载波相位平滑在GPS伪距提取中的应用

GPS卫星导航定位精度的高低很大程度上取决于站星距离(即伪距)的测量误差.载波相位平滑伪距在保证环路参数满足动态应力误差要求的基础上,把从延时锁相码环上提出的伪距,利用载波相位进行多点采样,平滑滤波,大大减小了伪距的随机误差.本文详细论述了载波相位平滑伪距的原理和工程实现方法,并进行了仿真验证.     

基于载波平滑伪码的高精度航天扩频体制测距技术

在航天扩频测控系统中，伪码测距技术可以有效避免相位模糊，但是码长也限制了其相位测量精度，而载波测距技术则具有更高的相位测量精度。针对扩频测控体制，提出了一种基于载波平滑伪码的高精度航天扩频体制测距技术，该技术利用锁相环获得的载波相位对伪码值进行平滑，在保留伪码测距无相位模糊特性的基础上进一步提升测量精度，从而减小测距接收机的随机误差。仿真结果和试验数据表明:该方法能有效提高星地测距精度，测量精度达到毫米量级，具有很强的实用价值。     

载波相位平滑伪距算法在区域实时定位系统中的应用

针对可能出现的伪距突发错误及载波周跳的问题,研究一种应用于低动态区域实时定位系统的鲁棒载波相位平滑伪距算法.仿真结果表明,方法可以在一定程度上减小由于伪距突发错误与周跳所引起的测距误差,进而提高定位精度.     

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。     

基于积分多普勒平滑伪距的导航算法研究

载体处于高动态机动、障碍遮挡、信号干扰和多路径等复杂环境时,GNSS接收机跟踪环路易发生信号失锁和相位失调,导致载波相位观测值发生较大变化,采用载波相位平滑伪距将严重影响导航精度。为改善GNSS接收机导航性能,对电离层效应及延时校正模型进行了研究,基于α-β滤波算法提出了基于积分多普勒平滑伪距的导航算法。实验结果表明:采用该算法在静态、动态条件下定位精度优于5m,测速精度优于0.05m/s,可显著提高GNSS接收机的导航精度。     

GPS相位平滑伪距严密定权及其在卫星编队飞行相对定位中的应用

为提高GPS码伪距解算卫星编队飞行的相对定位精度，采用了序贯双频消电离层组合相位平滑伪距双差的方法。采用综合考虑相位与码伪距精度比值和平滑历元次数进行定权的形式，克服了在GPS新星升起后因没有充分考虑相位平滑伪距权而引起的的解算结果中出现“突刺”的问题。从文中仿真的卫星编队飞行的例子来看，采用这种定权方法可以去除多处出现的“突刺”，并且解算效果比较平稳，平滑40～70个历元（采样率1Hz）后，可以达到1～2dm的相对定位精度，证明这种方法是有效的。     

基于单频GPS接收机的低轨卫星准实时定轨算法研究

研究在不依赖于GPS差分基准站的情况下,利用单频GPS接收机对低轨卫星进行定轨的算法。文章先对影响卫星定轨的各种误差进行简要的分析,根据分析的结果对传统载波相位平滑伪距观测方程进行适当修正,然后,再利用修正的方程对伪距观测进行平滑,最后利用单点定位法进行轨道解算。仿真结果表明,在只需给定少数几个历元数据的情况下,利用单频接收机可以达到米级的定轨精度。     

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。     

导航卫星伪码与载波测距观测量偏差机理分析

伪码测距和载波相位测距是卫星无线电导航系统定位、导航与授时(PNT)服务的两个基本观测量,文章针对国外文献所描述的北斗区域系统卫星在轨伪码测距测量值与载波相位观测量出现偏差,并且偏差随用户仰角发生规律性变化的异常现象,用伪码测距测量偏差的方法开展了机理分析,建立了多径效应评估的数学模型。仿真结果表明:导航卫星有效载荷各天线阵元之间时延不一致会导致上述问题,当天线内外圈阵元之间时延差超过10ns时,会引发显著的伪码测距测量值偏离载波相位测量值的现象,当天线内外圈阵元之间时延差达到30ns时,仿真结果与国外文献观测结果高度一致。最后,给出避免此类问题的设计准则:在导航卫星有效载荷天线设计过程中,除了考虑天线阵元载波相位是否符合设计值,还要考虑各阵元间伪码相位的一致性;在后期测试过程中,天线内外圈阵元间时延一致性是必须检测的关键指标。     

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。     

利用GPS实现返回式卫星的高精度定轨

探讨利用GPS系统实现卫星定轨的原理及方法。分析表明根据星载GPS接收机接收的信号进行伪距测量和载波相位测量,可获得百米级的定轨精度,并可对姿态角进行精化。     

北斗B1/B3频点载波相位和伪码测距精度评估

根据伪码跟踪精度理论,以及北斗二期和三期B1,B3频点的信号设计体制,理论分析了北斗B1/B3频点载波相位测量和伪码测距的精度,并用北斗双频接收机零基线实验对理论精度进行了实际数据验证。研究结果对用B1/B3频点的载波相位和码测量进行精确建模应用有一定的指导意义。     

北斗系统整周模糊度及周跳的确定算法

在进行卫星导航定位时,利用载波相位比利用码相位进行定位拥有更好的定位精度和安全性,并可以提升用户的满意度,然而得到测相伪距的前提是明确载波相位的整周模糊度和周跳数。首先根据三频模糊度分解模型将整周模糊度解算出来;然后利用三频码伪距/载波相位组合法进行周跳数的求解;最后仿真验证了整周模糊度解算方法的正确性,并分析比较多频接收机型号的不同对卫星信号周跳值的影响。     

卫星信号和数据质量监测算法研究

结合卫星导航系统的实际应用,对卫星播发的导航信号和观测数据的质量监测算法进行了研究,可以满足卫星定轨和用户定位精度的要求。文中首先分析了卫星信号出现异常的原因,并有针对性地给出了用于卫星信号质量监测的宽窄相关伪距比较和码-载偏离度计算方法,然后又对用户伪距和载波相位这两个主要测量值的数据突变问题的实时监测方法展开了分析和探讨,最后进行了仿真研究。结果表明,这些算法是可行、实用并且有效的。     

BOC导航接收机伪码测距零值分析

伪码测距零值是现代卫星导航领域的重要指标,目前对于高精度BOC导航接收机的信道建模和仿真尚没有一般性的量化分析方法。针对这种情况,提出了基于副载波相位消除跟踪算法的零值估计模型,并推导了任意信道特性滤波器与伪码测距零值的关系式,然后定量地分析了信道特性对于测距零值的影响;最后在软件接收机上进行了仿真检验。     

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。     

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。     

导航卫星载波相位测量中的相位缠绕研究

文章针对载波相位测量在高精度测量、定位领域中，由于导航信号接收天线与发射天线的非理性因素导致的测量误差问题进行研究。根据载波相位测量原理及导航信号天线的收、发原理，从理论上分析了因导航信号接收天线与发射天线之间倾角的不一致性而导致的载波相位测量中相位缠绕的产生，以及相位缠绕对载波相位测量、定位精度的影响，并通过理论计算得出，载波相位测量中相位缠绕引入的测量误差最大可达厘米量级。计算结果表明，相位缠绕对高精度载波相位测量引入的测量误差不可忽略。在实际的载波相位测量应用中，尽量提高导航信号接收天线与发射天线之间的倾角的一致性，以减小相位缠绕对载波相位测量引入的测量误差，进而获得高精度载波相位测量值。     

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。