 m。该方法在国内首次实现了在几十km基线量级上利用几百kHz窄带测控信号获得无模糊载波相时延,具有较好的工程应用前景。     

GPS软件接收机中载波相位测量的实现

GPS接收机载波相位测量的精度优于码相位测量,但却存在整周模糊度。利用码和载波相位测量的组合可以提高伪距的精度,进而改善接收机的定位性能。研究GPS软件接收机中载波相位测量的实现方法。通过处理实际采集的信号,分析码和载波相位测量组合方法的性能。实验结果表明,通过50 s的平滑,伪距误差可以减小到毫米量级。     

一种快速求解整周模糊度的方法

针对FARA方法搜索整周模糊度组合数比较大,LAMBDA方法需要浮点解精度比较高的缺点,提出一种求解GPS载波相位测量整周模糊度的分步法。用LAMBDA方法搜索出来的整周模糊度作为FARA方法的初始解,进而用FARA方法解算出它的最终解。实验结果表明,该方法能缩短搜索整周模糊度的时间,快速准确地确定整周模糊度。     

载波相位测量中整周模糊度的解算与仿真

对整周模糊度解算全过程进行描述并提出GPS信号受到干扰条件下确定整周模糊度的一种方法。该方法将惯导伪距作为待定点目标位置的近似值 ,代入双差相位测量方程里 ,推导出误差项 ,通过最小二乘算法得到实数解的整周模糊度 ,再分别通过快速模糊度搜索法和综合模糊度搜索法进行整周模糊度搜索 ,通过仿真检验该方法的正确性同时对比两种算法性能。     

星间链路测量中的载波相位测距算法研究

运用双频伪码/载波相位组合方式求解整周模糊度的方法实现星间链路中的载波相位测距。在双频伪码/载波相位组合原理的基础上,对不同组合方式下的测量误差进行分析,并研究了增大载波频率时的载波相位测距手段。仿真结果表明,算法能得到较准确的整周模糊度值和精度较高的测距值,实现了载波相位高精度测距。     

一种GPS快速定位技术研究

用LAMBDA方法确定GPS载波相位测量的整周模糊度,需要较高精度的浮点解。但用短时间GPS观测值构建的法方程容易出现病态,以致法方程的解很不稳定。本文使用谱修正迭代法,消除法方程病态,进而用LAMBDA方法确定整周模糊度。我们的实验结果表明,对于1min左右的单频GPS载波相位测量,利用本文方法即可正确地解算出它的整周模糊度,从而实现厘米级定位。     

应用GPS载波确定载体姿态

本文简述了利用GPS载波相位技术进行载体姿态确定的原理，比较了目前已有的多种整周模糊度求解算法，选用最小二乘法进行了载体定姿实践，减少了备选整周模糊度的组合数，并采用多种约束信息来剔除不正确的模糊度组合，结合实验，指出了载体姿态变化和整周模糊度搜索速度的关系，提出了一种模糊度确定的辅助方法，并给出了应用算例。     

一种新的GPS单频单历元定姿算法研究

将全球卫星定位系统(GPS)单历元的L1波段的载波相位和码相位观测方程进行组合求解整周模糊度的浮点解。基于对浮点解与固定解间关系的分析,提出了一种将低精度浮点解映射到固定解的方法,降低了最小二乘降相关平差(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,实现了单频、单历元的整周模糊度估计。实际数据测试结果表明:算法的成功率大于95%,能有效地实时解算动态姿态。     

基于实数编码自适应遗传算法的整周模糊度快速解算

针对整周模糊度解算中实时性不强的问题,提出了一种基于实数编码的自适应遗传算法。首先利用卡尔曼滤波求解整周模糊度的浮点解,然后采用排序和多次(逆)双乔里斯基分解对浮点解及其协方差阵进行降相关处理,降低整周模糊度各分量之间的相关性,最后利用已知基线确定模糊度搜索空间,基于实数编码,将自适应遗传算法应用在整周模糊度的搜索解算过程中,求得整周模糊度的最优解。仿真结果表明,本文算法与Lambda算法相比,耗时更少;与简单遗传算法相比,具有更强的收敛能力,是一种高效的整周模糊度快速解算方法。     

基于单周多基线定位平台的空中对准技术研究

针对传统的双差分载波相位实时定位平台精度低的特点,本文设计了一种新型的基于单周期多基线组合的实时定位平台。该平台采用单周期整周模糊度算法进行模糊度解算,有效避免了周跳和初始化问题,并组合多基线测量观测值,有效地减少了单基线长度增加带来的影响,通过对平台进行建模仿真,表明其与传统平台相比具有更好的稳定性和精度。最后,本文将GPS多基线测姿算法引入,将该平台应用到空中对准技术中,进行对准仿真,取得了更高的速度和精度。     

伪码辅助载波星间自主测距技术

提出了一种存在弱相对运动的卫星之间基于载波高精度自主相对测距技术,它借助伪码测距技术所得到的粗测距离和cm级测距精度选择载波频率,消除了载波测距中存在的整周模糊度问题,避开了复杂的整周模糊度求解算法;借助伪码高精度时间差测量技术,使不同卫星上面伪码和载波相位观测时间之差的测量精度(标准偏差)优于0.1 ns,并使得星间钟差可忽略不计。最终测距3σ精度有基于伪码的cm级提高到了mm级。文中不仅分析了相对静止时卫星间的距离测量精度,而且分析了存在弱相对运动(相对运动速度不大于10 m／s)时卫星间距离测量精度。理论分析和工程可实现性分析都表明：该技术切实可行且易于实现。     

GPS技术用于编队卫星状态整体确定方案设计

编队卫星的控制和应用需要确定编队卫星的运动状态,包括卫星绝对的和相对的位置、姿态以及钟差.本文设计联合利用GPS和一种类似GPS的载波相位和伪码交联测距技术的方案,快速实现星间GPS载波相位差分的整周模糊度的确定,进一步提高相对状态确定的精度,使相对位置精度达到厘米级、相对姿态角精度达到角分级.     

一种适用于动态姿态测量的换星方法

利用GPS双差载波相位能够进行高精度的相对定位,进而确定载体姿态.该双差模型要求解算过程中接收机对初始历元的可见星进行持续跟踪,因而在卫星"落下"和"升起"时,往往需要重新初始化,使得实际应用中定姿效率受到影响.本文基于单差裁波相位观测方程提出一种实用的换星算法,该算法通过动态调整待求的整周模糊度向量,能够有效地处理卫星的"落下"和"升起",以及参考星的变换,保证整个姿态测量过程中算法的连续性,最大程度地利用了所有时刻可见星的观测信息,进一步提高了姿态解算的精度,缩短了初始化时间,提高了解算效率,对于动态姿态测量系统的实际应用具有重要意义.实际测试表明,新的换星算法是有效的.     

时间序列分析在周跳探测与修复中的应用

周跳是GPS载波相位测量数据处理中必须解决的关键问题,为了获得高精度的导航定位结果,必须对其进行快速准确地探测与修复。分析了周跳产生的原因及其特点,结合时间序列分析理论,提出了一种新的周跳探测与修复方法。首先对载波相位测量数据进行四次差分处理;然后建立了载波相位测量数据的加权预测模型,并给出了权值计算方法;最后通过对比载波相位预测值与实际测量值的大小来探测与修复周跳。利用实际数据验证表明：新方法适用于单频接收机,可以对3周以上的周跳进行准确探测与修复。     

一种适用低成本导航芯片的BDS单频周跳探测方法

传统码-载波相位周跳探测方法应用于单频BDS导航需求时,易受码观测量噪声的影响而导致小周跳探测失效,无法适用"高端低用"的高精度大众导航需求,因此,提出一种简单易行的多普勒周跳探测法,实现对低成本导航芯片BDS单频数据周跳探测,并与双差法周跳探测方法进行了比较。结果表明,双差法在两颗星同时发生相同周跳的情况下,既无法识别周跳的发生,也无法定位发生周跳的卫星,使用多普勒法不仅适用于RTK双差周跳探测,还适用于PPP的非差、单差模式下的周跳探测,既能精确探测周跳和识别发生周跳的卫星,又能定量探测到小周跳的发生。     

基于双频GPS观测信息和星间距离测量的高精度星间相对定位方法

以双星编队为对象，建立了基于GPS双频P码、双频载波相位以及星间距离观测信息的相对定位样条模型。理论分析与仿真结果表明：与仅采用单频GPS测量信息相比，该方法不仅能有效地提高相对定位精度，而且还能大大减少整周模糊度判定所需的历元数。     

一种GPS双频多天线姿态测量方法

北京遥测技术研究所自主研制的双频GPS-OEM板可以提供精度很高的双频载波相位原始观测数据,利用其对载体进行姿态测量,将是一种即经济又方便的工作方式,而且还能获得很高的精度和稳定性。基于此展开对双频GPS载波相位测姿的研究工作,结合双频GPS载波相位可以组合出86 cm波长宽巷载波相位观测值的特性,基于伪距和载波相位组合获取模糊度搜索空间,再使用最小二乘降相关平差法(LAMBDA方法)搜索整周模糊度。大量的试验数据证明,利用双频GPS载波相位进行测姿切实可行,姿态初始化速度快,测姿结果精度高。     

单频GPS载波相位相对定位研究

利用 GPS载波相位作为观测量 ,研究了采用最小二乘法和 FARA法相结合进行整周模糊度搜索和相对定位的方法 ,并探讨了影响相对定位精度的主要因素和解决途径 ,进行了相关的实验研究。实验结果表明 :在短基线的条件下 ,采用该方法进行 GPS载波相位测量的静态相对定位精度可优于 1cm。