北斗系统三频载波相位整周模糊度快速解算

北斗导航定位系统播发三个频率观测值,有助于载波相位整周模糊度的快速、准确固定。传统的几何无关模型三频载波相位模糊度固定算法通常采用遍历整数搜索的方法确定载波相位-伪距组合系数,组合后的噪声因子较大,模糊度固定成功率不高。在分析了北斗系统伪距测量误差特性的基础上,给出了加权组合噪声因子的定义及其约束下的最优组合系数的求解方法。采用Hatch滤波提高电离层延时误差实时估计精度,成功固定三组线性无关组合系数对应整周模糊度,进而确定基础整周模糊度。利用北斗系统短基线、长基线实测数据对算法性能进行了验证,实验表明:提出的算法可优化超宽巷、宽巷组合噪声因子20%以上,模糊度固定成功率提高10%~18%左右,30s历元平滑后的基础模糊度固定成功率可达90%以上。     

双频去相关单历元动态解算整周模糊度研究

针对GPS实时动态精密相对定位应用背景,提出一种整周模糊度实时求解方法。采用宽巷组合载波相位双差、伪距双差观测信息建立观测模型;对浮点模糊度协方差阵进行一次Cholesky分解,构造了浮点转换矩阵,使浮点模糊度完全去相关;推导确定整周模糊度的搜索空间;利用最小残差平方和搜索准则,确定单历元整周模糊度,并用OVT检验方法,对不同历元得到的整周模糊度进行一致性检验。结果表明,观测量误差均方差取值对整周模糊度搜索空间和成功率有较大影响,附加OVT检验的双频去相关单历元动态解算整周模糊度方法正确可行。     

加权模糊C均值聚类算法实现BDS三频组合观测值优选

在对BDS三频载波相位组合观测值进行误差分析的基础上,确定了优选载波相位线性组合系数的筛选标准。针对传统聚类算法在高维多频混合数据集分类中存在的不足,采用一种基于加权的模糊C均值聚类算法,通过对同一维度在不同簇上赋予不同的权重值,对传统遍历搜索法所获得的部分BDS三频载波相位组合观测值进行了优化分类选取,有效解决了传统全球导航卫星系统载波相位观测值选取方法效率低的问题,同时为多系统多频数据组合观测值系数的优化选取提供了一种新的思路。对分类结果进行分析,确定了各类组合观测量的适用范围,并结合实测数据,利用无几何层叠模糊度解算方法对优选组合进行了整周模糊度的解算,结果验证了该方法的可行性。     

星载三频GNSS接收机的整周模糊度解算

TCAR算法是GNSS中常用的快速确定三频模糊度的方法。虽然原理简单,计算方便,但是模糊度解算正确的概率很小,需要验证求解数值的正确性。而星载GNSS接收机存在着可见星数目低于3颗的情况,无法进行验证,文章通过结合递推加权最小二乘,对算法进行了改进,给出了适合于任何情况下求解模糊度的改进的TCAR加权算法,克服了TCAR算法在可见星不足情况下,无法获取正确的模糊度数值的缺点。同时在GNSS可见星不低于3颗的情况下,对改进的TCAR加权算法添加了模糊度搜索环节,使得算法在确保模糊度解算成功率的前提下,进一步提高解算效率。最后通过对比仿真表明,在可视卫星数目小于3时,只能采用改进的TCAR加权算法进行模糊度的确定;在可视卫星数目不低于3时,采用改进的TCAR搜索算法求解模糊度,拥有高成功率和高效率的特点。     

基于北斗动动精密相对定位的模糊度解算方法

模糊度解算方法是GNSS动动定位的关键技术,传统模糊度解算方法只针对单频或双频信号进行处理,为此分析了北斗动动差分相对定位模型,并阐述了动态模糊度解算的一般方法,在此基础上提出了一种短基线北斗三频TCAR方法求解动态模糊度,即首先求解出三个线性无关的线性组合的模糊度,然后恢复原始频率观测值的模糊度。短基线车载动动测试结果表明:该北斗三频模糊度解算方法是有效的,模糊度正确固定后基线解算精度为cm级。     

基于联邦卡尔曼滤波的组合导航定位算法

在传统的GPS/INS紧耦合组合导航系统中,由于伪距和多普勒频移误差的存在,系统存在一定的误差偏移。针对这种误差偏移,设计了一种联邦卡尔曼滤波组合导航算法,该算法采用二级卡尔曼滤波器,将卫星接收模块解算出的伪距信息和多普勒频移信息在第一级卡尔曼滤波后,与INS模块结算出的信息进行修正处理,再通过主滤波器得到紧耦合算法的INS解算结果校正量和定位位置最优估计。通过计算机仿真结果分析表明,该方法相对于传统的紧耦合组合导航算法可以有效减小误差,具有一定的理论价值和实用价值。     

多系统组合精密单点定位性能分析

文章提出在数据预处理之前进行钟跳探测与修复以避免周跳探测误判,而后对非差无电离层组合载波相位观测值进行星间单差,避免接收机钟差解算,有效降低了对伪距观测值随机模型建模精度的要求,最后给出了抗差Kalman滤波PPP解算模型。利用GPS、GLONASS、BDS数据,对单、双、三系统PPP定位精度和收敛时间进行了分析,得出了以下结论：三系统PPP技术无论定位精度还是收敛速度均是最优的,加强多系统组合导航定位有利于提高导航定位精度。     

利用几何约束快速求解整周模糊度

以GPS载波相位测量来确定载体姿态为背景 ,针对其中的关键技术问题———载波相位整周模糊度的快速解算 ,提出了一种充分利用卫星与基线之间几何约束来压缩搜索空间 ,快速得到正确的双差模糊度组合的方法 ,并通过对ADUⅡ接收机采集的原始数据进行处理 ,其结果证明这是一种行之有效的模糊度搜索方法。     

基于自适应补充Kalman滤波的平滑伪距算法

为了得到较为精确的伪距值,现提出一种采用自适应补充卡尔曼滤波进行相位平滑伪距的算法,该算法既利用了载波相位平滑伪距的思想,又对观测噪声和载波相位差值方差进行了估计,并给出了相应的数学解算过程。仿真结果表明,利用该算法得到的伪距双差值相对于其他算法最小,利用其平滑后的伪距用于定位,得到的结果相对于其他算法也最稳定。     

北斗导航系统移动基准站差分定位算法

针对复杂测量环境无法建立固定基准站及进行精密定位的问题,提出一种基于北斗导航系统的移动基准站差分定位算法,即基准站与流动站同时运动并实现高精度差分定位的算法。基于载波相位测量值,在动态短基线条件下,对数据进行站间和星间双差处理,消除接收机钟差以及其他公共误差。对多频观测值进行线性组合,构造双差载波相位超宽巷、宽巷、中巷及窄巷观测量。对上述观测量进行窗口滑动均值滤波并采用逐级模糊度确定法固定整周模糊度,即沿着从超宽巷到窄巷的顺序依次求解整周模糊度。为验证算法有效性,设计基于北斗导航系统的轨道外部几何参数检测仪进行实验,实现毫米级静态相对定位精度和厘米级RTK相对定位精度。     

适用于北斗混合星座的相对定位随机模型建模策略

为提高模糊度解算成功率和基线解精度,提出适用于北斗的相对定位随机模型建模策略,即混合随机建模策略。采用最小二乘方差分量估计方法对北斗单差观测量方差进行估计。对处于不同高度的三轨道卫星观测量方差分别建模:对地球静止轨道卫星观测量方差采用载噪比模型建模,对倾斜地球同步轨道卫星和中地球轨道卫星观测量方差均采用仰角模型建模。根据不同模型实时组建观测量的随机模型。试验结果表明:相比于采用传统简化模型和单一的仰角或载噪比模型,混合随机模型能更加真实地反映不同卫星观测量的随机噪声特性,模糊度解算成功率和相对定位精度均有提高,总体性能最优,因而能更好地适用于北斗系统。     

地球静止轨道粗定位的北斗系统接收机快速定位方法

传统全球导航卫星系统信号发射时间的整毫秒恢复算法,在接收机概略位置未知时存在计算量剧增而无法应用的问题。利用北斗系统混合星座中GEO卫星电文速率高的这一特点,提出一种基于GEO粗定位的北斗接收机快速定位的方法。在接收机概略位置完全未知的情况下,使用已获取完整信号发射时刻的纯GEO星座进行粗定位,根据解算获得的概略位置对非GEO卫星发射时刻毫秒整数时间进行恢复,利用所有可见卫星进行精确定位。使用国际全球连续监测评估系统测站观测伪距对算法进行验证,国内测站可100%实现伪距恢复,完成快速定位。仿真遍历中国区域用户,在仿真伪距增加均值为0,标准差为6m噪声,截止仰角为0°时,中国附近区域实现快速定位概率均大于98.68%,其中约80%的中国附近区域可以100%实现卫星信号传输时间恢复并完成快速定位。     

高倍率脉冲放电锂电池的功率输出特性

由于电池内阻和极化现象的存在,锂电池在放电的瞬间会出现较大的电压跌落,高倍率脉冲放电锂电池更是如此。为了研究高倍率脉冲放电锂电池的功率输出特性,探讨温度、荷电状态和老化等因素对电池功率性能的影响规律,定义了锂电池的功率特性曲线,搭建了高倍率电池测试平台,并从温度、荷电状态和老化3个阻抗敏感因素开展实验研究。研究方法和结论对后期开展锂电池系统的峰值功率评估和功率曲线预测有一定的指导意义。     

多基准站相对定位算法及先验基线向量偏差影响分析

为提高单基准站短基线相对定位解算的可靠性,研究了多基准站约束的相对定位算法。将基准站间可提前测量的先验基线信息融入观测模型中,给出了多基准站相对定位的函数模型和随机模型,在此基础上推导了模糊度精度因子的解析表达式,揭示了基准站数量的增加对模糊度浮点解精度提升的作用;从理论上分析了基准站间先验基线信息中的偏差对模糊度解算的影响,分析表明,当先验基线各分量偏差的绝对值之和小于5 cm时,模糊度解算几乎不受影响;通过仿真和实测数据进行了验证。试验结果表明,增加基准站数量不仅能有效提升模糊度解算成功率和收敛速度,并且对先验基线信息中的偏差具有较好的抑制作用,当基线各分量偏差均增加到4 cm时,实测数据模糊度解算成功率仍能达到92%以上。研究结论为特殊场景下多基准站间的快速非精确标定提供了理论依据。     

无缝GPS／INS组合导航系统的设计与实现

针对GPS卫星信号失锁条件下GPS/INS组合导航性能大幅度下降的缺点,设计了一种基于ANFIS的无缝组合导航方法,当卫星数目不低于4颗时采用伪距,伪距率的卡尔曼滤波算法,一旦卫星数目少于4颗时采用ANFIS系统估计导航误差,抑制INS的误差积累,从而实现无缝导航.动态车载实验表明,该方法切实可行,相对于传统的紧组合方法,有效地提高了组合导航系统的定位精度和抗干扰能力.     

基于χ~2检验的惯性/卫星紧耦合系统故障检测与隔离方法

研究了一种基于χ~2检验的惯性/卫星紧耦合系统故障检测与隔离方法,该方法可利用故障检测函数自动识别单个卫导故障,并实时剔除故障星重构观测信息序列,从而避免了对紧耦合系统的影响。构建数字化仿真环境对所研究的故障检测与隔离方法进行了仿真,仿真结果表明,该方法可在卫星发生故障时及时检测并隔离故障星,并自动实现观测信息重构,保证了紧耦合系统的精度和完好性。     

GPS动态定位中整周模糊度的快速解算

在导航中快速和高精度GPS定位需要解算差分载波相位的整周模糊度值.目前整周模糊度的求解方法,丢失了对提高未知参数估值精度很有用的历元信息,并且在去相关过程中必须使方差阵为正定阵,不仅解算难度大,还可能出现病态分解,使得去相关失败.提出了一种GPS整周模糊度的快速解算方法,首先利用卡尔曼算法求解整周模糊度的浮点解;其次确定搜索空间,对协方差阵进行Cholesky分解,削弱其相关性;最后用ratio检验得出最终解.通过理论推导和基于实测数据的仿真分析表明,卡尔曼算法有效地利用多历元信息提高了浮点解的精度,并且在去相关过程中解决了方差阵必须为正定阵的问题,避免出现病态分解,使得搜索空间得到明显的改善,提高了效率,具有实际的应用价值.     

北斗双星系统车辆定向技术

基于卫星载波相位干涉测量原理,研究了利用北斗双星系统确定车辆航向的相关技术。首先建立了北斗定向的数学模型;接着讨论了基于交换天线思想的等效转动基线极大/极小值ERMM模糊度确定方法;然后利用构建的双天线定向系统设计了车载实时航向确定实验,并通过高精度激光陀螺捷联惯导系统对航向确定精度进行了校核。实验结果验证了ERMM解模糊方法的有效性,表明定向系统实时航向确定有效精度可达0.62°。研究结果表明,北斗双星系统可以用于实时确定车辆的航向。