北斗三频载波相位组合与相对定位研究

通过分析北斗二代一期三频载波相位观测量间误差的相关性,提出基于解算不定方程求解特定波长和电离层延迟下噪声最优的线性组合系数;分析了不同类型组合观测量的误差特性,鉴于由不同原始载波相位观测量组成的各种线性组合在模糊度解算、电离层延迟修正等方面的优势,选择了三组宽巷组合作为中长基线模糊度解算的推荐方案。在此基础上,利用北斗三频接收机进行了4次40km范围内的静态基线相对定位试验,分析了北斗三频组合观测在中长基线情况下模糊度固定的效率和相对定位的精度。结果表明,推荐的三组宽巷组合方案至多需要5次测量即可准确固定模糊度;在10km范围内采用北斗单频测量的相对定位精度与采用三频组合测量的精度相当;超过20km之后采用北斗多频消电离层组合的相对定位精度明显高于单频测量,最多能够提高71.4%。     

基于B1c/B2a/B3I北斗三频实时高采样率动态PPP分析

为了分析北斗三号新信号的三频实时动态PPP定位性能,首先推导了三频两两组合无电离层模型和三频非差非组合模型的观测方程。基于山东建筑大学CORS站观测得到的北斗三号B1c/B2a/B3I三频信号1s采样率数据,使用iGMAS提供的超快速精密星历预报部分,制定了基于B1cB3I-B2aB3I三频无电离层两两组合、B1cB2aB3I三频非差非组合以及用于对比分析的B1cB2a、B1IB3I两种双频无电离层共四种定位方案。然后利用Net_Diff软件进行实时动态PPP实验,对超快速精密轨道和钟差预报部分的精度和稳定度以及实验解算结果进行分析,对比不同定位方案的定位性能。实验分析表明,两种三频定位方案定位性能均优于B1cB2a双频定位方案,定位精度能达到0.462m和0.479m,收敛至分米所需时间能达到45.8min和62.8min;B1IB3I方案定位性能优于两种三频定位方案,定位精度和收敛速度能达到0.228m和6.6min。     

GNSS多系统RTK授时性能分析

RTK授时不依赖实时精密星历,精度高、实现简单,在短距离精密授时与时间同步中具有突出的应用潜力。针对城域环境下单系统RTK授时可能面临可用卫星数量较少、收敛时间较长等问题,验证分析了GNSS多系统RTK授时性能。基于中国科学院国家授时中心时间频率资源和3个GNSS跟踪站的BDS-3、GPS和Galileo观测数据开展多系统RTK授时试验,涉及动态、静态和固定站坐标3种模式,并从授时精度、收敛时间和稳定度3个方面展开分析。两条基线的试验结果表明：与光纤双向时间频率传递结果相比,动态模式下,多系统单频授时差异STD较GPS单系统分别提高9.13%和9.01%,静态模式分别提高6.09%和11.76%,固定站坐标模式分别提高3.04%和5.79%,多系统单频RTK授时的授时结果差异STD优于0.25 ns,双频优于0.15 ns;多系统融合使得RTK授时的收敛时间与GPS单系统相比至少缩短25%以上,静态模式下双频RTK收敛时间缩短最多,两条基线分别缩短66.9%和67.8%;3种模式多系统站间钟差的万秒稳均进入10^-15量级,动态模式和静态模式下短期稳定度相比GPS单...     

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。     

基于B1c/B2a/B3I北斗三频实时 高采样率动态PPP分析

为了分析北斗三号新信号的三频实时动态PPP定位性能，首先推导了三频两两组合无电离层模型和三频非差非组合模型的观测方程。基于山东建筑大学CORS站观测得到的北斗三号B1c/B2a/B3I三频信号1s采样率数据，使用iGMAS提供的超快速精密星历预报部分，制定了基于B1cB3I-B2aB3I三频无电离层两两组合、B1cB2aB3I三频非差非组合以及用于对比分析的B1cB2a、B1IB3I两种双频无电离层共四种定位方案。然后利用Net_Diff软件进行实时动态PPP实验，对超快速精密轨道和钟差预报部分的精度和稳定度以及实验解算结果进行分析，对比不同定位方案的定位性能。实验分析表明，两种三频定位方案定位性能均优于B1cB2a双频定位方案，定位精度能达到0.462m和0.479m，收敛至分米所需时间能达到45.8min和62.8min；B1IB3I方案定位性能优于两种三频定位方案，定位精度和收敛速度能达到0.228m和6.6min。     

部分模糊度固定方法在GNSS/INS紧组合中的应用研究

针对动态环境下GNSS/INS导航定位模糊度固定难的问题,提出了一种基于部分模糊度固定的GNSS/INS紧组合导航定位算法,通过选择模糊度的最优子集进行固定,并利用实测车载实验进行了算法验证.实验结果表明:在开阔环境下,基于部分模糊度固定的GNSS/INS紧组合与基于全模糊度固定的GNSS/INS紧组合算法的定位精度相...     

利用改正数信息的北斗三号实时精密单点定位及性能分析

北斗三号全球卫星导航系统已正式建成并开通服务。为了利用实时改正数信息系统地揭示北斗三号精密单点定位性能，并为用户提供理论依据和应用参考，首先解算了卫星实时精密轨道、钟差及其改正数，分析了其精度。然后基于实时改正数信息，利用监测站广播星历和观测数据，分别进行了双频静态、双频仿动态、单频静态和单频仿动态仿实时精密单点定位，以评估其性能。结果表明：北斗三号MEO卫星实时轨道和钟差精度均值分别约为12cm和0.2ns，满足实时精密单点定位需求。静态实时精密单点定位精度优于动态，双频优于单频，均可达到分米级。对于定位收敛时间，双频静态最短，约为40min；双频动态和单频静态均约为85min；单频动态最长，约为120min。     

北斗三频海基JPALS无故障导航算法

基于卫星导航系统的海基精密进近与着陆系统(JPALS)是未来舰载机自主着舰引导技术的发展方向。针对当前海基JPALS导航算法的研究都是基于双频观测量,存在无几何滤波时间长、要求的伪距观测量精度较苛刻的问题,提出一种在北斗(BDS)海基JPALS中使用三频观测量的无故障导航算法。通过对在中国东海钓鱼岛海域7天时间使用该导航算法用于精密进近引导的性能进行仿真分析,结果表明:该北斗海基JPALS无故障导航算法使用B1/B2宽巷和B1/B3中巷组合的无几何模糊度预滤波架构只需要8min无几何滤波时间就能实现海基JPALS要求的性能,而且其对伪距观测量的精度要求甚至可以放宽到50cm,使北斗海基JPALS的可用性性能大大提高。此外,载波相位观测量精度不能超过0.7cm时,该北斗三频海基JPALS算法能在3nmile外就实现模糊度固定,使高精度载波相位提早用于海基JPALS精密进近引导。     

北斗/GPS双频载波相位单点定位模型及精度分析

针对海洋工程实时米级绝对定位需求,利用双频伪距、载波相位观测量和同时估计接收机位置、接收机钟差和载波相位模糊度,构建了一种双频载波相位实时单点定位方法.亚太区域14个测站试验结果显示:北斗水平和高程定位RMS分别为1.33m和1.81m,GPS为0.60m和0.85m,北斗/GPS组合为0.56m和0.72m;船载动态试验结果显示:北斗水平和高程定位RMS分别为1.40m 和2.46m,GPS为0.69m 和0.90m,北斗/GPS组合为0.65m和0.83m.     

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。     

基于多频GNSS观测的编队星间相对定位样条表示模型

从编队卫星的高精度星间相对定位需求出发,基于未来全球导航卫星系统(GNSS)多频信号测量体制的发展,综合利用观测数据与待估参数的几何关系以及待估参数随历元连续变化的约束,根据函数逼近理论,提出基于多频GNSS观测的编队星间相对定位样条表示模型,给出多频数据相对于双频数据、样条表示模型相对于传统逐点模型在改善星间相对位置...     

低成本GNSS终端中北斗三号多频观测的分析及应用CSCD

低成本消费级GNSS芯片相较于传统测绘级接收机在体积、功耗等方面具有突出优势,在未来无人驾驶、物联网等新兴应用领域具有极大潜力。然而当前低成本GNSS芯片的观测量存在非常严重的噪声和误差,为了改善观测质量,低成本芯片正逐渐从单频向多频过渡。首先调研了目前低成本GNSS接收机对多频信号的支持情况,然后介绍了北斗三号多频观测在电离层延迟和整周模糊度估计等方面的应用。通过对真实数据的采集和分析,针对当前原始观测量存在的诸多问题,提出了具体的预处理方案,并在此基础上开展了信号强度、电离层和模糊度实验。实验结果表明,基于华为Mate 40手机的低成本GNSS方案的北斗三频电离层延迟估计误差的均值为-2.97m,三频整周模糊度估计的成功率达93.8%,相较于单频整周模糊度估计的3.11%成功率有显著提升。     

顾及频间偏差的GNSS多频非组合PPP变形监测

精密单点定位(PPP)技术有望解决长距离、大范围等监测场景难以找到稳定基准点的难题。现代化的全球卫星导航系统(GNSS)卫星纷纷开始播发多频信号,多频观测值融合理论上可提升PPP变形监测性能。为了充分利用多频冗余观测数据,详细研究了每个频点的差分码偏差(DCB)和全球定位系统(GPS)存在的相位频率间卫星钟偏差(PIFCB)的改正方法,扩展了多频数据处理的严密理论模型,能够灵活处理GPS三频、Galileo五频和BDS-3五频观测数据。多频PPP振动监测实验结果表明,GPS三频PPP、BDS-3五频PPP、Galileo五频PPP较各自双频PPP位移监测精度可分别提升12%、13%和14%,表明多频PPP技术有利于提升PPP位移监测精度与稳定性。     

三频GPS改正电离层折射误差高阶项的方法

在研究电离层折射对GPS测量的影响及电离层折射误差模型的基础上,采用电离层折射误差双频改正方法,针对GPS现代化和Galileo计划中增加的第三个民用导航频率,提出了运用三频观测值将电离层折射误差改正至二阶项的方法;并系统地推导了三频载波相位观测值无电离层折射组合方程,从而进一步提高了GPS的定位精度。     

多模GNSS IFCB产品特点分析及精密单点定位性能评估

随着多模全球卫星导航系统（GNSS）高精度应用需求的日益增长,频间钟偏差（IFCB）问题近年来得到广泛研究。基于2023年年积日（DOY）（130～136）澳大利亚地区18个多模实验跟踪网（MGEX）观测数据的无几何无电离层（GFIF）组合,分别估计了北斗卫星导航系统（BDS）、伽利略卫星导航系统（Galileo）和全球定位系统（GPS）卫星的 IFCB 产品。对比分析了BDS-2,BDS-3,Galileo和GPS卫星的IFCB的特点。评估了相位相关的IFCB（PIFCB）误差对GPS BLOCK IIF卫星超宽巷（EWL）未校准相位硬件延迟（UPD）和非组合（UC）三频精密单点定位（PPP）性能的影响。实验结果表明,PIFCB误差对Galileo卫星的影响最小,对GPS BLOCK IIF卫星的影响最大;对BDS-3卫星的影响低于BDS-2卫星;不同信号频率对IFCB产品的估计结果会产生一定的影响。实验结果进一步表明,IFCB产品可以显著提高GPS BLOCK IIF卫星EWL UPD的稳定性和UC三频PPP的定位性能。EWL UPD的平均标准差（STD）从0.064周减小到0.021周,提高了67.2%。UC三频PPP在东（E）、北（N）、天顶（U）三方向分别从4.63 cm,3.04 cm和8.76 cm减小到3.08 cm,2.00 cm和5.85 cm,平均定位精度分别提高了31.5%,34.2%和33.2%。收敛时间小于20 min的比例从66.3%提高到71.8%,提高了5.5%。平均收敛时间从21.13 min缩短到17.24 min,减少了18.4%。     

多系统混频非差非组合精密单点定位方法研究

多系统多频精密单点定位(PPP)因具有增加观测冗余信息、提高系统性能可靠性和提升导航性能指标等优势而被广泛研究.非差非组合PPP模型直接使用原始伪距和载波相位观测值,不做任何线性组合,适合多系统多频率的PPP数据解算.目前,各个系统虽已提供3个或更多频率,但除北斗系统外,其余系统无法保证全星座都提供三频信号,使得多系统多频PPP的性能分析多采用多系统双频或单系统三频模型,没有充分利用多系统多频的观测信息.因此,采用多系统混频模型进行非差非组合PPP,该模型的具体表述为北斗三频+GPS双频+GLONASS双频PPP模型,充分利用可用的观测信息,提升了冗余度.利用CUT0、JFNG、NNOR、SIN1这4个测站的观测数据以及MGEX的精密轨道和钟差产品进行仿真实验,实验结果表明,多系统混频非差非组合PPP相较多系统双频非差非组合PPP的平均静态解RMS在东向提高了9.6％,北向相当,天向提高了11％;平均动态解RMS在东向提高了7.3％,北向相当,天向提高了5.7％.     

BDS-3 PPP模糊度固定实现及精度评估

精密单点定位(PPP)模糊度固定(AR)能够显著提升精密定位的收敛速度和精度。通过在BDS-2和BDS-3之间添加系统间偏差的方法实现BDS-3的模糊度固定,并基于全球MGEX测站静态、仿动态数据和车载实验数据全面评估了BDS-3模糊度固定的效果。结果表明,相对于浮点解,BDS-3 PPP模糊度固定能够显著提升PPP的精度,在东北天3个方向上静态解算精度提升依次为37.4%、26.2%和20.1%;仿动态解算精度提升依次为38.3%、27.2%和11.1%;车载动态实验BDS-3模糊度固定精度在三维方向上综合提升为40.4%。此外,模糊度固定后,以浮点解稳定后的两倍定位精度为基准,在东北天方向上,静态定位时间提升程度依次为63.5%、64.0%和40.3%;仿动态定位时间提升程度依次为58.7%、56.8%和25.4%;车载实验在三维方向的收敛时间为30.0 min。以上结果证明了所提方法的有效性及BDS-3模糊度固定的性能提升。     

一种改进的模糊度子集选取方法及其性能评估

模糊度固定(ambiguity resolution, AR)能在一定程度上加快精密单点定位收敛并提高定位精度。但是模糊度固定率和计算效率会随模糊度数量的增加而降低,因此部分模糊度固定(partial ambiguity resolution, PAR)备受关注。PAR技术的关键在于模糊度子集选取,提出了一种改进的模糊度子集选取法,将高度角、信噪比以及模糊度方差联合作为模糊度子集选取的指标。实验结果表明：静态模式下,相比于全模糊度固定(full ambiguity resolution, FAR)和基于高度角的PAR方法,该方法的固定率分别提升9.65%和2.56%,首次固定时间分别缩短6.86%和3.43%,收敛时间分别缩短15.57%和5.13%,当三种方法固定率大致相同时,定位精度分别提升4.74%和5.39%;动态模式下,该方法的固定率分别提升22.75%和0.92%,首次固定时间分别缩短12.44%和0.44%,当三种方法固定率大致相同时,定位精度分别提升3.50%和4.89%。总体而言,无论是在静态还是动态模式下,该方法相比于FAR和基于高度角的PAR方法,性能均有所提升。     

有裂纹悬臂转子的振动特性

本文研究了轴具有横向裂纹的高速悬臂转子的振动特性,提出了监视此裂纹起始及发展的最佳方法。所研究的模型是按一航空涡轮转子建立的,理论分析借传递矩阵-直接积分法,即借传递矩阵导出运动方程,再借直接积分法求解。还对模型裂纹转子作了试验研究,试验结果与理论计算结果在性质上是一致的。通过这一研究发现,转子不平衡响应的三次谐波可能是监视这一类型转子裂纹起始与发展的首要频率分量。