非视距环境下核密度估计的全球卫星导航系统鲁棒定位方法

非视距(NLOS)传输会引起全球卫星导航系统(GNSS)接收机的伪距测量误差,最终导致定位解出现较大误差,这一问题在城市峡谷等复杂环境下尤为突出。针对该问题,该文提出核密度估计的鲁棒定位方法,其核心思想是在定位解算中引入鲁棒估计来缓解NLOS的影响。考虑到NLOS引起的伪距观测误差偏离高斯分布,所提方法首先利用核密度估计(KDE)方法估计伪距观测误差的概率密度函数,并利用该概率密度函数来构造鲁棒代价函数用于导航解算,从而缓解NLOS引起的定位误差。实验结果表明所提方法在卫星存在NLOS传输时能够较好地减小GNSS的定位误差。

卫星导航多干扰源直接定位方法

卫星导航信号到达地面时非常微弱,容易受到各种干扰,给用户带来一定的影响;针对此种情况,面向卫星导航系统多干扰源定位场景,传统两步定位算法受参数估计精度影响较大,DPD_MVDR算法虽然改进了MUSIC算法需要估计目标数这一缺点,但由于使用固定网格分辨率,定位精度与计算复杂度二者无法兼得;针对上述问题,提出一种改进DPD_MVDR的直接定位方法,在直接定位这一关键技术上运用自适应网格细化,其最大优势在于只对干扰源位置附近的网格实现多级细化,能很好地兼顾定位精度与计算复杂度,避免了传统穷举搜索带来的巨大计算复杂度;首先使用DPD_MVDR算法在粗网格下进行位置初始估计,然后在估计位置处进行迭代自适应网格细化,在降低计算复杂度的同时,提高定位精度;仿真表明,改进算法在100 m网格分辨率下计算复杂度明显降低且较DPD_MVDR算法定位精度得到明显提高;适用于对定位精度和定位实时性均有一定要求的场景。

北斗全球卫星导航系统工程技术与管理创新

北斗全球卫星导航系统由中国自主建设运行,具备向全球用户提供全天时、全天候、高精度定位、导航和授时服务能力,具有报文通信、国际搜救等功能。北斗全球卫星导航系统坚持“自主、开放、兼容、渐进”的发展原则,发挥新型举国体制优势,全面突破核心关键技术,创新发展工程管理模式,实现了国际卫星导航领域和我国航天领域的多个首创,提前半年完成建设,走出了一条符合我国国情、独具特色的国家超级工程发展道路。本文围绕北斗全球卫星导航系统任务要求,全面阐述工程任务组成、任务进程和系统应用,从“混合星座、通信导航融合、星间链路、导航信号、快速组网、核心产品国产化”等方面梳理系统技术特点与创新,并总结了北斗工程建设过程中组织、技术、进度、质量和运行服务等管理体系的创新举措。

基于传播算子的卫星导航系统干扰源直接定位方法

针对现有单星定位技术精确度不足问题,提出一种基于传播算子的卫星导航系统干扰源直接定位方法,解决现有技术无法快速有效地定位中高轨卫星干扰源的问题。对卫星接收信号建模,计算每个时刻的接收信号协方差矩阵,通过对协方差矩阵分块,计算得到传播算子,进而得到导向矢量正交投影子空间的估计;然后建立损失函数,通过搜索得到干扰源位置估计结果。理论分析和仿真结果证明,该算法在复杂度大大降低的同时,定位精确度与传统基于多重信号分类(MUSIC)的直接定位算法相当,远优于现有的测向定位技术,具有重要的工程应用价值。

北斗三号/GPS组合导航系统全球定位性能分析

为研究北斗三号/GPS组合导航系统在全球的定位性能,基于STK仿真软件,在全球范围内,以经纬度5°×5°的分辨率设置观测点,评估每个观测点的卫星可见性和GDOP值。结果表明:在良好观测环境下,相比单系统,组合系统平均可见星数增加了10颗左右,GDOP值达到“优”的状态,极大改善了卫星空间几何结构,弥补了北斗三号在西半球可见星数少、定位精度低的问题,GPS在高纬度地区卫星仰角小,定位精度低的问题;在复杂观测环境下,组合系统平均可见星数明显下降,GDOP平均值显著增大,但整体定位性能仍可以满足定位导航的需求。

基于遗传算法优化BP神经网络的GNSS干扰源定位技术

全球导航卫星系统(GNSS)应用已全面深入到国家安全和国民经济当中,但由于GNSS信号到达地面后信号强度很弱,极易受到无意或有意的人为干扰。当出现压制干扰时会影响接收机正常工作,从而导致某一区域导航定位效果受到影响,因此对干扰源的排查和消除十分重要。针对上述压制干扰,通过在监测区域分布一定数量低成本接收机,利用其接收的载噪比数据特征实现干扰源的位置估计。考虑到信号传播过程中的衰减模型是非线性的,提出了基于遗传算法(Genetic Algorithm,GA)优化反向传播(Back Propagation,BP)神经网络的干扰源定位方法,通过神经网络学习得到监测区域载噪比特征的复杂非线性关系,GA对神经网络的初始权值和阈值进行优化,最终在监测区域通过梯度下降法搜索出干扰源位置。结果表明,GA优化后的网络预测误差更小,能够初步定位干扰源位置且平均定位误差率(Average Localization Error Rate,ALER)约为0.23%,验证了模型的合理性和有效性。

基于全球卫星导航系统的海洋环境监测方法研究综述

实时、准确、可靠地监测海洋环境信息,对于海洋灾害预警预报、防灾减灾、海洋资源开发、保障海洋安全等具有至关重要的作用。近年来,随着全球卫星导航系统(GNSS)不断发展与升级,基于GNSS导航信号进行大气和海洋环境信息探测发展成为新技术新方法,并成为海洋环境监测技术研究热点,已在海洋气象监测、数值预报、科学研究等领域得到了广泛应用。系统综述了GNSS技术在海面有效波高、风速、降雨强度、水汽及潮位监测等海洋环境监测领域的应用研究现状,对新技术新方法进行了系统总结,并对未来发展趋势进行了展望,以期对相关领域的研究提供参考。

卫星导航多干扰源测向定位技术及应用

针对导航对抗环境下干扰源等难以检测和排查的问题,给出了卫星导航干扰源空地协同测向定位系统设计方案和干扰源查找流程,对该系统采用的空间谱估计和相关干涉仪结合的多干扰源测向技术进行了仿真分析,对该系统进行了实际的测试验证.测试结果表明:车载干扰测向定位系统可同时测向的同频多干扰源数量为4个,测向均方根误差(RMSE)精度为1.4°,系统定位精度为5%,在R以内(R为干扰源与检测点之间的距离),可以满足实际使用需求.

全球卫星导航定位系统抗干扰技术

全球卫星导航定位系统具有全球、全天时、全天候、高精度三维定位和ns级定时等特点,同时存在抗干扰能力较低的缺点。主要论述了全球卫星导航定位系统的抗电子干扰技术,并对美国全球定位系统(GPS)抗干扰能力指标算法作出修正。

基于机器学习的卫星导航系统全球定位性能评估方法研究

针对卫星导航系统伪距相位、广播星历等观测数据,本文采用特征提取和模型回归等技术手段,从数据类型和观测时间两个维度寻找数据内在特征,挖掘出海量测站数据之间的特征关联,并采用机器学习方法评估卫星导航系统全球定位性能.本文所提出的评估方法在实际测站数据上进行了验证,中国及周边区域12个测站模型定位精度1-平均绝对百分比误差(mean absolute percentage error, MAPE)的均值为92.36%,最差为PTGG站,1-MAPE为89.26%;全球范围120个测站模型定位精度1-MAPE的均值为86.59%,最差为SCOR站,1-MAPE为81.46%,与传统数理统计框架下得到的实测值较为吻合.实验结果表明:基于机器学习模型评估卫星导航定位性能的方法可行有效,机器学习模型在大数据统计分析中具有强评估能力和高泛化性,突破了现仅用传统数理统计的全球定位性能评估思路.

全球导航卫星系统-声呐组合观测模型分类体系

本文回顾了海底大地测量全球导航卫星系统-声呐观测模型近二十年来的发展,以声速误差处理为主线给出了全球导航卫星系统-声呐观测模型的分类体系,按函数模型、随机模型和约束条件进行了归纳,探讨了未来发展方向。研究表明:测距定位模型无需现场声速剖面测量,但需解决声速垂向梯度影响的有效参数化估计或改正问题;海底大地测量更为关注声速时空变化对观测值影响,为此推荐采用声速场误差加性补偿模型及其导出的声速场参数间接估计模型;海底局域网阵列存在类似共模环境误差,具有提升海洋环境参数估计及海底定位精度的能力。

卫星导航干扰快速定位系统为航空安全保驾护航

全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,简称GNSS)是各种导航卫星系统(包括美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、中国的北斗、欧洲的Galileo)及其增强系统的总称,在民航领域得到广泛的应用。国际民航组织在2016年发布的全球空中航行计划(GANP)中明确指出:GNSS是现代空中航行系统的重要基础,是提升全球空中航行安全水平和服务质量的重要手段。

全球导航卫星系统干扰排查典型案例分析

全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS),又称全球卫星导航系统,是能在地球表面或近地空间的任何地点为用户提供全天候三维坐标、速度以及时间信息的空基无线电导航定位系统。本文通过河北省工业和信息化厅保定无线电监督执法局开展的一系列全球导航卫星系统干扰排查典型案例,对此类无线电干扰的排查方法和形成原因进行了分析与研究。

复杂城市环境下的全球导航卫星系统/捷联惯性导航系统组合导航算法

针对复杂城市环境下,全球导航卫星系统(GNSS)信号出现频繁短暂失锁或拒止时,对GNSS/捷联惯性导航系统(SINS)组合导航系统的导航精度和鲁棒性影响较大问题,该文提出一种改进的因子图滤波方法。首先使用GNSS接收机内部参数构建信号误差鉴别函数,能实时估计出信号受多径干扰、遮挡等情况下的信号测量性能;同时利用载体运动约束条件构造零速修正因子,对GNSS拒止情况下的系统状态进行更新,避免系统导航性能极速下降。实验结果表明,改进的因子图方法相比经典因子图方法,在城市复杂环境下能提高定位精度63.50%和测速精度42.26%,同时也具有更低的存储量和计算复杂度,特别适用于城市车辆辅助驾驶导航设备中,对导航精度、硬件资源和实时性约束强的场景。

一种全局低偏的视觉/惯性/弱定位辅助融合导航系统

以视觉惯性为核心的导航技术在长期运行工况下误差会不断累积,进而产生严重的轨迹偏移。针对该问题,提出一种全局低偏的视觉/惯性/弱定位辅助融合导航系统。该系统以视觉惯性里程计高频率、高局部精度特性为基础,在室内外不同场景中,提供可选的全局信息辅助方案,融合卫星导航原始信息、超声基站测距信息以及视觉靶标定位辅助信息,实现室内外一体化全局低偏导航。搭建数据平台采集现实数据,基于激光点云匹配方法生成轨迹真值,将本文方法与VINS-Mono方法和ORBSLAM3方法进行导航精度评估对比,证明所提出的系统在全天候室内外不同光照环境中鲁棒性最好,在局部和全局都具备最优的导航精度。

基于“导航战”的北斗卫星定位抗干扰策略

为了进一步加强北斗卫星定位系统的抗干扰应用,立足“导航战”理念,提出电磁干扰环境下北斗卫星定位抗干扰策略:在总结北斗卫星信号结构和特性的基础上,查找北斗接收机面临人为干扰的薄弱环节,并重点对压制式、欺骗式和组合式干扰的机理、特点等进行分析;结合“导航战”3种属性进行逆向思维,从可用信号增强、干扰信号抵消、其他定位辅助等3个角度设计抗干扰总体策略;最后针对接收机抗干扰,提出一种“圆形阵列天线/空时域滤波”的压制式干扰对抗策略,以及惯导辅助定位、基于宽窄巷组合的载波相位差分等2种欺骗式干扰对抗策略。研究结果可为“导航战”理念实战转化和接收机抗干扰相关研究提供参考。

南极拉斯曼丘陵区域北斗卫星导航系统数据分析及精度评定

为分析北斗卫星导航系统在南极区域数据质量和定位精度,本文以南极拉斯曼丘陵作为研究区域,基于站区常年运行基准站对该区域10个大地控制点进行联测。通过对不同地形、不同天气条件、不同观测时段下的实测数据进行分析,得出了北斗卫星导航定位系统在南极的精度参数,并进行了观测数据质量及定位精度分析。分析结果表明,北斗卫星导航定位系统在拉斯曼丘陵区域的总体精度优于10 mm。

基于北斗卫星通信导航的电力应急抢修指挥系统设计

电力系统运行环境复杂,受高电压、不均衡负载等因素的影响,导致应急抢修指挥过程中故障定位精度较差,抢修耗时长。为此,提出一种基于北斗卫星通信导航的电力应急抢修指挥系统。系统硬件以北斗卫星通信导航平台作为核心,设计北斗卫星通信导航平台的监测模块、故障提取与转发模块、路径规划模块、调度中心模块。根据模块化的设计理念,设计故障定位与最佳路径规划的软件程序,通过信息熵算法与决策树得到应急状态的划分,通过不同等级安排相应的抢修策略,完成电力应急抢修的指挥。实验结果表明,所提方法的抢修时间短、故障定位效果好、失负荷量小。

2023年国外导航卫星系统发展综述

2023年,国外共进行3次导航卫星发射活动,均获成功,发射导航卫星3颗,分别为美国第三代导航卫星全球定位系统(GPS-3)第六颗卫星、俄罗斯格洛纳斯-K2(GLONASS-K2)导航卫星首星,以及印度首颗第二代导航卫星--印度区域卫星导航系统-1J(IRNSS-1J)

基于克拉美罗界加权的GNSS干扰源定位方法

利用多普勒测量信息,低轨卫星能够实现对全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)干扰源的快速普查。然而,由于低轨卫星的高动态特性,获得的多普勒观测量有限,导致基于经典最小二乘(least squares,LS)算法得到的定位精度有限。为提高GNSS干扰源的定位精度,提出一种基于多普勒测量克拉美罗界(Cramér-Rao bound,CRB)加权的LS定位算法,利用多普勒采样时刻的信噪比计算多普勒观测量的CRB,在LS定位算法中进行加权,使不同时刻多普勒观测量的噪声服从同方差性,则关于干扰源位置的LS解接近最优估计。在不同采样率、信噪比以及采样时长下,仿真验证了所提算法的有效性,同时通过构建基于FPGA的GNSS干扰采集和定位系统进行了实验验证。仿真及实测结果表明,该算法能够有效提升定位精度,相较于LS算法,定位性能改善比例为17.43%。