RTCA协议下北斗完好性降效参数算法设计及检验

目前我国北斗导航增强系统的完好性参数设计缺少针对差分信息有效性的降效参数设计,不满足航空无线电委员会（RTCA）提出的接口协议,无法同国际其他GNSS星基增强系统相兼容。根据RTCA接口协议,针对我国卫星导航系统的完好性降效参数处理算法进行了研究,利用北斗实测数据分析了完好性降效参数对用户增强服务的影响,验证了算法的有效性。结果表明,正常情况下,北斗导航系统增强服务三维定位精度可达到113m。当用户丢失部分差分改正信息时,定位精度约144m,精度下降约274%,利用完好性降效参数对过期差分信息进行降效处理,优化定位权阵,可将定位精度提高至117m,达到正常增强服务水平。     

一种图像辅助火星着陆段自主导航方法

针对未来深空探测软着陆高精度实时导航的需求,提出了一种图像辅助的自主导航方案。首先通过下降段图像与落点区域地形匹配,获得着陆器相对于落点的位置和姿态;然后基于误差Kalman模型估计着陆器的状态误差,修正惯性导航的结果;在图像信息不可用的情况下,只进行惯性递推导航;这种方案既提高了导航的精度,也能保证实时性的要求。 数值仿真验证了该方案的可行性,该方案对未来实际工程任务具有很大的参考价值。     

第二类无奇点根数的北斗历书参数设计

为统一北斗三类卫星的历书拟合算法,提出基于第二类无奇点根数进行历书参数设计的方法,设计了以倾角向量变率作为摄动参数的历书参数模型,并给出新的历书模型的用户使用算法。利用覆盖2013年全年的实际在轨卫星的数值轨道进行了历书拟合试验。结果表明,地球静止轨道（GEO）和倾斜地球同步轨道（IGSO)卫星的拟合位置误差为2~4km,拟合用户距离误差（URE）约为1km,中圆地球轨道（MEO）卫星的拟合位置误差为1~2km,拟合URE约为500m。通过分析6个轨道根数和2个摄动参数全年的变化范围,对新历书模型进行量化单位和占用比特位的通信接口设计,定量分析量化单位对历书表达精度的影响。结果表明,参数截断后对位置误差的影响小于50m,对URE误差的影响小于5m。因此,历书量化误差对信号捕获以及首次定位时间带来的影响可以忽略不计。     

基于3D Zernike矩的巡检器与空间站的相对导航算法

针对航天器相对导航问题,以空间站表面为"特殊地形",提出一种基于大型航天器表面巡检的相对导航算法。首先,运用巡检飞行器上的TOF （Time of Flight）相机测量空间站表面局部点云数据,以该点云数据为实时图,以空间站表面先验点云数据为基准图。然后,利用3D Zernike矩与三维地形间的一一对应关系,将三维地形匹配转化为基于3D Zernike矩的特征向量匹配。在此基础上求解实时图与匹配上的基准图间的相对位置、相对姿态,从而确定两航天器间的相对导航参数,并通过实验分析了匹配精度及速度的主要影响因素。最后,将该相对导航参数与惯性系统推算的相对导航参数在扩展卡尔曼滤波器的框架下实现信息融合,估计了巡检飞行器与空间站间的相对位置、相对姿态,实验结果表明,相对位置精度优于0.002 m,相对姿态精度优于0.1°。     

气压垂直导航中修正高度分析

在世界海拔最高民用机场四川稻城亚丁机场的基于性能导航(PBN)飞行程序设计过程中,由于GPS在垂直方向精度较低,最后进近航段采用气压垂直导航(Baro-VNAV).但机场海拔高,这种导航方式受到修正高度的影响较大.因此通过对ISA偏差对气压高度的影响公式进行推导,得出修正高度公式,利用Matlab对机场温度、航段高、机场标高与修正高度H修的关系进行分析,并以四川稻城亚丁机场Baro-VNAV实例进行了验证.最终给出了在PBN飞行程序设计过程中的建议.     

Autonomous navigation to quasi-periodic orbits near translunar libration points

Libration-point missions have been very useful and successful. Due to the unstable nat-ures of most of these orbits, the long-time stationkeeping demands frequent maneuvers and precise orbit determinat...     

多传感器多模型多尺度组合导航系统算法

多传感器组合导航系统是组合导航发展的方向之一。针对复杂环境,多模型自适应算法可以较好地解决模型及参数不确定的问题;而多尺度融合算法将基于模型的动态系统分析与具有统计特性的多尺度信号变换方法相结合,可有效提高系统的滤波精度。为此,文章将多模型估计与多尺度滤波算法相结合构成多模型多尺度滤波算法,该算法用于多组合导航系统后,经仿真验证,相对于多模型或单模型多尺度滤波算法,系统的滤波精度明显提高。     

基于伪距/伪距率的组合导航系统仿真

在GPS／SINS组合导航系统的研究中,对基于位置,速度组合模式的研究相对成熟,而基于伪距,伪距率组合模式的研究相对较少。而基于伪距,伪距率的组合导航系统研究中又以协方差仿真居多,基于仿真数据和实测数据的研究更少。文章对基于伪距,伪距率的GPS／SINS组合导航系统进行仿真研究,建立了系统各模块的数学模型并进行Matlab仿真;然后,设定系统中各项参数,获得仿真数据;对同一组仿真数据进行基于伪距,伪距率和基于位置,速度的导航计算,并将计算结果对比研究。由实验结果可知：与基于位置／黻的组合模式相比,基于伪距,伪距率的组合模式具有更高的导航精度。     

Demonstration of a high sensitivity GNSS software receiver for indoor positioning

Advances in signal processing techniques contributed to the significant improvements of GNSS receiver performance in dense multipath environments and created the opportunities for a new category of high-sensitivity GNSS (HS-GNSS) receivers that can provide GNSS location services in indoor environments. The difficulties in improving the availability, reliability, and accuracy of these indoor capable GNSS receivers exceed those of the receivers designed for the most hostile urban canyon environments. The authors of this paper identified the vector tracking schemes, signal propagation statistics, and parallel processing techniques that are critical to a robust HS-GNSS receiver for indoor environments and successfully incorporated them into a fully functional high-sensitivity software receiver. A flexible vector-based receiver architecture is introduced to combine these key indoor signal processing technologies into GSNRx-hs™ – the high sensitivity software navigation receiver developed at the University of Calgary. The resulting receiver can perform multi-mode vector tracking in indoor environment at various levels of location and timing uncertainties. In addition to the obvious improvements in time-to-first-fix (TTFF) and signal sensitivity, the field test results in indoor environments surrounded by wood, glass, and concrete showed that the new techniques effectively improved the performance of indoor GNSS positioning. With fine GNSS timing, the proposed receiver can consistently deliver indoor navigation solution with the horizontal accuracy of 2–15 m depending on the satellite geometry and the indoor environments. If only the coarse GNSS timing is available, the horizontal accuracy of the indoor navigation solution from the proposed receiver is around 30 m depending on the coarse timing accuracy, the satellite geometry, and the indoor environments. From the preliminary field test results, it has been observed that the signal processing sensitivity is the dominant factor on the availability of the indoor navigation solution, while the GNSS timing accuracy is the dominant factor on the accuracy of the indoor navigation solution.     

某大结构变化空间飞行器转动惯量在轨估计

针对某空间飞行器在轨运行时转动惯量变化大的特点,对其转动惯量的在轨估计方法进行了研究。基于姿态动力学模型建立状态方程,用陀螺测得的角速度、推力标称值和推力作用点的位置信息构造量测,用最小二乘法估计转动惯量。仿真结果证明了算法的有效性,误差小于5%。估计算法计算简单,估计时间和所用燃料消耗少,工程上易于实现。