广域差分GPS(WADGPS):未来的导航系统

一般差分GPS(DGPS)在距基准站100公里的范围内,定位精度通常为1—3m,广域差分GPS(WADGGPS)在更广阔的区域内可以获得和DGPS一样的精度,但是可以减少基准站的数量并且大大提高系统的稳妥性。利用WADGPS的试验结果表明,使用6个监视站,最短基线长1632公里的情况下,龄期为10—20s的双频用户,定位精度可达到1.5—4m。     

GPS差分基准站的位置测定探讨

从影响差分GPS定位精度的因素入手，对建立差分GPS基准站及基准站坐标的测定作了较详细的研究。为了解决异地使用中，DGPS无法用联合观测网站测定基准坐标的问题，提出了用GPSolution方法测定基准站坐标。该法具有简单、直接、经济的优点。     

4种DGPS模块动态定位精度测试与分析

采用RTK-DGPS为参照,对GARMIN GPS15L、Ublox LEA-4S、Gstar GS-87和Gstar GS-89m-J共4种DGPS模块在单机模式、地面伪距差分模式和卫星差分模式下的动态定位精度进行了测试和分析.结果表明:(1)对于GARMIN GPS15L 和Ublox LEA-4S,单机定位精度为米级,使用地面伪距差分定位可分别提高动态定位精度20%和87%;(2)总体上看,DGPS模块的地面伪距差分定位精度优于卫星差分定位,卫星差分定位精度优于单机定位;(3)在视野狭窄地段,无论单机定位、伪距差分定位还是卫星差分定位,动态定位精度都受到一定影响,和视野开阔地段相比,精度明显下降.     

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。     

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。     

GPS数据事后处理方法研究

介绍了准载波相位事后差分GPS和相对GPS两种GPS数据事后处理方法,利用GPS数据事后处理方法能显著提高GPS定位精度,且现场测试过程中无须基准站精确坐标,没有大量数据的实时传输和解算。     

差分GPS的原理和实现方法

GPS卫星无线电导航系统预计在1995年投入正式运行。GPS信号中的P码仅供美军和特别用户使用,C/A码则向全世界民用开放。C/A码受选择可用性(SA)影响,导航静度下降到一个适当水平。为提高GPS定位精度,各国都争相研究差分GPS(DGPS)。本文从GPS误差入手,主要就DGPS原理和实现方法进行讨论。     

北斗三号系统PPP-B2b信号定位服务模型及性能分析

给出了PPP-B2b信号定位的观测模型和随机模型，详细阐述了PPP-B2b增强改正模型和参数估计模型，并进行了静态和动态定位实验。结果表明：对于单系统，在30min的收敛时间内，北斗三号定位精度可以达到水平0.118m（静态）、0.176m（动态），高程0.208m（静态）、0.423m（动态）以内，GPS定位精度可以达到水平0.113m（静态）、0.163m（动态），高程0.206m（静态）、0.377m（动态）以内；对于北斗三号/GPS双系统，在20min的收敛时间内，定位精度可以达到水平0.092m（静态）、0.122m（动态），高程0.158m（静态）、0.312m（动态）以内。无论是收敛性还是定位精度，均能满足北斗三号精密单点定位服务指标的要求。     

广域差分GPS系统

业已证明GPS是一种极为精确的定位工具,可用于各种场合。可是在某些情况下,例如,飞机进场、着陆,还需更高的精度。广域差分(WADGPS)就是可用来达到这一目的的一种系统。该系统由一个主站以及分布于全美国的若干当地监测站组成。该系统计算并向用户发送误差修正矢量。修正矢量为如下一些参量:描述3维星历误差、卫星时钟偏差和电离层延时的参量。主站收集每个当地监测站上采集的GPS测量值,利用非线性静态计估和成批最小二乘相结合的方法估计误差。对全美国监测站周围的用户作了仿真计算,研究了15个站的WADGPS网的性能。这些监测站设在现有的罗兰或甚高频全向信标(VOR)站上。仿真结果表明,利用WADGPS,可以减少95％以上的GPS额定定位误差。     

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。     

差分GPS下的精确空中导航

TheAccurateNavigationwithDGPS当今世界,全球定位系统（GPS）导航技术正在成为商业运输机实际飞行中导肮的一种有效手段。当然,必须对GPS位置信息经过校正后才真正有效可行;这些校正必须有其经济性;必须能够由传输到空中交通管制（ATC）中心的无数位置信息来完成。差分GPS（DGP）的出现,成功地满足了以上要求。DGPS网络的经济性,能够使所有飞机运营者利用这项技术来提高导航精度。DGPS的益处不仅在于其经济性和更高精度的区域导航性能,还在于特别是在恶劣天气和零能见度条件下的精密进近过程中,迅速反应,及时、准确定…     

基于广播星历的北斗绝对位置基准建立与精度分析

军事反恐、远洋或偏远地区等区域由于条件受控或受限，无法快速自建基准站网框架，因此难以获取高精度的全球绝对位置基准。基于此，提出了利用广播星历中获取的开普勒轨道参数和钟差参数，联合伪距和载波观测值，对单站多天观测文件和导航文件进行静态序贯最小二乘解算，使其定位精度收敛，进而为该区域提供一个低成本的绝对位置基准。多天连续试验结果表明：1）在静态环境下，BDS广播星历单天解的平面和高程定位精度分别为30.0cm和20.0cm，若延长观测时长至7天左右，可获得收敛解，其平面和高程方向平均精度分别达到9.5cm和14.3cm；2）用超快速星历代替广播星历，则BDS单天解平面和高程精度分别为24.3cm和37.3cm，与广播星历结果相差不大；3）对比BDS和GPS定位结果发现，BDS与GPS定位精度结果基本相当，GPS/BDS组合可显著提升定位精度和稳定性。     

GPS移动基准站差分定位算法

相对导航定位技术在空中加油任务中起着至关重要的引导作用。针对传统差分定位模式受限于基准站位置固定、覆盖范围有限等问题,研究了一种无固定基准站差分定位方案,实现了短基线高精度动态相对定位。该方案首先基于实时伪距单点定位求得移动站近似坐标,结合载波信息进行站间差分,求得单差模糊度浮点解及更高精度的移动站坐标。之后,再利用双差观测方程,并采用扩展Kalman滤波(Extended Kalman Filtering,EKF)算法获得移动站精确坐标和双差模糊度浮点解。最后,采用LAMBDA算法进行模糊度快速固定,获得最终定位结果。实验结果表明,所采用的无固定基准站差分定位方案使得基线长度均方差小于5cm,达到了较高的动态相对定位精度。     

5G微基站环境下GNSS接收机性能及观测质量分析

我国已全面进入5G时代，为研究5G微基站电磁环境对全球卫星导航系统（GNSS）接收机工作性能及观测数据质量的影响，基于自主建设差分基准站的零基线观测数据，采用静态相对定位方法，通过观测数据质量分析、载波与伪距的双差残差序列、对比相对静态定位结果，综合评估5G微基站对GNSS接收机工作性能及观测数据质量的影响。实验表明：当前环境下，GNSS差分基准站及接收机处于近距离建设的5G微基站时，载波相位观测噪声变化范围为5cm，伪距观测噪声变化范围为15cm，零基线测试结果变化范围为1mm。在实验距离内，5G微基站对于GNSS接收机工作性能及数据观测质量影响较小，可以忽略。     

单颗导航卫星的轨道确定

讨论在导航星座只有一颗卫星时,不依赖于时间同步系统的卫星定轨策略和精度分析。采用历元间差分算法,在消除钟差的主项（低频）误差后,将伪距和相位数据转化为等价的积分Doppler数据,并对其建立测量模型。仿真分析表明,此时不需要知道钟差参数而定轨算法收敛。为进一步验证此定轨方案的可行性及其定轨精度,利用实测的GPS数据进行轨道确定计算,计算结果表明,采用历元间差分算法,利用国内观测台站3天弧段的观测资料对单颗GPS卫星进行定轨,其径向精度优于10m,利用其对国内定位用户的用户距离误差URE可达13．8m。     

航空航天技术

霍尼韦尔公司改进卫星着陆系统 今年9月21日,美国大陆航空公司的一架MD-83利用特Ⅰ类差分GPS系统完成了第一次商业飞行,在装有霍尼韦尔公司SLS-2000地面站的纽约组瓦克机场和明尼阿波利斯圣保罗机场完成了DGPS精密进近.目前,世界共有7个机场安装有SLS-2000,其中2个在美国.该公司还正在开发Ⅰ类卫星着陆系统(SLS)或局域增强系统(LAAS),计划1999年取证.该公司相信,以GPS作为单一导航方式,不会因其干扰问题危及远期的市场前景.     

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。     

GNSS广域差分改正数估计方法研究

随着我国北斗三号基本系统的正式运行,基于地面监测站的广域差分增强系统成为进一步提升卫星导航定位精度的手段之一。在码噪声多径误差修正(CNMC)的基础上,使用等效钟差方法实现GNSS卫星轨道与钟差误差的解耦,并依据卫星轨道运动的动力学特性,引入希尔差分方程描述卫星轨道误差变化,实现对轨道误差的实时卡尔曼滤波估计。基于GPS实测数据,对改正前后的用户等效测距误差(UERE)和定位精度进行了对比研究。实验结果表明,采用该方法,UERE标准差由改正前的0.456 m减小至0.227 m,降幅达到50.22%;整体水平定位误差(95%置信区间)由0.981 m减小至0.782 m,垂直定位误差(95%置信区间)由1.991 m减小至1.131 m,分别提升了20.29%和43.19%,差分改正效果明显。     

地空靶场实时GPS载波相位差分测量系统的应用研究

地空靶场实时GPS差分高精度测量系统是当代飞机飞行试验中解决火控系统标校、测控系统校飞或导弹武器系统精度试验等问题的有效手段,是地空靶场测控系统的重要组成部分。本文基于载波相位观测量的GPS实时差分定位的原理,以及对数学模型的分析,论述了将GPS实时定位技术应用于地空靶场中机载或弹载导航系统的实现方法。文中详细地规划了基准站和移动站,以及它们之间实时互访的构建方案。     

地空靶场实时GPS伪距差分测量系统的应用研究

地空靶场实时GPS差分高精度测量系统是当代飞机飞行试验中解决火控系统标校、测控系统校飞或导弹武器系统精度试验等问题的有效手段,是地空靶场测控系统的重要组成部分。本文基于伪距观测量的GPS实时差分定位的原理以及对数学模型的分析,论述了将GPS实时定位技术应用于地空靶场中机载或弹载导航系统的实现方法。文中详细的规划了基准站...