基于伪卫星高精度定位的基坑支护位移变化感知

为了进一步提升复杂施工环境基坑监测结果的准确性和提高自动化程度,本文采用伪卫星独立组网技术对基坑支护水平位置变化进行长期监测。首先,建立相对定位观测方程,基于已知点初始化方法固定出模糊度参数;其次,对相对定位中的载波双差多路径误差进行建模并修正;最后,利用无迹卡尔曼滤波(UKF)消除观测模型的线性化误差,获得最终的定位结果,并将该结果与真实位移进行比较。结果表明,伪卫星高精度定位系统可以有效感知基坑支护的微小位移,其绝对误差基本稳定在0.1 mm以内,平均相对误差约为10%。

北斗伪卫星定位技术在高速公路隧道中的应用

公路隧道是道路建筑的特殊构造物,属于半封闭结构。北斗卫星在隧道内无法提供信号覆盖和位置服务、获取特种车辆在隧道内行驶数据,无法有效监管,存在一定的安全运营风险。基于伪卫星技术将北斗信号引入隧道内,可为通用车辆终端提供一般定位信息服务;在此基础上增加增强基站,可为路段管理、路政和救援等特定车辆提供高精度定位服务,保证了应急救援管理的及时性和有效性。本文通过对北斗卫星信号引入隧道的探索、研究、应用和验证,对于我国在众多隧道内开展北斗位置信息服务具有积极作用。

一种信标辅助的北斗伪卫星CPD定位方法

针对北斗伪卫星信号引入室内并在小尺度空间下提供高精度定位的难题,如何在顾及网络建设成本的基础上提升小尺度空间的定位时效性和定位精度是未来室内定位技术中需要解决的重要一环。此处充分结合室内环境下小尺度空间的空间特征,提出一种室内节点信标辅助的北斗伪卫星载波相位差定位方法。该方法首先将传统的大范围指纹构建问题转化为指纹节点的方式,在指纹图谱的基础上提出室内节点信标的概念,通过信标节点实现小尺度空间与周围空间的连接,并对以载噪比和载波相位为基础的信标特征谱构建与处理进行了分析;然后以室内节点信标为基础给出了基于载波相位差的位置估计过程,最后结合粒子群寻优算法提出一种顾及行人特征的位置与速度空间约束下的位置搜索算法。在真实环境下的试验结果表明,通过室内节点信标的辅助在室内环境可以实现动态定位精度优于30 cm、暂停态下的定位精度优于25 cm的定位效果。正常步速运动下算法与惯性导航定位精度相当,同时相比于惯性导航方式具有更宽松的运动姿态条件。在小尺度空间下算法具有更优的适用性。

一种伪卫星实现隧道定位的方法及验证

隧道为典型的GNSS信号拒止环境,现有接收机无法在隧道内正常接收信号并实现可靠的定位;现提出一种基于已有接收机硬件平台,通过适应性升级接收机算法软件的方式实现隧道定位的方法;首先通过漏缆以及伪卫星在隧道内搭建用于接收机定位的信号环境,再对接收机定位算法进行改进,使得接收机可以在隧道内完成定位;测试试验结果表明,接收机在隧道内接收到的信号的载噪比稳定,上下浮动幅度不超过1 dB,接收机捕获跟踪信号的相关峰稳定,所搭建的信号环境良好;接收机在所搭建的信号环境中静止状态及移动状态下定位误差均在5 m以内,满足隧道内定位的需求。

高精度伪卫星系统关键技术研究与应用

随着智能化时代的到来,人们对定位、导航和授时(positioning,navigation and timing,PNT)性能提出了越来越高的要求,例如准确性、完整性、连续性、稳健性等。虽然全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)具备全球、全天候的PNT功能,但是GNSS信号到达地面时非常微弱,面临着遮挡、欺骗和干扰3大问题,无法在物理遮挡、电磁干扰等复杂环境中正常使用。

基于国密算法的伪卫星导航信号认证方法研究

全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)有诸多优势,但在一些有物理阻隔或电磁干扰的领域,GNSS的可用性、可靠性、精确性出现明显不足,由此可以使用一种基于地面设备的伪卫星系统进行导航定位服务。伪卫星信号体制细节公开,使得接收机易受到多种欺骗干扰的攻击。为了使信号传输更加安全,提出一种使用导航电文加密方法的信号防伪认证方案,并从安全性、可靠性和认证效率几方面对该方案进行评估。分析表明,所提方案能在保证较好的认证实效的同时,维持较低的通信成本与计算成本,解决了伪卫星系统缺乏认证机制、存在安全隐患的问题。

基于自适应MEDLL的伪卫星室内多径估计算法

在室内环境下,室内伪卫星定位系统受多径效应影响严重。针对该问题,提出一种基于自适应多径估计延迟锁定环路(multipath estimating delay lock loop,MEDLL)的伪卫星室内多径估计算法。该算法在MEDLL的基础上增加了一个参考相关器,用参考相关器相关值的标准差作为衡量标准,与其他相关器经过MEDLL算法消除所有信号后的噪声相关值的标准差进行比较,进而得到多径条数。实验结果表明,所提算法对不同时延、幅值的多径适应性都较好,在低信噪比条件下仍能正确估计多径条数。直射信号幅值估计误差均方根相比网格化MEDLL算法最高可以降低59%,相比Teager-Kaiser(TK)-MEDLL算法最高可以降低43%,更加适用于伪卫星室内定位系统抗多径。

一种室内伪卫星混合指纹定位方法

目前,复杂的室内环境与伪卫星信号的交互机制尚未得到根本解决,室内定位的稳定性、连续性和准确性仍是技术瓶颈,现有室内指纹定位方法面临指纹采集量与定位精度和定位范围成正比的限制,同时也有非实际采集不能完成定位的弊端。针对现有方法的不足,结合实际测量、数学仿真和人工神经网络的优点,提出了一种基于实际采集指纹、建模仿真指纹和人工神经网络的室内伪卫星混合指纹定位方法。首先对实际环境和信号收发端进行模型构建,其次将利用射线追踪仿真生成的模拟指纹转换后联合实测指纹共同添加到神经网络的输入中,扩展了原来单一实测指纹输入数据集的样本特征,最后利用混合指纹共同训练人工神经网络定位模型,用于在线定位。以某机场环境为例,实验证明混合指纹定位方法可以提高稀疏采集指纹区域的定位精度,均方根定位误差约为0.4850 m,与传统指纹定位方法相比,定位误差降低了约54.7%;在没有采集指纹的区域也可以粗略完成初步定位,均方根定位误差约为1.1237 m,突破了传统指纹定位方法的局限。

基于平流层飞艇的空基伪卫星路径规划算法

几何布局对空基伪卫星导航系统至关重要,然而以往对其布局路径研究较少。为此,以基于平流层飞艇的空基伪卫星用最小能源代价获取最优导航服务效果为目标,分析了空基伪卫星几何布局对导航定位精度的影响,研究了平流层飞艇动力学模型、风场模型、能源消耗模型,阐述了基于平流层飞艇的空基伪卫星路径规划空间建立方法与路径表示方法,设计了融合导航定位精度指标和平流层飞艇能源消耗指标的路径规划代价函数,并在经典A^(*)路径规划算法基础上,构建了基于平流层飞艇的空基伪卫星路径规划算法,针对多种输入条件对算法进行了仿真验证。仿真结果表明:所提路径规划算法可以有效改善伪卫星网络几何精度因子,同时大幅降低平流层飞艇的能源消耗。

伪卫星系统关键技术发展及其应用

全球导航卫星系统(GNSS)在隧道、室内、城市峡谷等复杂环境下服务性能明显降低。在此挑战环境下,伪卫星能用来生成和发送与GNSS系统类似的信号,在GNSS拒止环境下为用户提供位置、速度等不间断的导航信息。此外,可以将伪卫星体制调制成与GNSS一致,用户接收机实现伪卫星/GNSS同步接收,通过与GNSS、惯性导航系统等进行组合导航,实现复杂环境下的GNSS导航定位增强,有望在自动驾驶、室内导航、自动机器人等领域发挥重要作用。

GNSS伪卫星相对时延的测定与系统校正

针对伪卫星发射机固有的传输时延,结合伪卫星信号体制的特点,提出一种伪卫星发射机相对时延的测定方法,建立测量模型,测量伪卫星收发系统的总传输时延,以其中一个伪卫星为基准,使用差分方法得到与其它伪卫星间相对传输时延,并将测量值变换成定位算法的钟差校正因子进行定位解算,提高定位精度,达到系统校正的目的。

基于RRT改进算法的伪卫星导航轨迹纠偏策略研究

针对现有基于伪卫星的室内小车导航实际轨迹偏离的问题,提出了一种基于快速搜索随机树法(RRT)改进算法的导航轨迹纠偏方案。在轨迹纠偏方案中,利用软件无线电(SDR)软件对小车原有的遥控信号进行采集并进行调制,得到可以操控小车的信号;并在纠偏程序中添加改进的RRT算法在小车轨迹偏离时进行轨迹规划,从而达到小车轨迹纠偏。结果表明,此方案在进行伪卫星室导航时减小了小车的轨迹偏差,纠偏效果明显。

一种基于伪卫星跳时信号的联合捕获算法

地基伪卫星系统为克服远近效应影响,通常采用跳时(Time Hopping/Direct Sequence-Code Division Multiple Access,TH/DS-CDMA)信号进行伪距测量与定位,导致接收终端必须增加系统跳时序列相位估计的设计,降低捕获效能的同时也引入了接收终端的捕获复杂度。针对以上问题,提出了一种基于伪卫星跳时信号的联合捕获算法,利用跳时信号的时域正交特性与时隙分配特点,将多基站单脉冲信号捕获结果映射为使能时隙序列,通过循环截断相关完成跳时参数估计,有效缩短了跳时参数估计时间。仿真结果表明,该方法能够正确完成捕获阶段的参数估计,4个伪卫星的联合捕获耗时相较传统方法减少63.32%,为伪卫星跳时信号的快速捕获提供了有效方法。

基于深度学习的北斗伪卫星与视频融合定位方法

室内定位服务是电网系统运行的关键环节之一,提供基于位置的服务可以有效帮助运检、安监和基建等电力系统运作流程。提出一种基于深度学习的视频定位系统,采用YOLO目标检测算法和深度简单在线实时跟踪算法,实现了对于室内人员的精准定位。在YOLO主干网络部分中加入了CBAM(Convolutional Block Attention Module)注意力机制模块以及GhostBottleneck轻量化模块,验证了不同模型类型下的检测效果并实现了性能的优化。提出了一种基于无损卡尔曼滤波(Unscented Kalman Filter,UKF)的北斗伪卫星系统与视频定位的融合方法,可以实现2种定位结果的融合。实验表明,基于深度学习的视频定位与北斗伪卫星的融合室内定位方法解算精度较高、稳定性较强,可以满足电力系统的室内定位需求。

基于伪卫星测试的并行计算灾害救援中心选定模型构建

泥石流具有时间和空间群发性、运动持续性、灾害链式性、类型单一性、致灾方式和受灾对象的多样性特点;灾害救援中心位置选取过程是典型的非线性不收敛问题;单纯以线性技术和约束条件为基础的模型面对复杂泥石流灾害指标的情况下,会出现较大偏差;提出基于伪卫星测试结合并行计算的灾害救援中心选定模型设计方法;以泥石流灾害为例,利用离散元法和GPU并行算法构建泥石流运动堆积模型,将沟道泥石流汇流后运动堆积特点和灾害区域当作模拟参照,对泥石流运动进行模拟,根据模拟结果,预测泥石流覆盖范围;利用伪卫星技术计算灾害扩散程度和易发点距离,在救援中心搭建费用与救援成本最低前提下,将用户选择的位置与高度作为已知条件,以期望损失最低为约束,以精度因子为标准得到救援选址的核心区域点,构建基于伪卫星测试的灾害救援中心选定模型;仿真实验表明,设计模型的选址精度和效率较高,可为泥石流灾害救援提供数据支撑。

非同步伪卫星组网精密定位

针对伪卫星组网定位系统中,各伪卫星间的时钟同步精度不高,难以完成定位的问题。文章提出一种非同步伪卫星定位方法,即采用现有测绘技术精确组网内各伪卫星的位置,组网区域内用户接收各伪卫星的测距信号,得到各伪卫星的位置信息、钟差信息以及载波相位数据,用户以伪卫星的测距信号和自身未知位置、本地钟差建立观测方程,通过在多个历元所接收到的不同测距信号,利用泰勒级数展开将这些观测方程线性化,最后通过这些线性化的方程组解算出用户的位置,完成对用户的高精度定位。

伪卫星时钟同步方法的研究

提出了一种全新的利用光网络实现伪卫星时钟同步的方法,并设计出了一套基于光网络的高可靠性、高精度的时钟同步系统,实现了不同时钟之间的精密时间同步,同步精度优于1 ns。

基于地基伪卫星的GPS对抗方法研究

借用伪卫星的概念，提出了一种基于地基伪卫星的GPS对抗方法，该方法充分利用非对抗区域的GPS资源，通过把分布式转发和伪星座技术相结合的方式，对对抗区域内敌方GPS接收机实施欺骗干扰，同时还能确保该区内己方GPS接收机的正常定位。文中着重讨论了该方法的实现原理、组成结构、定位解算方法和对抗实施步骤，并以一计算实例验证了实施的可行性。

伪卫星定位系统中组网布局研究

为达到伪卫星在任一时间、地点都能对目标进行精确可靠定位,对影响定位精度的关键技术—组网布局进行讨论。分析伪卫星及伪卫星定位系统的基本概念,探讨影响组网布局的3个因素：伪卫星定位系统的定位原理、伪卫星的＂视距＂范围和几何衰减因子。结果表明,几何精度因子GDOP与被观测伪卫星所构成的四面体体积成反比。

GPS/伪卫星技术在露天矿边坡监测中的应用

针对露天矿区GPS可视卫星个数和几何图形条件易受到较大坡度的遮挡影响,利用GPS/伪卫星(PLs)组合定位技术,增强卫星的几何强度。同时,为了削弱非建模系统误差的影响,提出通过经验模态分解(EMD)的多尺度分解与重构结构,依据累积标准化模量的均值随尺幅的变化确定系统误差与噪声分离尺度的选择标准,建立系统趋势分离模型。通过模拟仿真和实验分析表明:选择合适的PLs的设站位置,GPS/PLs组合定位技术可较大程度地改善定位精度因子(DOP);利用EMD方法去除非建模系统误差后,GPS/PLs组合观测值的双差残差序列的系统误差很大程度上得到削弱;可靠性检验指数F-ratio和W-ratio分别达到7.79和91.83,整周模糊度固定解的可靠性明显增强;基线向量解的精度也得到明显提高,X、Y、Z坐标分量的标准差为0.1、0.1、0.3mm。