卫星星座全球连续覆盖的仿真分析与优化

从仿真的角度对卫星星座的覆盖进行了分析和研究。 仿真分析需注意的问题，并给出了采样时刻的全球覆盖判定算法和地面点覆盖判定算法，；针对仿真计算的初步结果，文章提出了一系列有效指标，并利用模糊评判的方法对这些指标进行了综合分析，获得星座覆盖性能参数；在此基础上，对卫星星座全球连续覆盖性能的非线性优化进行了一定的研究。     

GPS/GLONASS/GALILEO多星座组合导航系统研究

通过对多星座组合导航系统的分析,对多星座组合导航定位算法进行了研究。由于GPS、GLONASS、GALILEO系统分别采用了不同的坐标系,文中利用坐标系变换将不同星座统一到同一个坐标系中,采用增加状态变量的方法实现了组合系统的时间统一,从而实现了多星座间的时空统一;针对多星座组合系统的可见卫星数目大大增加的特点,采用最小二乘的方法实现了用户的导航定位解算,提高了用户的定位精度。通过对GPS/GLONASS/GALILEO多星座组合导航系统的仿真研究,其结果表明:与GPS单星座相比,GPS/GLONASS/GALILEO多星座组合导航系统,同一时间内可见卫星数目大大增加,PDOP值明显减小,有效提高了导航定位精度,具有良好的定位性能和可靠性。     

基于GEO／HEO混合星座的区域卫星定位系统性能分析

星座方案选择对卫星定位系统的性能具有很大影响。本文结合GNSS－2星座方案中的阿基米德计划，设计了针对我国区域的HEO／GEO混合星座，首先从可见性角度对GEO卫星定点参数和HEO卫星轨道参数进行了优选，之后，以GDOP和PDOP因子为衡量标准，在选定覆盖区域内，对混合星座的定位性能进行了分析，仿真结果表明，在覆盖区域内，该星座能够达到与GPS相当的定位精度。     

基于中轨与静止轨道卫星定位系统星座优化设计

文中分析了中国区域性覆盖卫星导航系统“北斗”系统的特点，提出了采用“北斗”系统静止轨道卫星结合若干倾斜圆轨中轨MEO卫星，构成中国区域性覆盖星座的设计思想。文章给出了卫星导航定位系统星座优化设计方法，比较了多种设计思想和多种轨道形式的设计方案。通过仿真计算分析，在多种设计结果中，得到了优选的2颗GEO卫星结合若干MEO卫星星座设计方案设计结论。并且针对所选星座的覆盖性能，仿真给出了区域性覆盖优选星座的PDOP特性。     

区域导航星座分析设计研究

导航星座设计涉及诸多参数的优化组合,星座设计目标就是寻找一组参数组合,使其构成的星座在指定覆盖区域既能获得最优星座性能,又节省系统建设成本和星座长期维持费用.在详细论述导航星座性能指标及其可用性算法,以及导航星座参数设计因素的基础上,进一步提出了半分析式区域导航星座设计方法,并综合分析得到4种区域导航星座设计方案.最后,通过对比研究星座性能指标及定位精度仿真结果,初步说明区域导航星座设计方法和设计方案的可行性和合理性.      

一种改进的卫星星座服务可用性评价方法

针对存在缺失卫星的轨道面,将星座中的卫星分为两组,从概率角度并采用组合方法提出了星座覆盖可用性和导航精度可用性指标的统计评价模型和仿真流程,进而通过对两项可用性指标进行加权建立了形式统一的服务可用性加权评价模型。利用该模型对单个或多个轨道面有确定数量卫星缺失的状态下,星座构型和轨道参数变化对其服务可用性的影响进行了研究。结果表明,星座轨道平面数和轨道高度均对服务可用性有较大影响。提出的服务可用性评价模型物理意义明确,可有效减少指标评价时间,研究结论有助于在概念设计阶段对星座构型和轨道参数进行优选。     

基于半分析式方法的全球导航星座设计

导航星座设计涉及诸多参数的优化组合,设计目标就是寻找一组参数组合,使其构成的星座在指定覆盖区域既能获得最优的星座性能,又节省系统建设成本和星座长期维持费用。首先,提出评价导航星座性能的技术指标、可用性算法以及半分析式星座设计方法;然后,详细论证设计参数对导航星座性能的影响,进而综合分析得到3种全球导航星座设计方案;最后,通过对比研究3种星座方案的性能指标和导航定位仿真结果,说明导航星座设计方法和设计方案的可行性。     

基于子集包含减少ARAIM子集数量的方法

先进接收机自主完好性监测（ARAIM）技术可用于多星座组合定位时的完好性监测，ARAIM技术子组推荐的多假设分离解（MHSS）标准算法，存在子集数量过多带来大量计算负载的问题。针对此问题，在双星座组合定位情景下，通过分析子集之间的包含关系及空间位置精度因子（PDOP）的变化，提出了使用一个子集代替多个子集减少子集数量的方法。所提方法可以明显地减少子集数量，不同参数下的仿真结果表明，优化后的算法效率至少提高2倍以上，并且优化前后的ARAIM可用性变化最大不超过3%。      

低轨大规模卫星星座内部防碰撞安全性分析

针对低轨大规模星座卫星间碰撞安全问题，对星座构型的最大漂移量开展了研究。基于球面三角形理论计算了卫星轨道平面的最小相位差；采用控制变量法对星座构型参数进行研究，分析不同构型参数对星座卫星最小相位差的影响，以及升交点赤经漂移量与最小相位差的关系，提出了基于最小相位差的星座构型参数协同设计方法；基于相对相位分析方法，建立升交点赤经漂移量与相位漂移量随时间变化的函数关系；最后，以Starlink第一期星座为参考对象进行仿真，验证了构型参数协同设计方法的合理性。     

基于改进的NSGA-Ⅱ算法的区域覆盖卫星星座优化

对基于Pareto最优概念的非劣性分层遗传算法(NSGA-Ⅱ)进行了改进，与区域覆盖卫星星座的多目标优化设计相结合，提出基于改进的NSGA-Ⅱ算法的区域覆盖卫星星座优化设计方法，并利用多属性决策中的字典序法，根据目标的重要程度，在得到的Pareto解中进行选择．最后，利用STK和Matlab工具对遥感卫星星座进行了仿真，仿真结果表明该算法可以找到多个Pareto解，避免了传统的多目标优化求解方法的权值选择问题，并且比简单遗传算法具有更好的灵活性，从而解决了多目标优化的星座设计问题。     

基于岭回归的红外协同定位优化算法

针对双机协同定位误差较大问题,首先,在球坐标与直角坐标相结合的基础上,建立双机协同定位的数学模型,并通过对数学模型的分析得出双机距离较近时定位误差大的原因。其次,利用岭回归算法求解出定位精度较高的两组测量子集的目标位置估计值和定位误差协方差矩阵。最后,利用加权最小二乘算法对两组测量子集进行融合定位,推导出协同定位优化算法。仿真分析表明,该算法能显著改善了整个探测区域内的定位精度,并且在双机相距较近时也能保持高的定位精度。      

月球探测器垂直软着陆4D轨道全局优化

提出一种包含动态规划法与共轭梯度法的组合优化算法,求解月球探测器垂直软着陆问题. 其以动态规划法中求得的次优控制变量作为共轭梯度法的初始控制变量,求得更为精确的最优控制变量和最优轨道. 月球垂直软着陆的轨道可以分为两段,即制动段与着陆段. 以燃料消耗量最小为性能指标,采用该组合优化算法分别对两段轨道进行了4D全局优化. 数值仿真结果表明,该组合算法优化精度较高,收敛速度快,稳定性好,可用于机载计算机实时生成垂直软着陆4D轨道,同时还可推广到其他终端时间自由型两点边值问题.      

基于序列Monte Carlo技术的动态节点定位

无线传感器网络中目标节点定位的准确性与定位频次对跟踪与监视精度有着重要的影响.为了提高目标跟踪精度,需要研究高效的网络节点定位算法.在分析传统基于Bayesian估计过程定位的基础上,讨论可利用基于采样的序列Monte Carlo算法解决移动节点的自主定位的算法,研究了序列Monte Carlo算法在无线传感器网络节点定位中的应用.利用该方法无需对传感器网络的先验知识和对节点移动的假设,利用低密度种子节点得到定位的精度较高.理论分析和仿真实验表明,利用序列Monte Carlo算法进行定位能够充分利用移动性来提高定位的精度,Monte Carlo定位算法很大程度上提高了定位效率,能够更有效地利用传感信息,降低不确定性因素的影响.      

GPS定位与测速算法研究

给出了GPS定位与测速的数学模型,然后在Gauss-Newton算法的基础上讨论了正常情况下的GPS定位与测速的迭代算法,最后给出了只有3颗可见卫星或几何精度因子太大时的处理方法,从而得出了一个完整的GPS定位与测速的迭代算法.该算法首先迭代地求定位解,并在迭代中不断更新卫星信号传播时间,然后用最后一步迭代中计算出的正规矩阵和卫星信号传播时间求解速度.     

基于最小二乘递推估计的GPS定位算法

首先从理论上证明了几何精度因子随卫星数目的增加而减小.然后提出了基于现有软件的几何精度因子和定位解的递推算法.该算法从剩余的可见卫星中选取使GDOP₅达到最小的第五颗星,利用这颗卫星提供的定位信息对四星定位解进行修正.最后给出了第五颗星的选择方法,算法的目的是以最小的计算量换取定位精度的有效提高.     

一种多运动模式下自适应阈值零速修正算法

传统基于微机电惯性测量单元（MEMS-IMU）的惯性导航系统（INS）引入零速修正（ZUPT）算法校正器件的累积误差。但由于ZUPT算法零速判定阈值为固定值,只适合单一运动模式,当室内行人运动轨迹包含多种运动模式时,定位精度下降。对此,提出了一种多运动模式下自适应阈值ZUPT算法。分析了室内行人包括静止、走、跑、上楼和下楼5种运动模式零速判定阈值的选取,实现了利用随机森林（RF）算法对5种运动模式的分类识别,并根据识别结果对ZUPT算法零速判定阈值进行自适应调整。为了验证本文算法的可行性和有效性,利用MATLAB软件平台对实测数据进行处理,并与传统定位算法进行了比较。3组实验结果表明,当室内行人运动轨迹包括多种运动模式时,相比传统固定阈值的ZUPT算法,引入自适应调整阈值的ZUPT算法可使定位算法的定位精度提高73.83%。      

Iridium/ORBCOMM机会信号融合定位技术

在全球导航卫星系统(GNSS)不可用情况下，低地球轨道(LEO)卫星机会信号(SOP)定位技术是一种有效的导航定位解决方案。单LEO星座机会信号定位技术面临星座构型不足或可见卫星偏少等问题，多LEO星座机会信号融合定位技术可有效解决该问题。通过分析瞬时多普勒定位原理，建立了Iridium/ORBCOMM机会信号融合定位模型，引入基于Helmert方差估计的加权最小二乘算法进一步提高定位精度。实测数据表明:基于Helmert方差估计的Iridium/ORBCOMM机会信号融合定位精度优于70 m，验证了多LEO星座机会信号融合定位的可行性和有效性。      

基于北斗双星的被动定位算法研究

针对我国现有北斗双星定位系统主动定位存在的问题,提出了一种被动定位算法.该算法根据两颗同步卫星、用户配备的原子钟、高程设备等获得卫星到用户的时间及高程信息,首先将北斗系统的工作区域划分为若干网格,定义了费用函数.然后计算各网格的费用,将具有最小费用的网格及邻域作为下一次搜索的区域,再将该子区域进一步网格化后计算费用函数,经过多次迭代后就可将当前搜索的网格中心作为用户所在位置.最后用电子地图对三维搜索算法可行性进行了仿真,仿真考虑了网格划分方法和电离层误差对结果的影响.结果表明,该算法运算速度快,并且具有较高的定位精度,对现有北斗双星主动定位系统是一种可行的改进算法.      

GPS相位平滑伪距技术在广域差分定位中的应用

分析了在广域差分GPS定位技术中使用分段平滑滤波器进行载波相位平滑伪距来提高定位精度的实现方法,并针对在平滑技术中出现的周跳问题提出一种使用小波进行探测周跳的方法,用实际的工程算例验证了该方法的可行性和有效性。     

基于DSP＋LAMBDA算法的GPS实时定位技术研究

主要分析了GPS载波相位整周模糊度LAMBDA求解算法,通过数据模拟测试来验证该算法在DSP上的工作状况。仿真计算证明,在DSP上实现LAMBDA算法可以满足GPS实时动态定位的要求。