天文定位中几何精度衰减因子最小值分析

天文定位是一种重要的导航定位方法,被广泛应用于大地天文测量、天文航海等领域。该方法中观测恒星的选择会影响最终的定位精度,目前缺少针对同时测定经纬度天文定位算法中最优选星问题的研究。随着观测仪器自动化水平的提高,观测数据的获取变得更加高效,这就要求研究最优的选星方案以达到最高的定位精度。本文借鉴卫星导航中几何精度衰减因子GDOP的概念,研究了天顶距法中恒星的数量以及分布对定位精度的影响,最后通过仿真试验和实测数据验证得到结论:在天顶距观测误差的统计特性一定时,GDOP能够用来描述恒星的分布对定位结果影响的优劣,且观测的恒星方位角均匀分布时定位误差最小。考虑到不同高度的恒星天顶距大气折射改正残差不同,在实际测量中应尽量采用等天顶距且方位角均匀分布的恒星。

基于几何精度衰减因子的单站无源定位精度分析方法

基于固定单站测量到达时差(TDOA)是一种有效的无源定位方法。针对现有文献缺乏对该方法定位精度的分析研究,提出一种基于几何精度衰减因子(GDOP)的定位精度分析方法。该方法首先提取影响TDOA定位精度的测量因子;然后分别以这些因子作为输入变量,根据GDOP,得到相对定位误差与影响定位结果的参数测量误差之间的变化关系以及可观测区域;最后再确定能否满足具体工程项目的定位精度和定位稳定性标准。仿真实验结果表明:该定位精度分析方法能够全面地评估方向到达时差(TDOA)的应用价值。通过该精度分析方法的验证,测量TDOA的固定单站无源定位方法具备较高的实用价值。

VLBI观测对转发式测距GEO卫星定轨精度的贡献分析

联合甚长基线干涉测量(very long baseline interferometry,VLBI)时延数据与转发式(orbit determination by transfer tracking,ODTT)测距数据能够有效提高地球静止轨道(geostationary earth orbit,GEO)卫星定轨精度。参照位置精度衰减因子(position dilution of precision,PDOP)的改变,研究不同VLBI基线时延数据与转发式测距数据的联合对GEO卫星定轨精度的改善,可为特定条件下联合观测时VLBI基线的最优选择提供参考。基于中国科学院国家授时中心宽带VLBI系统和转发式测轨系统的实测数据,开展中星12号GEO卫星的定轨试验。试验结果表明定轨精度的提高与PDOP的降低成正相关。相比于转发式单独定轨,联合VLBI系统中的喀什—三亚基线,PDOP降低了3.00,定轨精度提高了11.48%;联合VLBI系统中的吉林—喀什基线,PDOP降低了3.38,定轨精度提高了14.73%;联合VLBI系统中的吉林—三亚基线,PDOP降低了6.90,定轨精度提高了19.75%;联合VLBI系统中的吉林—三亚和吉林—喀什两条基线,PDOP降低了9.94,定轨精度提高了27.23%。

最小几何精度衰减因子定位图形研究进展

几何精度衰减因子是衡量定位构型优劣的重要指标,因此研究最小几何精度衰减因子定位图形对提高导航定位精度具有重要作用。针对这一问题,该文主要介绍目前最小几何精度衰减因子定位图形的研究进展。首先由单点定位测距观测方程引入两类几何精度衰减因子的定义,并由此引出一类最小几何精度衰减因子的二维定位图形解;在最小几何精度衰减因子二维定位图形的基础上,分别介绍3种无约束条件下的三维最小几何精度衰减因子测距单点定位构型:圆锥构型、笛卡尔构型、Walker构型;在圆锥构型的基础上扩展一类嵌套圆锥构型,可解决约束条件下的最小几何精度衰减因子定位构型问题。研究表明,最小几何精度衰减因子定位图形解的几何结构异常丰富。

顾及系统误差的地球静止轨道卫星PDOP值加权几何法定轨

对顾及系统误差的地球静止轨道(GEO)卫星几何法定轨做了初步探讨,给出顾及系统误差的GEO卫星几何法定轨数学模型,推导了参数解算公式,提出PDOP值加权的几何法定轨方法,并讨论了权函数的选取。最后以卫星钟差为例进行模拟计算。结果表明:顾及系统误差的GEO卫星几何法定轨,可大大减弱系统误差对定轨结果的影响;基于PDOP值加权的几何法定轨,可进一步提高系统参数解算精度和定轨精度。

基于倾斜地球同步轨道卫星的位置报告系统设计

针对目前位置报告系统存在覆盖范围有限以及"城市峡谷"和"南山效应"等不足,提出了基于"北斗二号"倾斜地球同步轨道卫星的位置报告系统。通过广义卫星无线电测定业务,充分利用现有各卫星导航系统的卫星资源,来构建位置报告系统。仿真分析结果表明,与传统位置报告系统相比,该系统拓展了覆盖范围、改善了星座构型、提高了安全保密性能并克服了高仰角情况下的"城市峡谷"和"南山效应",能够较好地满足当前军民用户对位置报告的迫切需求。

声波室内定位系统中基站几何布局探究

为了进一步研究声波定位系统中基于信标的定位方式,提出利用几何精度衰减因子(GDOP)对不同基站几何布局进行评定的方法:对利用三角定位法的传统基站布局方式的定位精度进行分析,总结出影响定位精度的因素,得出基站的空间几何布局是影响定位精度的重要因素的结论。实验结果表明,传统的基站空间几何布局存在一定的缺陷,通过改进基站空间布局方式可以明显提高定位精度。最后提出几类有效的定位布局模式,可根据实际空间情况采用不同的布局方式,为声波室内定位技术大规模、高精度的定位提供支持。

罗兰C和北斗组合导航系统定位精度研究

以双曲线定位原理实现了罗兰C/北斗组合导航,提出了HDOP的定义,以此分析了两系统组合前后的定位精度,并给出了定位精度的仿真。结果表明,组合后大大改善了罗兰C定位精度和定位可用范围,并弥补了北斗定位系统有源定位的不足。

基于星间链路技术的地球静止轨道卫星定轨精度分析

地球静止轨道(GEO)卫星具有对地静止的特性,GEO卫星应用日益增多,在高分辨率对地观测、气象、通信等领域都发挥着越来越重要的作用,对其轨道确定的需求也越来越高,研究GEO卫星的高精度定轨技术迫在眉睫;传统方法中利用地面站对GEO卫星实现实时自主定轨存在系统误差大、观测几何差等问题,导致星地测量的误差在定轨过程中被放大的倍数急剧增加,影响了GEO卫星定轨精度的提高;利用GPS卫星实现对GEO卫星的定轨时存在可见GPS卫星数量少,接收到的信号微弱,测量精度不够的问题;星间链路具有对GEO卫星观测几何好、测量精度高的优点,为GEO卫星定轨开辟了新思路;针对在星间链路资源有限情况下如何选择MEO卫星组合与GEO卫星进行建链的问题,以星间链路构型的PDOP值为优化指标,对MEO卫星对PDOP值的影响进行了分析,提出了遍历选星、直接选星、迭代选星三种链路资源配置策略,确定与GEO卫星进行建链观测的MEO卫星组合,并用仿真方法对三种算法进行验证,结果表明,提出的迭代选星的链路资源配置策略,能将GEO卫星的定轨精度维持在7~40m以内,同时将星间链路的使用效率提高5~120倍。

BDS/GPS伪距单点定位的精度对比分析

本文主要介绍了BDS/GPS伪距单点定位的数学模型和算法分析,然后对BDS/GPS接收机接收到的单点定位的数据进行仿真实验分析。通过比较BDS与GPS在同一时段内X、Y、Z三个方向上的RMS值,PDOP值以及可见卫星数的变化,来比较BDS/GPS的伪距单点定位的性能。实验结果表明:北斗与GPS伪距单点定位性能相差不大,GPS的PDOP值约为1.8,BDS的PDOP值约为2.5,GPS的RMS定位精度在4m以内,北斗的RMS定位精度优于9m。

北斗二号与北斗三号定位精度对比分析

为了进一步检验北斗三号基本系统的基本导航定位服务性能,首先阐述北斗卫星导航系统发展历程及定位原理,然后在成都地区相同时间、地点、测试环境下,对北斗二号和北斗三号B1I频点、B3I频点单频定位性能进行测试分析。结果表明:在95%置信度条件下,北斗三号B1I频点定位精度与北斗二号定位精度基本相当;B3I频点定位精度优于北斗二号;位置精度衰减因子(PDOP)值分布在0~2范围内,明显优于北斗二号。

北斗卫星导航系统定位精度分析评估

利用北斗导航型接收机在北京地区对系统性能进行长期监测,对B3I单频、B1I单频、B3I广域差分及B1I广域差分4种模式的定位性能进行统计评估。结果表明,北斗卫星导航系统区域服务一年来,运行情况良好;在北京地区,可用卫星数最少为8颗,按照95%置信度统计,位置精度衰减因子值绝大部分天数优于3,单频水平定位精度优于7m,高程定位精度优于10m。

GNSS技术在GEO、IGSO航天器中的导航精度与适用性分析

现阶段高轨道航天器导航主要依靠地基测控系统,为了研究全球卫星导航系统(GNSS)技术用于高轨道航天器导航的可行性,对GNSS技术在地球静止轨道(GEO)卫星、倾斜地球同步轨道(IGSO)卫星航天器中的导航精度及适用性展开了分析研究.采用2021年11月9日的两行轨道数据(TLE)仿真GNSS星座,以不同星下点的GEO卫星和不同倾角的IGSO卫星作为目标星展开导航仿真试验.实验结果表明:为了满足GNSS解算所需的卫星数量,须通过接收旁瓣信号来增加可见卫星数目.对GEO目标星而言,当接收机灵敏度高于-169 dB时,导航精度可达30 m;利用GPS对7个不同的GEO或IGSO轨道目标星进行导航实验表明,GPS对目标星导航的位置误差约为35 m;北斗三号(BDS-3)、GPS、GLONASS、Galileo的导航位置误差均值分别为28.03 m、21.16 m、37.15 m、25.09 m,具有良好的内符合精度,其中GPS精度最高,GLONASS精度最低,但大部分时段也在45m内.

低轨卫星下行仿真数据精密定轨研究

低轨卫星导航定位是新一代卫星导航技术发展的重要方向,使用低轨卫星提供高精度定位、导航与授时(positioning,navigation and timing,PNT)服务,需要能够利用下行数据对其进行精密定轨.目前低轨卫星定轨相关研究多以星载GNSS数据和星间链路数据为研究对象,缺少针对低地球轨道(low earth orbit,LEO)下行数据定轨能力的分析.为分析低轨卫星下行数据定轨性能,模拟仿真了轨道高度1000 km、轨道倾角48°的Walker 90/10/1低轨卫星导航星座、150个地面测站及相应轨道、钟差和观测数据.分别使用测站数为60、90、120和150的全球测站网络观测数据进行LEO卫星精密定轨,并对定轨精度和可视测站卫星位置精度衰减因子(satellite position dilution of precision,SPDOP)值进行分析.结果表明:测站数从60增加至150可使LEO卫星轨道1d均方根(root mean square,RMS)从117.5 mm提升至39.8 mm;当测站稀疏时,LEO卫星定轨精度降低迅速;增加测站可以有效改善陆地范围可视测站SPDOP和LEO卫星定轨精度,但由于测站跟踪范围有限,海洋区域可视测站SPDOP和LEO卫星定轨精度难以获得改善,需引入新的观测数据源.研究结果可为低轨导航卫星系统建设提供支持.

基于遗传算法的导航源部署算法

区域导航系统是重要的卫导备份和增强手段,由于导航源与用户距离较近,导航源的几何分布对区域导航系统性能影响显著。为了提高区域导航的定位精度,基于遗传算法研究导航源的部署方案。首先对导航源部署位置进行编码,设计能体现几何因子优劣的适应度函数,选择合适的选择算子、交叉算子和变异算子。然后遗传进化得到导航源部署位置。仿真结果表明,提出的方法在服务区域、部署区域和导航源数量变化的情况下,可以快速得到满足要求的导航源部署位置,能够解决实际场景中导航源部署位置的问题。

极区北斗三号与GPS定位性能仿真分析

为研究北斗三号与GPS在极区的定位性能,基于STK软件,仿真分析两系统在4个极地科考站点和极区范围的卫星可见性和GDOP值,结果表明:在极区60°~80°范围内,北斗三号东半球定位性能优于西半球,而当纬度超过80°时,东西半球无明显差异;与GPS相比,在纬度60°~80°,经度50°~180°范围内,北斗三号定位性能优于GPS,极区其他区域平均可见星数比GPS少1颗左右,GDOP值相差不大。此外,北斗三号GDOP值变化更平稳,表明极区北斗三号卫星空间分布更合理。

GALILEO卫星导航和定位系统PDOP仿真

简单分析了GALILEO卫星导航和定位系统与GPS的差异及特点;利用STK软件,对GALILEO卫星导航和定位系统的PDOP进行了仿真计算,给出了部分世界城市的PDOP仿真结果以及一天时间内每分钟采样间隔下部分城市的PDOP变化曲线。

第一代北斗星座卫星对GALILEO卫星导航定位系统增强性能仿真

第一代北斗星座已经于2003年布置完毕,基本实现了中国本土及周边的导航定位功能。中国作为GALILEO卫星导航定位系统开发的重要参与者,研究北斗系统和GALILEO卫星导航定位系统的集成问题十分必要和迫切。本文,就第一代北斗星座对GALILEO卫星导航定位系统的增强性能进行分析,主要对PDOP指标进行了仿真。给出了国内典型城市的PDOP及其一天内的变化曲线。

基于遗传算法的多星座选星方法

提出了一种基于遗传算法的选星方法,该方法能够准确、快速地实现多个全球导航卫星系统(GNSS)下选星颗数大于4的选星。经过大量试验确定了遗传算法选星的选择、交叉、变异等关键参数,并通过在交叉和变异中穿插染色体优选过程克服了遗传算法的选星结果容易陷入局部最优的缺点。以不同GNSS星座个数和不同选星颗数下的选星仿真校验了所设定遗传参数的有效性和可靠性。仿真结果表明,利用遗传算法可以高效、准确地实现选星,该方法特别适用于多星座多选星颗数的情况。

星座区域导航性能和关键星分析

区域导航性能是评价星座导航能力的重要参数,从几何精度衰减因子(GDOP)出发提出了评价区域导航性能的指标:区域几何精度衰减因子标准差和区域几何精度衰减因子变化度。它们和区域平均几何精度衰减因子一起从不同的角度反映了星座的区域导航性能。针对不同的应用,可根据对应的指标确定区域导航的关键星。文中以Walker星座为例论述了依据这些指标选取星座导航关键星的方法。三个指标之间的相关性保证了大多数情况下关键星选取的一致性。