GPS广播星历的时间序列分析

选取6颗GPS卫星近15年的广播星历进行研究,分析每颗卫星的轨道长半轴、扁率、参考时刻的轨道倾角、升交点赤经、近地点角距和真近点角距等开普勒六参数的时间序列,统计其最值及趋势项,通过功率谱分析,计算每个序列的主要周期项。结果表明:卫星轨道长半轴、扁率、轨道倾角、近地点角距有明显的趋势项,升交点赤经每周会产生一次7°左右的跳变,真近点角没有明显的趋势项。功率谱分析表明开普勒六参数均具有明显的周期项。

室内外定位中的空间粒度与空间尺度研究

从满足用户定位需求的角度出发,本文对室内外定位中的空间粒度和空间尺度进行了研究。室内外定位中的空间粒度与用户进行导航定位的目的紧密相关,它规定了定位系统应该具备的定位精度。室内外定位的空间尺度决定了被定位目标的地理位置信息的抽象程度,同时也决定了定位过程中所采用的定位方案策略。通过采用空间粒度和空间尺度对用户定位需求进行分析,本文对基于不同定位系统的功能协同的泛在定位模式进行了探讨,并通过仿真实验对该模式进行了进一步的阐述,力求实现定位服务的泛在化。

基于多模GNSS接收机的卫星系统完好性监测

为了满足多卫星系统完好性监测的需要,本文通过对比不同卫星系统定位结果的方法来监测各个卫星系统的可用性。利用上述方法对实测的三模(GPS、GLONASS和COMPASS)数据进行了处理,结果表明该方法具有可行性,可为多模GNSS接收机的自主完好性监测提供参考信息。

泛在无线信号定位辅助信息的标准化研究

目前利用泛在无线信号进行定位时所需要的特定辅助信息的数据格式和传输方式还没有出台相关标准,这在某种程度上制约了导航定位产业的发展。针对这一问题,提出了通过对卫星导航定位领域广泛使用的RTCM SC-104和NMEA 0183这两种国际标准格式进行扩展,使其包含泛在无线信号定位相关的辅助信息,并将其通过NTRIP协议进行播发,从而实现辅助信息数据格式和传输方式的标准化。该研究有利于传统高精度GNSS定位和泛在无线信号定位的融合,并为实现泛在(无处不在)的室内外一体化定位提供技术支撑。

Wi-Fi辅助的城市中BDS定位完好性监测

接收机自主完好性监测通常是建立在冗余观测值的基础上,然而在城市复杂环境下,卫星信号易受高层建筑物的遮挡,观测到的卫星数量往往不足,为此,本文探讨了Wi-Fi辅助的北斗定位的完好性监测方法。Wi-Fi的辅助功能主要体现在它可以为接收机提供概略的位置信息,当只有4颗观测卫星时,可将单点定位结果与Wi-Fi定位结果进行比较,从而判断卫星定位结果的可用性;另外,当卫星坐标或者观测值出现异常时,无初始坐标的单点定位往往不能迭代出正确的结果,此时可在Wi-Fi定位结果的基础上作进一步的数据预处理,以剔除掉异常的卫星。

基于钟差预测辅助的TDCP测速研究

针对重特大灾害发生时密集废墟或城市峡谷造成的信号频繁遮挡,以及由高压电力通讯设施或发生地震等灾害时产生的复杂强电子干扰而无法测速的问题,基于时间序列理论,对接收机钟差进行短期预测,并将钟差预测辅助载波相位时间差分(time-differenced carrier phase,TDCP)算法进行解算,以实现恶劣环境下载体获取三维测速信息的功能。由于TDCP避免了整周模糊度解算的问题,能够有效削弱具有明显时间序列的共模误差,具有短期精度高的特点,因此,本文利用少于4颗的GPS有效卫星星座,通过ARIMA模型得到一定精度的接收机钟差短期预测值,来扩充测速观测条件,并结合TDCP获取短期较高精度的测速结果。实测数据表明,本方案能在80 s的时间尺度内,在有效卫星数不足的情况下,无需增加额外硬件即可满足载体测速需求,且测速精度在动态条件下可以达到分米级。

Wi-Fi辅助下附有高程信息的GPS定位

在城市峡谷地区,由于高楼大厦的遮挡,GPS可视卫星数量往往不足4颗,无法正常定位;另一方面,随着互联网的发展,城市中的Wi-Fi热点越来越多,而且现在的数码产品(如智能手机)除了具备GPS定位功能外,还可以利用Wi-Fi信号无线上网。在此背景下,研究了利用城市泛在的Wi-Fi信号辅助GPS定位的方法。首先利用Wi-Fi信号定位获得初始的经纬度,考虑到Wi-Fi信号在高程方向的分辨率比较差,因此将观测区域的平均大地高作为先验的高程,从而获得概略的三维位置信息;然后利用高程可获得模式下的三颗GPS卫星观测值来进一步定位。实验结果表明,在加入了GPS卫星观测值后,定位精度与Wi-Fi定位初始结果相比有了明显提高。

基于等价观测理论的序贯平差模型

介绍了等价观测理论的基本概念,在此基础上,推导了基于等价观测理论的序贯平差模型。推导过程主要分两步进行:先将前期平差求出的参数估值看成虚拟观测值,参数估值的协因数阵视为观测值的权逆阵,列出虚拟观测方程;后将虚拟观测方程和后期的误差方程一起进行平差,求出参数的估值,从而得到了和传统序贯平差模型等价的数学模型。

利用GPS伪距导出的多普勒频移测速

推导了利用伪距观测值获取多普勒频移的公式,并利用导出的多普勒频移来确定载体的速度。实测数据表明,利用伪距导出的多普勒频移测速,可以达到dm/s级的水平。在没有原始多普勒观测值或者相位观测出现了频繁周跳的情况下,可以利用伪距导出的多普勒频移获得载体概略的速度信息。

WiFi辅助的基于坐标搜索格网的卫星定位

针对城市复杂环境下卫星观测数不足情况下的定位问题,并结合"智慧城市"发展过程中无线信号资源日益丰富这一背景,本文提出了典型泛在无线WiFi信号辅助下的卫星定位方法。该方法首先通过WiFi定位获得概略二维位置信息,在此基础上附加先验高程,然后建立坐标搜索格网,应用最小距离误差算法来获得最后的定位结果。仿真实验结果表明,与WiFi定位得到的初始概略坐标相比,基于格网搜索的卫星定位精度有了明显提高,并且可以避免由于卫星分布过于集中而产生的观测方程系数矩阵的病态问题;另外,先验高程误差也会对最后定位结果产生影响,总体趋势是高程误差越大,定位精度越低,但是合理范围内的高程偏差(例如10m以内)仍然可以满足普通导航定位的需求。

WiFi辅助下附有高程先验信息的GNSS定位

WiFi(wireless fidelity)辅助下附有高程信息的GPS定位可以解决城市环境下卫星数不足时的定位问题,该方法首先利用WiFi定位获得概略二维坐标,然后通过附有高程先验信息的GPS定位来求解最后的位置参数。在此基础上作了进一步的研究和探讨,将卫星数不足情况下的单GPS定位问题延伸到多系统(BDS+GPS)定位,并探讨了卫星天空几何分布和先验高程精度对最终定位结果的影响。实验结果表明:当卫星分布不均匀或过于集中时,观测方程系数矩阵趋于病态,使得定位结果误差变大,多系统(BDS+GPS)定位可以削弱卫星分布对于定位结果的影响;另外,当先验高程偏差增加时,最后的定位精度也会随之下降,但合理范围内的偏差仍然可以满足普通导航定位的需求。

BDS载波相位历元间差分测速方法研究

针对载波相位历元间差分测速前后历元选取不同广播星历计算时,卫星钟差跳变导致测速结果错误突变的问题,提出前后历元仍采用相同的广播星历来计算卫星位置和钟差的改进方法。用北斗实测数据验证了方法的正确性,并评估了北斗测速的精度。实验结果表明:静态条件下,北斗载波相位历元间差分测速精度可达mm/s级;动态条件下,采样率1Hz,测速结果与高精度组合导航测速结果符合精度为cm/s级;并且测速精度与物体的动态条件(如加速度)有一定的相关性。

等价观测理论的可变参数序贯平差模型

针对序贯平差中常遇到的未知参数增减的问题,文章提出了基于等价观测理论的可变参数序贯平差模型,并进一步得出其对应的验后单位权中误差模型,其公式形式要比传统模型简单得多,非常便于计算机编程实现;采用卫星高度角模型作为单点定位验前随机模型,较好地减少了卫星观测值的随机误差。最后采用等价模型和传统模型分别对GPS/GLONASS静态单点定位不同的伪距观测值组合进行解算,实验结果表明:所提出模型的定位解算结果与传统模型完全一致,且其精度与传统模型相当,具有较强的实用性。