多全球导航卫星系统联合的探月飞行器轨道定位分析

针对探月飞行器月球公转轨道上的卫星导航定位问题,以高轨道飞行器卫星导航定位的研究为基础,采用多全球导航卫星系统联合定位的方法进行仿真。分析了载波功率与噪声功率密度比为15d BHz的弱信号捕获门限下,各系统联合定位时波束主瓣和旁瓣的可用性,同时对各系统联合情况下的精度因子值进行分析。仿真结果表明:当接收到的卫星天线辐射的主瓣和旁瓣信号均高于载噪比门限时,全球导航卫星系统的三系统或四系统的联合能满足实时定位条件;而旁瓣损耗不加以补偿时,接收信号载噪比低于门限并导致任意联合方式均无法完成定位。各系统联合的精度因子分析表明:单系统或双系统联合的几何精度因子变化剧烈,四系统联合相比三系统联合的几何精度因子下降16.93%;三系统联合定位方案中,美国全球定位系统、中国的北斗卫星导航定位系统与欧洲的伽利略卫星导航定位系统联合方案的几何精度因子值变化最平稳,为最佳选择。理论分析和仿真结果为探月飞行器定位技术研究和星载多系统接收机设计提供参考。     

全球卫星导航系统自主导航完好性隔离算法

全球卫星导航系统在自主导航工作模式下,为了保持星座系统的稳定,保证系统的完好性,需要对故障卫星进行及时可靠的隔离。因此提出一种基于星间链路的全球卫星导航系统(GNSS)自主完好性隔离算法,分析全球卫星导航系统故障判别方式,设计了基于星间链路的故障隔离流程,提出了基于星间测距误差和判别的故障检测及隔离算法。仿真结果表明,基于星间链路的GNSS自主完好性隔离算法,可以有效隔离故障卫星,保持星座自主导航精度,并且算法实现复杂度较小,易于工程实现。     

基于星间链路GNSS自主完好性加权算法

全球卫星导航系统在自主导航工作模式下,传统的地面支持完好性系统无法满足用户的完好性要求。因此提出一种基于星间链路的全球卫星导航系统(GNSS)自主完好性加权算法,通过改进稳健估计理论中的M-估计对星间链路测距加权的计算方法,降低故障卫星星间测距值的影响,以保持星座自主时间同步和精密定轨处理的连续、稳定与精度。仿真结果表明,在一颗及两颗故障卫星情况下,基于星间链路的GNSS自主完好性加权算法,可以有效地消除故障卫星对自主导航精密定轨的影响,星座具有与无故障时相当的自主定轨精度。     

测控站布局对区域卫星导航系统的影响

建立区域卫星导航系统的测控网是卫星导航系统要解决的关键问题之一。讨论国内测控站的布设问题,采用网格计算方法分析国内测控站对导航星座的可观测性。引入位置精度衰减因子PDOP和定轨中的法矩阵条件数,分析测控网对导航星座的观测几何结构强度以及测站位置分布对轨道确定精度的影响,仿真结果表明,利用我国有限的国土跨度和航天测控资源可以确保对导航卫星的测控任务的完成。对在国外布设测控站进行讨论和仿真,结果说明位于国外的测控站(如可在澳大利亚的珀斯设站)的加入能明显改善观测的几何结构强度、提高导航卫星的轨道精度。     

基于载波相位辅助的GNSS天线阵抗干扰算法*

对于全球卫星导航定位系统,干扰和多径是影响接收机导航定位性能的两个主要因素。针对卫星导航接收机的抗干扰问题,提出了一种基于载波相位辅助的卫星导航天线阵抗干扰算法。该算法进行盲零陷形成的同时利用各阵元通道输出信号的载波相位辅助来进行盲波束形成,并通过控制算法实现智能切换。仿真结果表明,提出的算法在干扰环境且接收机冷启动的条件下仍能成功抑制干扰、正常工作,在无干扰或弱干扰条件下能进行波束形成来增强卫星信号,从而提高卫星可见性以及定位精度。提出的算法不需要阵列校正以及姿态测量单元辅助,其实现代价远小于传统的波束形成算法。     

一种基于双星导航系统的无源定位方法研究及其实现方案

为扩展双星导航定位系统的应用范围,针对双星导航系统双星定位时用户的有源问题提出了一种无源导航定位方法,用户不必发射导航定位请求信号,直接接收就可完成定位.同时,结合差分技术来提高用户导航的定位精度.通过理论分析和仿真,说明该方法是可行的.     

EKF在SINS/GNSS深组合导航中的应用

为了在卫星较少条件下也能提供连续稳定、精度高的导航,建立了一种基于扩展卡尔曼滤波器(extended Kalman filter,EKF)的捷联惯导系统(strapdown inertial navigation system,SINS)/全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)深组合导航系统,并对该系统所采用的导航结构、状态估计算法等进行研究设计。最后,在战术级条件下,分别对单独的SINS,SINS/GNSS松组合导航系统和SINS/GNSS深组合导航系统进行仿真验证,并对导航结果进行对比分析。从仿真结果可以看出,深组合导航系统位置误差约为0.3 m,速度误差约为0.01 m/s,姿态误差约为0.005°。对比分析可知深组合导航精度更高,且不受卫星个数条件影响,具有很高的实用价值。     

COMPASS/GPS双模导航定位精度分析及仿真

结合北斗二号(COMPASS)和GPS系统的运行轨道参数及系统特性,建立了COMPASS/GPS双模导航定位伪距测量误差模型,推导分析了双系统定位的几何误差因子;并对某地区的COMPASS/GPS双模导航定位精度进行了系统的分析.仿真结果表明,在某地区内,北斗二代系统在空间域与时间域上的整体稳定性优于GPS系统,组合的COMPASS/GPS系统在可见星和精度方面优于单一的定位系统.     

伽利略导航系统若干关键技术分析

分析了目前最新的卫星导航定位系统———伽利略系统所采用的若干关键技术.从卫星轨道布置方式、信号与频率设计方法、伪卫星技术及信号服务等几个方面与GPS进行了对比研究.研究结果表明,Galileo系统具有定位精度高、兼容性好、功能全等优点,在新一代导航系统中具有重要地位.     

SAR在飞行器组合导航系统中的应用

SAR是雷达理论和技术发展到一定阶段的基础上诞生的一种具有高分辨率的成像雷达,它在众多领域得到了广泛的应用。在飞行器组合导航系统中,利用SAR图像进行图像匹配,可以极大地提高系统的导航精度。介绍了SAR、组合导航系统的发展及研究现状。重点介绍了SAR在飞行器组合导航系统中的应用,并给出了具有较高精度、容错性和自主性的INS/GNSS/SAR组合导航系统的原理、结构及仿真结果。     

伪卫星辅助的车辆组合导航算法

研究了采用伪卫星辅助的车辆组合导航系统,以及SINS/里程仪/伪卫星车辆组合导航方案、误差方程、联邦滤波算法,并进行了算法仿真.仿真结果表明,伪卫星加入车辆组合导航系统后导航误差可以得到明显改善.伪卫星是一种完全自主的导航定位系统,伪卫星辅助导航不会影响车辆的快速性和机动性,提出的采用伪卫星辅助的SINS/里程仪车辆组合导航系统是一种可行的战区内车辆精确导航定位方案.     

基于锁相环的GNSS授时接收机钟差校准算法

GNSS(全球卫星导航系统)授时接收机利用卫星导航信号获取钟差并校准本地时钟,从而与GNSS系统时间同步。提出了全新的基于锁相环的GNSS授时接收机钟差校准算法,将钟差校准过程等效为传统的锁相环模型,鉴相器的功能由PVT(位置、速度与时间)解算实现,压控振荡器的功能由本地时间调整接口实现,环路将本地秒相位与GNSS系统的秒相位锁定。分析了环路总误差的组成,以及环路参数与各误差项的关系,给出了误差最小的环路优化设计准则。在北斗二号卫星导航接收机平台上进行了对比实验,验证了算法的有效性。     

基于伪卫星的北斗双星导航系统DOP值

在分析北斗导航定位系统原理的基础上,探讨了利用伪卫星来提高其定位精度的方法.采用2颗～4颗伪卫星辅助北斗定位系统对用户进行导航定位.仿真结果表明,伪卫星辅助的导航定位系统能改善卫星几何布局,减小DOP值.增加伪卫星的数目能提高定位精度;合理布局现有伪卫星能进一步提高定位精度.     

国内外卫星导航技术发展综述

随着高科技的飞速发展,卫星导航技术也日新月异.主要叙述了导航卫星星座的导航定位原理、精度指标和性能指标的评价方法以及国内外卫星导航技术的发展趋势,分析了各种卫星导航技术(美国的全球定位系统GPS、俄罗斯的GLONASS系统、中国的CNSS--"北斗"卫星导航定位系统以及将要投入使用的欧洲GALIELO卫星导航系统)中存在的问题以及给出解决这些问题的可行方案.从而为工程实际应用提供了借鉴的依据.     

地基伪卫星导航系统的伪距精度估计方法

地基伪卫星导航系统的伪距和伪距变率精度对评估系统的导航性能或其信息与其他系统导航信息的融合意义重大。目前的伪距和伪距变率精度估计方法基本上都是针对卫星导航系统的,并且没有充分考虑地基伪卫星导航系统自身的特点。通过构造伪距和伪距变率精度观测量,利用地基伪卫星导航系统可产生较差定位构型的特点,提出了一种在外测系统定位定速精度较差且存在杆臂长度的情况下仍然能够获取准确估计量的伪距和伪距精度估计方法。仿真结果表明所提方法可有效地估计出伪距和伪距变率的精度而且具有较强的适用性。     

卫星导航天线阵的载波联合跟踪算法

测量卫星导航信号在天线阵各阵元上的载波相位之差可用于卫星波达方向解算,但传统的各阵元独立跟踪算法在干扰条件下无法实现高精度跟踪且容易失锁。针对此问题,通过将天线阵各阵元的载波相位分解为公共的平均载波相位和低动态的残余载波相位,提出了一种联合载波跟踪算法。该算法利用平均载波相位为每个阵元共有的特点,通过对全部阵元的联合处理来提高其跟踪精度,同时通过缩小环路噪声带宽来提高残余载波相位跟踪精度。理论分析与仿真结果表明,该算法提高了波达方向解算所需的阵元间载波相位差的测量精度及跟踪灵敏度,四阵元天线阵在典型应用条件下,跟踪灵敏度提高4d B,相同载噪比下载波相位差测量精度提高3倍。     

北斗军转民应用

北斗卫星导航系统(简称"北斗")是中国自主研发、独立运行的全球卫星定位与通信系统,与美国的GPS、俄罗斯的格洛纳斯、欧盟的伽利略系统兼容共用的全球卫星导航系统,并称全球四大卫星导航系统。该系统可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠的定位、导航、授时服务并兼具短报文通信能力。北斗卫星导航系统2011年12月27日起,开始向中国及周边国家提供连续导航定位与授时服务,主要应用于军事领域,包括飞机、导弹、水面舰艇和潜艇的定位导航;弹道导弹机动发射车,自行火炮与多管火箭发射车等武器载具发射位置的快速定位等方面。北斗在国防上的应用,能使作战效能提高100-1000倍,作战费效比提高10-50倍,大大提高国防能力和减少国防经济的负担。2012年12月27日起,北斗卫星系统正式向亚太大部分地区提供连续无源定位、导航、授时等服务;标志着北斗卫星系统由军用转向民用,主要领域包括交通运     

基于惯导信息卫星定位与景象匹配的导航方法

针对飞行器在卫星信号失效时导航精度变差的问题,提出一种基于惯性导航系统(Inertial Navigation System, INS)、卫星定位与景象匹配的合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)载机平台组合导航方法。首先根据INS、卫星定位与景象匹配的数学模型,构造了对应的量测方程,然后应用卡尔曼滤波(Kalman Filter, KF),对不同的量测推导了对应的滤波算法。其中对于卫星数据与景象匹配数据,通过扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman Filter, EKF)进行了线性化处理。该方法不要求卫星数据直接提供定位信息,故在卫星数较少时也可以应用。仿真实验中,当卫星信号部分缺失时,本文方法能获得比INS与卫星组合定位方法更小的位置误差,在包含卫星信号时,也能提供比INS与卫星组合定位方法更优的精度。仿真结果证明了该方法的有效性。     

基于接收机钟差约束的地基伪卫星导航改进方法

采用地基伪卫星对飞行器进行导航时,由于布站场地有限不可避免地会出现定位构型差的情况,当仅用伪距和伪距变率进行定位定速时,若采用典型的单历元卫星定位定速算法,那么对飞行器的定位定速精度就会比较差。通过分析发现,地基伪卫星导航系统用户接收机钟差和钟差变率的求取不准确很大程度上影响了定位定速精度。针对这种情况,提出了通过提高地基伪卫星接收机钟差和钟差变率的求解精度来提高定位定速精度的方法。首先根据接收机钟差和钟差变率的模型得到它们的观测方程,然后将其加入到单历元定位定速方程组中参与定位定速解算,仿真结果表明了该方法的可行性和有效性。     

BDS和GPS导航系统亚太地区定位性能分析

通过仿真在轨的北斗卫星和GPS卫星,利用STK覆盖功能分析北斗、GPS和北斗/GPS组合导航系统在亚太地区的定位性能,并比较北斗/GPS组合卫星导航系统与单系统相比的优势。仿真结果表明北斗/GPS组合卫星导航系统在亚太地区有更好的可用性,能提供更高精度的导航定位服务。