改进粒子群优化的卫星导航选星算法

为提高选星算法的性能,提出一种基于人工鱼群算法的粒子群优化（PSO）选星算法。该算法利用人工鱼群算法良好的全局收敛特性,克服了粒子群优化算法易陷入局部最优的缺点。将每种卫星组合看作空间中的一个粒子,选取几何精度因子（GDOP）作为适应度函数。利用所提算法更新粒子自身位置,优化卫星组合与几何精度因子。利用实际数据对所提算法进行验证和对比,结果表明:改进的选星算法在保障选星效率的同时,选星结果的准确性优于标准的粒子群优化选星算法。      

基于帝国竞争优化的双目标综合决策选星算法

全球卫星导航系统（GNSS）的应用前景已经得到世界各国的普遍承认,其应用领域也趋于多样化,在此背景下,卫星接收机也要求其具有更快的解算速度和可靠的精度。针对目前多数接收机的选星算法都是固定选星数目从而限制算法机动性的问题,提出基于帝国竞争优化算法（ICA）的双目标综合决策选星算法。为了更好获取几何构型较好的卫星星座,引入可见卫星的卫星仰角和方向角先验信息,进行先验性约束,通过构建几何精度因子（GDOP）以及选星数目2个目标,进行综合决策的快速选星,提高了选星的灵活度,并且在满足用户精度的要求下减轻了多星座卫星接收机的计算负担。通过仿真实验和实测数据对双目标综合决策选星算法验证的结果表明:所提算法在高度截止角5°下引入先验性约束条件后平均选星数目在仿真数据和实测数据中缩减率分别为51.8%和45.4%,平均GDOP值较无约束下分别减少0.209 2和0.248 4。同时,所提算法单次选星平均耗时分别为0.168 4 s和0.303 1 s,与遍历法的选星耗时4 s相比,提高了95.79%和92.42%。      

PSO选星算法参数分析与改进

多星座组合导航提供更多的可用卫星,但也增大接收机计算复杂度,选取部分可见星代替全部可见星进行接收机位置解算成为选星算法研究的热点。粒子群优化（PSO）选星算法将PSO算法引入到选星过程中,该方法能够减少选星时间,实现北斗/GPS组合星座快速选星。研究了该算法的关键参数包括惯性权重因子、加速系数、种群大小等对PSO选星算法性能的影响,并针对搜索过程容易陷入局部最优问题,提出自适应模拟退火粒子群优化（ASAPSO）选星算法,该算法通过引入随适应值大小自适应调整进化参数及结合模拟退火算法调整粒子速度,以增强算法跳出局部极值的能力。采用实际数据对算法进行验证,结果表明:ASAPSO选星算法在保证选星时间的同时,能够提高算法搜索结果的准确性,其性能优于PSO选星算法。      

适用于高高原机场GPS/BDS导航快速选星算法分析

卫星导航系统是民航飞机导航的主要手段之一。因高高原机场环境复杂多变,单一GPS导航系统难以满足现实需求。基于GPS/BDS双模导航能显著提高导航性能,具有明显优势。但这将带来大的卫星冗余,增加了计算量的同时会引入更多低导航质量的卫星。为此,本文针对高高原机场情况,提出一种基于卫星仰角和方位角的快速选星算法,可以减少计算负担,同时自动选出高质量卫星信号,满足实际的导航需求。最后,选取四个典型的高高原机场场景对算法进行了充分的仿真实验分析。仿真结果验证了本文所提方法的有效性。     

组合卫星导航系统的快速选星方法

分析了选星数目与几何精度因子(GDOP, Geometry Dilution of Precision)及导航运算量的关系,基于遗传算法提出了一种以满足用户定位精度需求为条件的快速选星方法——快速遗传选星法.根据用户需求确定选星数目初值、选星数目最大值和GDOP阈值,构造选星方案的初始种群,在进化代数上限为1的条件下对种群进行选择、交叉和变异运算,获得初始选星解,根据初始解的GDOP与阈值的关系确定是否依据GDOP最小原则对初始解进行优化,直至满足算法终止条件,输出选星解.仿真结果表明,该算法可以在一次进化之内以不低于92.45%的概率满足GDOP阈值在2.5~6的要求,同时可有效降低54.75%以上的导航运算量.      

基于混沌的改进粒子群优化粒子滤波算法

针对基本粒子滤波(PF)算法存在的粒子退化和重采样引起的粒子多样性丧失,导致粒子样本无法精确表示状态概率密度函数真实分布,提出了一种基于混沌的改进粒子群优化(PSO)粒子滤波算法。通过引入混沌序列产生一组混沌变量,将产生的变量映射到优化变量的区间提高粒子质量,并利用混沌扰动克服粒子群优化局部最优问题。利用单变量非静态增长模型(UNGM)在高斯噪声和非高斯噪声环境下将该算法与基本粒子滤波和粒子群优化粒子滤波(PSO-PF)的性能进行仿真比较。结果表明:该算法的性能在有效粒子数和均方根误差(RMSE)等参数都优于基本粒子滤波和粒子群优化粒子滤波,改善了算法的精度和跟踪性能。      

BDS/GPS组合导航接收机自主完好性监测算法

为使接收机自主完好性监测（RAIM）技术应用于民航垂直引导进近（APV）飞行阶段成为可能,研究了BDS/GPS组合导航RAIM算法。提出了一种基于BDS/GPS定位解最优加权平均解的算法,结合最优加权平均解与BDS/GPS定位解的关系建立检验统计量,根据最大允许的虚警率计算检验门限,实现对故障所在卫星导航系统的检测,并采用加权最小二乘残差法对故障进行检测与识别。研究结果对多星座组合卫星导航系统应用于民航APV飞行阶段的导航具有一定的参考意义。      

基于GPS/北斗组合系统的高轨卫星定位技术研究

针对目前高轨GPS信号可用性差及定位精度低的特点, 对GPS/北斗组合系统的 高轨卫星定位技术进行研究, 对比分析了单GPS系统与GPS/北斗组合系统的卫 星可见性和几何精度因子. 结果表明, GPS/北斗组合系统比单GPS系统的卫星可 见性好, 且定位精度高. 同时通过提出在星载接收机上采用高精度原子钟, 可实现三星定位, 降低对接收机的技术要求.     

粒子群优化粒子滤波的接收机自主完好性监测

接收机自主完好性监测（RAIM）是航空卫星导航接收机必不可少的功能,为保持全球卫星导航系统（GNSS）在卫星发生故障时系统性能不降级,需要对卫星故障进行检测和隔离。针对接收机观测噪声非高斯分布的特点,提出一种基于粒子群优化粒子滤波（PSO-PF）的故障检测和隔离算法。通过粒子群优化粒子滤波对状态估计进行一致性检验实现故障检测。采集实测数据验证算法的检测性能,并与基于基本粒子滤波的完好性监测算法进行比较,结果表明:本文所提算法在非高斯测量噪声下可检测并隔离全球定位系统（GPS）故障卫星,其性能优于基于基本粒子滤波的完好性监测算法性能,对研究北斗卫星导航系统（BDS）接收机自主完好性监测具有一定的意义。      

基于并行遗传算法的高轨卫星导航选星方法

高轨航天器自主导航能力在北斗三号卫星导航系统建成后得到了增强,但是也带来了部分时刻可见星数量冗余的问题。为降低运算量以保证服务的实时性,提出一种利用多种群并行遗传算法(PGA)进行快速选择当前最优可见星组合的方法。该方法将加权精度因子(WDOP)作为适应度评判标准,利用粗粒度式并行划分成的多个子种群进行搜索加速,并通过变异因子差异化设置与子种群间的信息交流来提高搜索能力。对多个典型高轨环境下7颗及以上选星任务的仿真测试表明,基于PGA的选星方法解相比遍历法所求最优解绝对误差平均值小于0.1,相对误差最大不超过1%。仿真结果表明,在典型高轨环境F1接收机利用四系统组合导航时,所提方法可以有效地快速、准确完成指定卫星数的选星任务。     

卫星定位和精度因子的改进方法

在卫星导航定位系统中,在精度因子计算和采用最小二乘法进行定位求解时,传统上采用测量矩阵直接求逆方法来进行.为了克服矩阵求逆带来的计算量大和数值稳定性差的不足,利用测量矩阵的对称正定性,提出了一种基于矩阵 UTDU 分解的定位解算和精度因子计算方法.改进方法具有严格的数学理论基础,保证了方法的正确性和有效性.数值分析结果表明,相对直接求逆的传统方法而言,在定位解算时,该方法能降低约 60%的运算量,而在精度因子计算中,约能降低36%的运算量.且改进方法能大大降低求解矩阵的条件数,提高了求解的数值稳定性.      

双机协同无源目标跟踪轨迹优化

针对双机协同无源跟踪精度要求较高的问题,根据双机与目标的几何态势,分析了双机几何态势对双机无源探测精度的影响,给出了位置精度因子(PDOP)的公式,得出了双机的最优几何配置.提出了双机协同无源目标跟踪系统的控制结构,采用扩展信息滤波(EIF)对目标状态进行估计,以信息熵最大为轨迹优化的最优性能指标,采用了滚动时域优化(RHO)来实时地控制飞机的运动.仿真结果表明,该轨迹优化算法能够使飞机按满足最优几何配置的轨迹飞行,说明基于PDOP的最优几何配置的正确性,降低目标位置的估计误差,提高双机协同无源跟踪的精度.     

利用北斗观测数据实时监测中国区域电离层变化

北斗卫星导航信号采用三个频点工作,可以利用伪距双频组差方法解算电离层电子含量,为实时监视中国区域电离层变化提供新的技术手段.中国中低纬度处于电离层赤道异常变化区,在北纬20°±5°区域时常发生较大梯度的电离层变化.利用北斗实时多频伪距和相位观测数据,采用相位平滑伪距方法计算电离层穿刺点电子含量,分析通过北斗系统GEO卫星监测的电离层周日变化特性;采用多面函数方法拟合中国区域1°×1°分辨率的电离层延迟量,每5min绘制一幅中国区域电离层图,观测区域所有电离层穿刺点拟合残差RMS为2.778TECU;分析北斗系统实时监测中国区域电离层异常情况,当发生电离层异常变化时,相邻两天的VTEC（Vertical Total Electronic Content）峰值相差约60TECU.     

时钟偏差辅助的GPS完整性监测算法

对伪距残差最小二乘的接收机自主完整性监测(RAIM)算法进行了分析.在此基础上,通过对接收机时钟偏差的建模,将模型预测的时钟偏差引入伪距残差最小二乘的RAIM算法中,保证了在可见星仅为4颗的情况下,仍能利用χ2检验法对全球定位系统(GPS)进行完整性监测,从而达到提高完整性监测算法有效性的目的.计算机仿真的结果显示,这种辅助方式不仅计算简单,而且有效可行.      

THE APPLICATION OF SATELLITE POSITIONING TECHNOLOGY AND ITS INDUSTRIALIZATION IN CHINA

Satellite positioning technology has been widely used in all kinds of military and civil land, marine, space and aeronautical target positioning tasks, naviga tion activities and accurate surveying measurements since 90 s in the last cen tury due to its advantage in providing all-weather, real-time, three dimensional and high precision positioning information, as well as speed and accurate timing information. By now, it has already formed a new hi-tech industry basically.This paper briefly reviews the development of the global satellite positioning and navigation technologies including the basic information of China's "Plough navigation system", introduces the history of satellite positioning technology and its major application fields as well as the status quo of this being industri alized trade in China, gives an account of the writers' vision for the application and prospect of the satellite positioning technologies in China, and approaches the tactics and stresses of the satellite positioning technology's application and its industrialization future in China.