在SA条件下利用GPS的轨道确定和点定位

GPS精度控制(SA)措施降低了GPS标准定位业务(SPS)非差分用户的定位精度。常说的SPS可达精度在正常条件下为100米(2DRMS)。在缺乏更多具体条件下,许多未来的SPS用户在他们的规划中采用了100米这一精度值,但多数情况下,是夸大了实际定位误差。在本文中,我们针对轨道用户星的点定位和动力学轨道确定来研究SA带来的误差。要使SA带来的误差减至最小,非差分用户有几种选择:扩大接收视场;观测尽可能多的GPS卫星;在时间上平滑误差;选用独立计算的GPS精密轨道星历(如NASA和美国测绘局计算的),而不采用广播星历。仿真计算表明,3维点位误差可保持在30米,并且在几小时内能平滑到3米。     

提高GPS单点定位精度的算法研究

简要分析了GPS伪距单点定位的误差以及多普勒观测值的误差,研究确定了利用多普勒观测值提高定位精度的可能性,建立了利用多普勒观测值来提高伪距单点定位精度的数学模型,并使用单纯形法对用户接收机的位置最优值进行搜索,从而给出有较高精度的定位数据。建立GPS仿真系统并进行了数值仿真,结果表明,该算法可以有效提高GPS单点定位精度。     

加州差分修正公司准备在全球开展差分修正业务

美国加里福尼亚州的“差分修正”公司打算很快建立一个全球性地基接收机网,以便为用户提供极精确的导航和定位信息。已在8个美国城市投入运行的系统,通过调频无线电台向用户发送信号。利用这些信号来修正用GPS卫星直接确定的位置数据。以往,只有美国军方才能接收GPS卫星发送的高精度信号。军方将高精度信号加密,防止敌方利用该信号精确引导导弹打击目标。卖给民间用户的GPS接收机只能接收低精度信     

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（WADGPS）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。     

高动态GPS卫星信号模拟器电离层延迟误差模拟方法研究

电离层延迟误差是GPS测量中非常重要的一项误差源，也是高动态GPS卫星信号模拟器要解决的一项关键技术。电离层延迟误差与目标的空间位置有关，在分析地面用户和空问用户不同电离层延迟误差修正方法的基础上，研究了卫星信号模拟器电离层延迟误差产生的途径，并给出了相应的数学模型，解决了不同应用环境下导航电8个电离层修正参数的计算问题，通过仿真计算，验证了本所提出的电离层延迟计算模型的正确性。     

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。     

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。     

基于极限学习机的黑障区智能导航算法

在黑障区飞行阶段中,惯性导航系统会因缺少辅助导航系统而持续累积误差,导致飞行器导航系统可靠性下降。针对这一问题,提出了一种新的基于极限学习机的黑障区智能导航算法,通过极限学习机(ELM)对GPS正常工作的导航信息进行学习。在黑障区,利用学习得到的模型对惯性导航系统进行误差补偿,较好地修正了当GPS失锁时惯性导航系统的误差,避免了因误差累积而导致的导航信息发散。仿真结果表明,该算法能够保证在GPS失锁的黑障区中导航系统输出的信息有较好的可靠性和精度,能够为接下来的姿态调整和着陆准备提供良好的基础。     

箭载GPS信号传播误差改正模型的选优

误差修正模型是影响箭载GPS定位精度的关键问题之一。针对几种常用的GPS信号传播误差改正模型,探讨了各模型伪距延迟修正量的计算方法,分析和比较了各模型之间的差异,给出了组合误差修正模型的选优标准。实测数据计算结果表明,选优后的误差修正模型可有效提高目标定位精度。     

非差分GPS用户使用的一种抗SA滤波器

GPS精度控制措施(SA)给GPS用户带来很大的定位误差。本文作了SA模型,由联机系统辨识确定了模型参数。辨识结果和卡尔曼滤波结合,实现了一种自适应滤波算法。利用静态试验数据,对这种滤波器削弱SA对非差分GPS用户影响的效果进行了检验。     

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。     

利用GPS进行精密轨道确定

全球定位系统(GPS)完全布满卫星后,将成为近地卫星的精密轨道确定(POD)强有力的工具。该系统具有连续跟踪覆盖能力,不仅可实现传统的动力学精密轨道确定方法,而且还可进行运动学轨道确定。来自至少四个GPS卫星的伪距测量值,通过载波相位测量值的平滑,可测定天线相位中心的地心位置和用户卫星的时钟修正值,因而后一技术不需要用户卫星受力的动力学模型。运动学法对测量模型的影响非常敏感,如GPS星历误差(给定的或求解的)、信号的多径、接收机噪声等等;然而,动力学方法又受参数误差和/或力模型不完善的影响。为此研究出一种利用过程噪声补偿对运动学和动力学算法进行加权的混合方案。本课题的中心点是利用仿真辅以协方差分析,研究这几种定轨方法。建立了几种动力学和测量误差模型,这些模型造成的轨道不确定性与处理实际GPS数据而估计的星历误差大致相当。协方差分析经调整能反映这些误差,能看出各种滤波技术的特性。     

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。     

采用H_∞滤波器的GPS/INS全组合导航系统研究

 根据 H∞ 鲁棒滤波理论,提出了基于 H∞ 滤波技术的 GPS/INS全组合导航系统。该系统仅含有位置误差、速度误差和平台误差角 9维状态,并利用位置、速度和载波相位观测信息对全部状态进行观测,组成全组合导航系统,由 H∞ 滤波来提高系统的鲁棒性。对提出的全组合系统进行了动态仿真,仿真结果表明,该系统结构简单,状态估计精度高,系统鲁棒性好,便于工程实现。     

利用GPS测量空间转移飞行器的姿态

在长时间的运行过程中,空间转移飞行器(STV)的惯性测量系统将积累过大的姿态误差。利用GPS可以对其姿态进行修正,以满足任务的需求。本文考虑了测量姿态的四种不同方法:推力矢量测定、差分GPS、相位时间三差和载波相位测姿。由于非常靠近空间站,空间转移飞行器上天线间隔的限制及相位时间三差求解需要很长的积分时间,我们选用载波相位测姿法。利用人马座顶上级代表空间转移飞行器的结构,载波相位的测量精度为0.2cm,本文证明了利用相位时间三差解初始的不对准误差对大部分飞行任务是可以接受的。GPS和高质量的惯性导航系统(INS)相结合,可以改进姿态测量方法,同时惯导系统还可辅助GPS接收机的载波跟踪环,保持载波相位的锁定。利用载波相位测姿法测量空间转移飞行器的姿态,至少要用4颗卫星。本文给出了一种选择有利卫星几何的几何方法。概括地讲,首先选择一颗最高仰角的卫星作为主星,然后在天线基线相反两侧选择低仰角的2#星和3#星,最后选择4#星,4#星远离其它3颗星,并且最好位于与基线垂直而不是包含基线的平面上。其目的是选择几何分布好的卫星,以便有良好的天线基线方位/俯仰灵敏度和良好的单位矢量差(GDOP)分布。本文介绍了对于一组卫星,一旦主星选定,如何从数学上计算方位/俯仰灵敏度。把方位和俯仰灵敏度及GDOP代入复合排序方程,以确定最佳的一个4颗星的星座,然后采用Magnavox研究的载波相位定位的算法,由这4颗卫星的载波相位,计算空间转移飞行器的姿态。     

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。     

面向室内场景的惯性磁感应定位方法

针对卫星拒止的室内导航问题,在现有磁信标定位技术的基础上,通过分析低频旋转磁场的特点,建立了一种不受传感器姿态和磁信标磁矩信息影响的磁感应矢量夹角观测模型,并结合MEMS惯性导航的误差模型提出了一种以磁感应矢量夹角的正余弦值为量测信息的惯性磁感应动态定位方法,避免了磁传感器姿态误差和磁矩误差对定位结果的影响。利用实验室的双轴磁信标实验系统进行静态测试,验证了磁感应定位模型具有不受传感器姿态、环境中遮挡物以及磁矩影响的特点;通过数值仿真的方式对基于无迹卡尔曼滤波(UKF)的惯性磁感应定位方法进行验证,结果表明该方法能有效地抑制惯性导航的发散,且位置最大误差小于0.75 m,满足大多数室内场景下的高精度导航定位需求。     

基于位置修正的轨迹测量方法研究

传统精密轨迹测量方法大都采用GPS、全站仪等设备,存在设备不易架设、数据不连续、对环境要求较高等缺点。针对该问题提出一种基于航位推算系统的轨迹测量方法。该方法在航位推算基础上引入了位置修正技术,通过起始点与终点坐标即可计算出系统俯仰角误差、方位角误差及里程仪标度因数误差。系统完成航位推算计算后,用求解出的系统误差对航位推算轨迹进行修正,即可获得高精度的轨迹数据。最后通过试验验证该方法可行,系统行进153m误差小于0.12m。     

超小型无人机GPS／MIMU组合导航定位系统研究

在考虑超小型无人机特点及其对导航定位需求的基础上,研究了利用微型惯性测量单元(MIMU)和GPS-OEM板,设计出一种低成本、轻小型的GPS/MIMU组合导航定位系统。为了验证该系统的性能,利用MIMU和GPS观测数据对该组合系统进行了仿真。仿真结果表明,组合导航系统在精度和可靠性方面,较单一的导航系统都有明显的改善。     

全球定位系统及其在航天器导航中的应用

洛克威尔国际公司为国防部研制的全球定位系统(GPS)的出现将开劈导航的新纪元。GPS用户可以以前所未有的高精度连续实时地在运载器上计算状态矢量(位置、速度和时间)。GPS卓越的性能为下列航天活动带来了很大好处,即航天器导航,卫星运送,实验定位,资源测绘,载荷部署和回收,推进剂节省,数据处理和航天任务规划。本文概述了GPS系统,介绍了一些确定低轨航天器GPS导航系统设计方案的用户系统参数,较详细地讨论了在航天飞机轨道器导航方面的具体应用,包括使用GPS系统能获得的预期好处。