基于非合作低轨卫星的测向交叉定位技术

根据非合作低轨卫星的特点，可以被动测量多颗卫星信号的来向，通过测向交叉的方式进行定位。但是通过星历解算出的卫星位置位于地心地固坐标系，用户测量的方位角和俯仰角基于站心坐标系。针对非合作低轨卫星测向交叉定位时目标用户角度信息与卫星位置基于不同坐标系的问题，提出了一种迭代最小二乘定位算法，通过迭代的方式不断收敛定位结果，能够在目标用户角度信息与卫星位置基于不同坐标系的情况下，解决非合作低轨卫星的测向交叉定位问题。仿真结果表明，基于迭代最小二乘定位算法能够实现非合作低轨卫星仅利用角度定位，并分析了测角精度、卫星轨道高度、参与定位卫星数与定位误差之间的关系。针对迭代的计算方法，分析了迭代过程中不同收敛条件下迭代次数与定位误差之间的关系。在保证定位精度的情况下，将迭代收敛范围设置为8~30 km，可以降低2~3次迭代次数。     

非视距误差神经网络改正的超宽带定位模型研究

非视距环境是造成超宽带定位系统精度下降的主要原因。由于非视距环境的测距精度下降难以通过常规计算方法建立改正模型,提出了一种基于反向传播算法的神经网络改正的超宽带稳健定位模型。该方法通过反向传播神经网络的自适应学习方法建立了一种超宽带非视距误差改正的稳健定位模型,实现了在非视距环境下超宽带定位精度的提升。首先采集非视距环境下超宽带测距值,提取超宽带在非视距环境下的坐标序列,计算得到误差序列,然后通过反向传播神经网络建立误差改正模型预测得到标签的误差改正值,最后使用超宽带Kalman滤波定位模型进行超宽带定位,从而消除非视距环境对定位精度的影响。通过对比实验分析,本模型较多项式拟合模型超宽带测距精度提高46.8%,定位精度提高43.4%;较多面函数拟合模型超宽带测距精度提高28.2%,定位精度提高26.2%。实验结果表明,反向传播算法的神经网络对超宽带非视距定位模型的误差改正有很好的效果,对超宽带定位精度的改正效果显著。     

双星定位系统及其备份星在近地卫星联合定轨建模中的应用

建立了基于双星定位系统距离和观测数据的近地卫星联合定轨模型,设计了相应的数值融合联合定轨算法;为进一步提高近地卫星定轨精度,考虑融合双星及备份星距离和观测数据,建立了基于双星和备份星的近地卫星联合定轨模型及实现算法,并针对不同仿真条件进行了联合定轨仿真实验。仿真计算结果表明,联合定轨方式较传统近地卫星精密定轨方式可以更好地抑制双星星历误差对近地卫星定轨精度的影响,近地卫星和双星的定轨精度均得到了一定程度的提高;同时,融合备份星观测数据的近地卫星联合定轨精度得到进一步改善,达到5.17m。     

低轨导航星座增强BDS精密单点定位技术验证CSCD

首先介绍了低轨增强北斗精密单点定位(PPP)的观测模型、参数估计与数据处理策略。然后对低轨导航增强仿真验证系统及误差仿真配置进行了说明,基于验证系统仿真了全球20个监测站的北斗及低轨导航数据,并通过单北斗及低轨增强北斗静态PPP试验,给出了低轨增强北斗的高精度定位测试评估结果。结果表明,加入150颗低轨卫星观测量后,20个测站PPP精度收敛到10cm之内只需约1min;低轨增强北斗实现静态收敛后,定位精度东方向均值为1.5cm,北方向均值为0.3cm,高程方向均值为2.2cm。相较于北斗单独精密定位,20个监测站收敛后组合定位精度从5cm左右提升到3cm左右。加入低轨卫星可大大加快PPP收敛速度,提升定位精度,验证了低轨卫星在增强PPP精度和收敛速度上的优越性,同时仿真验证系统可支持全链路闭环仿真验证。     

低轨星座/惯导紧组合导航技术研究CSCD

现有低轨(LEO)卫星导航研究主要以低轨星座独立导航定位和增强全球卫星导航系统(GNSS)导航定位为主,对低轨卫星和惯性导航系统(INS)组合导航技术研究较少。本文面向应用较小规模低轨星座资源实现米级定位精度的需求,提出了一种低轨星座/惯导紧组合导航方法,系统性地分析了不同规模低轨星座、不同精度级别惯导器件以及不同导航信号播发频度下组合导航定位的性能,并利用构建的仿真试验系统进行了低轨星座/惯导紧组合导航方法的仿真试验验证。试验结果表明,相较于低轨星座独立导航,低轨星座/惯导紧组合导航在星座不满足四重覆盖时仍能达到米级定位精度,并且在低轨星座规模较小和导航信号播发频度较低时,惯导测量精度对组合导航定位精度影响明显。研究结果表明,在利用低轨卫星进行导航时,通过引入惯性观测辅助低轨卫星导航,可有效提高导航效能和精度,为低轨星座和导航信号播发方式设计带来更多的选择。     

北斗单点定位的误差补偿方法

北斗是我国自主研制的卫星导航定位系统,当前北斗的单点定位精度优于10m。为提高该系统的定位精度,必须对由其误差源引起的定位误差进行修正。基于对北斗卫星导航系统的组成、定位算法及定位误差的认识,对导航系统定位中星历误差、电离层误差和对流层误差进行了深入分析,提出了减小星历误差的曲面模型、减小电离层误差的双频组合消电离层模型和减小对流层误差的高精度区域融合模型的单点定位误差补偿方法,并应用Matlab软件对修正模型方法进行仿真计算。对比修正前后的定位结果,修正后的定位误差更小,证明了所提出的修正模型是可行的。     

导航卫星的短弧运动学定轨

导航卫星在姿轨控和轨道恢复期间,由于观测数据有限,传统的统计定轨理论难以实现导航卫星精密定轨。本文尝试采用一种不依赖轨道动力学的、新的运动学定轨方法来处理短弧和复杂动力学过程中的定轨,提出了基于多项式拟合的短弧运动学定轨算法,并提出2种不同的实现方案。该算法充分利用了高采样率的测轨数据,减少了结果的噪声,其优点在于不需要长时间累积测轨数据,可以实现近实时快速计算,克服了动力学法定轨发散和单点定位无法获得卫星速度信息等不足。对COMPASS M-01导航卫星实测数据的处理表明,10min左右短弧运动学定轨的位置精度可以优于10m,速度精度优于4cm/s,满足了短弧跟踪条件下RDSS对卫星轨道精度的要求,实现了短弧跟踪条件下卫星精密定轨,但从轨道预报精度来看,该方法仅仅适用于短期预报。     

基于地月L2点中继星的月球背面目标定位误差分析

针对用于实现月背定位的地月L2点中继星研究对L2点定位误差分析的需求,首先建立了基于地月L2点的单星、双星、三星无源以及三星有源这四种定位体制的数学模型,然后在月固坐标系下,针对定轨误差和星间时钟误差这两种误差来源,计算了四种定位体制下的定位误差。以星历数据为基础进行了仿真,分别定量评估了四种定位模式的定轨误差和星间时钟误差对着陆器定位精度造成的影响。结果表明,上述四种定位体制的定位误差都随着定轨误差的增加而增加,且三星有源定位精度最优。此外三星无源的定位精度会受到星间时钟误差的影响。     

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。     

基于共轭次梯度算法的磁传感器安装误差校正

随着头盔显示技术的发展,对头盔电磁定位的精度要求越来越高,在现有的加工工艺和机上安装条件下,要提高定位精度,必须对传感器安装误差进行校正。通过坐标转换原理对安装误差进行建模,在此基础上利用最小二乘原则选取目标函数,将校正过程抽象为最优化问题求解。提出一种基于共轭次梯度算法的最优化问题求解方法,实现了传感器安装误差校正。利用MATLAB上对校正算法进行仿真,仿真结果表明,共轭次梯度算法简洁易用、校正精度高、收敛速度快,能够明显提高磁场测量精度。     

改进的Chan-粒子滤波算法超宽带室内三维定位

针对超宽带室内定位时容易受到非视距误差的影响，导致定位精度大大下降，甚至无法准确定位的问题，提出了一种融合粒子滤波的改进Chan定位新方法。首先，在Chan定位方法中引入模拟退火算法，对到达时间差（TDOA）算法的测量值进行优化，获得初步定位的最优解；然后，采用粒子滤波对测量值进行再次优化，粒子重采样后得到的中心位置即为目标节点的精确位置。仿真和实验结果均表明，该算法能有效提高在非视距环境下超宽带室内定位的精度，较好地消除非视距误差的干扰。     

INS/SAR组合定位技术研究

主要研究了INS/SAR组合对运动目标的定位算法。首先,建立了INS/SAR组合定位系统数学模型;其次,基于卡尔曼滤波方法和alpha-beta滤波方法完成了INS/SAR组合定位算法设计;最后,考虑组合导航系统误差及导引头测量误差,对定位算法进行了数字仿真及性能分析。仿真结果表明,所设计的INS/SAR组合定位算法在远距对运动目标具有较高的定位精度。     

高斯过程回归与参考点排序相结合的新WiFi室内定位系统

为解决WiFi指纹定位系统的定位精度易受环境变化影响的问题，提出了一种新的WiFi室内定位系统。该系统包括一种新的定位算法和指纹更新算法，定位算法首先通过将参考点与测试点之间的信号强度误差转换为参考点排序，然后利用模糊思想将处于同一范围内的排序视为与测试点具有相同的相似度，以削弱信号自身动态变化对定位的影响，进而筛选出相似度较高的前k个参考点进行加权定位；指纹更新算法利用WiFi信号的传播模型和基于Matern核的高斯过程回归进行指纹更新。其次，利用在真实环境下采集的数据进行算法的测试验证。实验结果表明，提出的定位算法和指纹更新算法相较于传统算法，定位精度和指纹更新精度能够分别提升25%和34%以上。     

距离信息对DDFRC算法定位误差的影响与分析

在固定单站无源定位算法中,基于角度(Direct of Arrival)、角度变化率(Direct of Arrival Rate-of-Change)、多普勒频率(Doppler Frequency)和多普勒频率变化率(Doppler Frequency Rate-of-Change)4个观测信息实现定位(即DDFRC定位)算法仅通过单次观测即可实现对目标辐射源的定位。文中通过转移观测的卡尔曼滤波对定位结果进行平滑,较原有算法拥有更好的跟踪效果。同时,对定位误差进行了定量分析,并将距离信息引入算法的仿真分析之中,详细讨论了各个观测量误差在不同距离时对算法定位性能的影响,根据仿真结果,结合定位误差的定量分析对算法性能做出评价。通过仿真分析,得到了定位算法对不同距离下各参数的精度要求,从而为在实际系统中使用该定位算法提供了参考。     

基于MEMS/UWB组合的室内定位方法

在深入研究超宽带（UWB）与车载低成本MEMS的定位原理和算法的基础上,提出了采用UWB辅助MEMS定位的算法,以抑制MEMS的发散并提高定位精度。设计了两者的融合定位算法,完成了基于MEMS/UWB的室内定位技术研究。最终试验运动253.4m,MEMS定位误差小于0.61m,MEMS/UWB融合定位误差小于0.07m。试验结果表明,MEMS/UWB算法与单独的MEMS定位算法相比,有效地提高了定位精度与定位稳定性。     

面向高轨空间的北斗导航性能增强星座选型研究

由于高轨空间超出北斗卫星导航系统的正常服务区域,导航信号微弱、可见性差,难以实现高轨飞行器全程稳定可靠的导航定位服务。提出了以空间卫星为时空基准传递平台,向高轨空间区域发射导航信号,从而提高高轨飞行器导航性能的方法,并展开面向高轨空间的北斗导航性能增强星座选型研究。基于卫星可见性、精度衰减因子（DOP）、信号接收门限和所需增强卫星数目等评估指标,仿真分析了基于LEO星座、MEO星座和HEO星座的北斗导航增强性能。     

顾及空间分布和NLOS的UWB室内可信定位方法

针对现行室内可信定位存在的三维定位精度低与结果可信度难以定量评估的难点,提出了一种可信超宽带(UWB)室内定位模型。该方法采用无迹卡尔曼滤波和IGG-III抗差理论模型,解决了UWB定位中的非线性化和非视距误差问题;同时,为提高该方法定位结果的可信度,进一步构建了一种兼顾UWB基站空间分布和非视距误差的可信精度评估模型。与现有模型相比,提出的方案可有效实现基于UWB的室内高精度可信定位。仿真和实测数据结果表明：1)与传统最小二乘结果相比,该方法可提高30%～40%的UWB定位精度;2)引入IGG-III抗差模型可提高11%的定位精度;3)非线性化误差对UWB定位精度的影响不尽相同,约为22%～50%;4)提出的可信度评估模型可实时准确评估UWB定位精度。     

一种圆锥运动条件下的等效旋转矢量算法研究

传统旋转矢量姿态算法一般采用陀螺的角增量信号来构造积分算法,当应用于输出为角速率的光纤陀螺捷联系统时,通过角速率提取角增量,算法会损失一定精度。提出了一种以陀螺角速率信号与角增量信号同时作为输入的改进旋转矢量姿态算法,进一步补偿了圆锥误差,提高了计算精度。仿真结果表明,该算法与传统二子样算法相比较,计算量相当,姿态精度、速度精度、位置精度有大幅度的提升。