基于混沌粒子群优化的北斗/GPS组合导航选星算法

全球卫星导航系统(GNSS)接收机在接收信号的过程中会受到诸如建筑物遮挡、信号干扰等因素的影响,无法得到全部可见星。为减轻多星座组合接收机的处理负担,研究利用部分可见卫星进行定位的快速选星算法,提出了一种基于混沌粒子群优化(CPSO)的北斗/GPS组合导航选星算法。首先,对当前历元时刻可见卫星进行连续编码,按照选星数目分组,每个分组视为一个粒子。然后,通过混沌映射初始化粒子种群,选取几何精度因子(GDOP)作为评价粒子优劣的适应度函数;粒子通过粒子群优化算法的速度-位移模型更新自身位置,逐渐趋近空间卫星几何分布较好的卫星组合全局最优解。最后,采集北斗/GPS实际数据对选星算法进行仿真验证和性能比较,结果表明,所提算法在选星颗数多于5颗时,单次选星耗时为遍历法选星的37. 5%,选星结果的几何精度因子计算误差在0～0. 6之间。该算法可适用于北斗/GPS组合导航定位不同选星颗数的情况。

SINS/北斗/GPS组合导航系统研究

对SINS、北斗双星定位系统以及GPS全球定位系统三者的组合进行了研究。应用联邦自适应卡尔曼滤波技术实现了SINS、北斗和GPS的组合导航,建立了组合导航系统的数学模型,并针对系统产生的量测延时和异步问题给出了较好的解决方案。最后对系统进行了仿真试验,仿真结果表明该组合导航系统具有较高的精度和容错性能,此方案具有较好的工程应用价值。

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。

GPS/BDS组合导航系统的精密单点定位模型

为了改善单卫星导航系统由于卫星数量较少,导致定位误差高的问题,设计全球定位系统(GPS)/北斗卫星导航系统(BDS)组合导航系统的精密单点定位模型:线性组合处理GPS与BDS的伪距和载波相位观测值,并构建GPS/BDS组合导航系统的组合观测值;接下来利用协方差成形自适应卡尔曼滤波方法,对组合导航系统导航过程中的卫星钟差、电离层延迟等误差实施滤波;再利用滤波处理后组合导航系统的广播星历,获取卫星轨道以及钟差;然后利用经验模型修正对流层延迟,获取相位观测值与伪距的综合改正数;最后利用综合改正数修正组合导航系统的观测方程,构建精密单点定位模型。实验结果表明,GPS/BDS组合导航系统采用所构建模型进行精密单点定位,不同方向定位误差均低于10 cm,证明了提出模型的有效性。

GPS/INS组合导航终端的全向位置驱离算法研究

随着微惯性导航系统技术的发展,越来越多的无人平台装备了GPS/INS组合导航终端并具备了一定的抗欺骗能力,但现有的卫星导航欺骗方法难以满足对欺骗目标任意方向的位置驱离需求。为解决这一问题,提出了一种GPS/INS组合导航终端的全向位置驱离算法,可用于对非法无人平台管控的场景。该方法以卫星欺骗信号的设计为突破口,首先分析了卫星导航欺骗对组合导航位置和状态参数的影响,接着将卫星导航欺骗对组合导航状态参数的影响量作为求取欺骗信号的约束条件,进而确定位置驱离所需卫星欺骗信号的欺骗量,接着利用确定的欺骗量建立全向位置驱离模型,最终利用建立的模型生成对应的欺骗信号实现对组合导航终端的全向位置驱离任务。试验验证了本文设计的算法能够实现对组合导航终端360°任意方向的位置驱离。

BDS/GPS组合导航系统在民航中的应用

随着航班流量增加、航班运行复杂化,高效的航线航路规划、合理的空域布局在民航中显得更为必要,而这需要先进技术的支持。因此,基于北斗卫星导航系统(BDS),引入全球定位系统(GPS),解析了BDS/GPS组合导航系统的定位解算,并进行实验验证,试验结果表明BDS/GPS载波相位平滑伪距定位解算能够显著提高导航的定位精度。另外,还展望了BDS/GPS组合导航系统在我国民航中的应用。

GPS进入民航导航领域的历程

GPS作为目前广泛应用于民航导航领域的系统,经过数十年的发展,其技术标准体系已非常成熟完善,是各大新建卫星导航系统进入民航领域应用的重要参考。文章主要从GPS系统建设、民用政策、设备标准的起草、设备的审定角度研究了GPS进入民航领域在1996年前的发展背景和过程,旨在为机载北斗导航设备的发展提供参考。

手持GPS导航及定位精度分析研究

为解决手持GPS量值溯源难题,本文从基线场观测墩固定间距直接比较法、观测墩坐标点法及室内便携式导航信号源法,对手持GPS导航及定位精度进行研究分析。实验证明:基线场观测墩固定间距比较法可将其控制在±5m以内;观测墩坐标点法受外界环境条件影响较大,造成测量精度(±10m以内)明显下降;室内便携式导航信号源法受外界环境条件影响较小,测量精度较高,且控制在±3m以内,满足精度等级±5m检测需求。

复杂环境下GPS+BDS-3 PPP/INS紧组合算法性能分析

针对城市复杂环境下精密单点定位(PPP)连续高精度定位受限的问题,本文基于北斗三号全球卫星导航系统(BDS-3)与全球定位系统(GPS)双系统,利用PPP与惯性导航系统(INS)紧组合算法来改善城市复杂环境下定位性能。通过构建GPS+BDS-3双系统PPP/INS紧组合滤波模型,分别对GPS PPP、GPS+BDS-3 PPP、GPS PPP/INS紧组合、GPS+BDS-3PPP/INS紧组合4种方案在城区开阔、复杂环境下的定位、测速、定姿性能进行了分析和评估。实验结果表明,开阔环境下PPP/INS紧组合相比PPP定位精度略有提升;而在复杂环境下PPP/INS紧组合可显著解决PPP定位结果连续性和有效性较差的问题;引入BDS-3后,PPP/INS紧组合导航性能进一步提升,GPS+BDS-3 PPP/INS紧组合相比GPS PPP/INS紧组合,在东、北、天方向上,开阔环境下定位精度分别提升18.5%、32.7%、43.2%,复杂环境下定位精度分别提升35.9%、49.1%、56.5%。

车载GPS/北斗/DR组合导航系统研究

针对移动车辆的定位与导航问题,研究了GPS/北斗/DR组合导航算法。文中采用坐标系变换及增加状态变量法对不同卫星星座进行了时空统一,并在此基础上研究了GPS/北斗卫星组合导航算法;为了克服卫星定位存在的不连续性问题,提出了GPS/北斗卫星导航系统与低成本的航位推算系统组合导航方案,设计了GPS/北斗/DR组合导航滤波器。通过跑车试验和算法仿真验证,结果表明GPS/北斗/DR组合导航系统能够有效改善卫星定位时信号的遮挡问题,平滑行车轨迹,提高导航定位精度。

北斗导航系统与GPS组合在民航的应用

本文分析了北斗卫星导航系统的功能和定位原理,通过与GPS系统的比较, 分析了北斗卫星导航系统的技术特征,在此基础上,讨论了在民航新航行系统条件下与GPS系统组合导航在进近段的应用。

GPS/北斗组合卫星导航系统快速选星算法

为实现GPS/北斗组合卫星导航系统的快速选星,提出一种基于几何布局的快速选星算法。根据最优选星方案的卫星分布特点,利用卫星高度角和方位角信息实现卫星的区域划分,应用代价函数法对中仰角区域的卫星进行筛选,得到最终的选星方案。与最优选星算法相比,该算法计算量明显减小;仿真结果表明,该算法能将几何精度因子(GDOP)控制在小于2.5的范围内,具有较好的选星效果。综合考虑算法复杂度和选星效果,基于几何分布的快速选星算法能够满足航空航天等对精度和实时性要求较高的领域的需求。

GPS/北斗组合导航保障系统的设计研究

分析我国单纯应用GPS存在风险的可能性,提出GPS与我国北斗组合导航生成应急保障系统的总体框架,分析该系统的主要技术和特点,最后探讨该系统的应用范围及前景。

基于分区综合改正数的北斗卫星导航系统和GPS组合的动态精密单点定位

提出一种基于分区综合改正数的北斗卫星导航系统(BDS)和GPS双系统组合(BDS/GPS)动态精密单点定位(PPP)模型。选取15个MGEX(multi-GNSS experiment)测站作为参考站或用户站进行试验,统计分析了20 d的BDS/GPS动态精密单点定位的精度及收敛性。结果表明,BDS双频动态精密单点定位平均13 min收敛至三维定位误差小于1 m,平均平面精度和平均高程精度分别优于0.15 m和0.30 m;BDS/GPS双频动态精密单点定位平均3 min收敛至三维定位误差小于1 m,平均平面精度和平均高程精度分别优于0.07 m和0.15 m。

GPS/北斗组合导航系统的快速选星算法研究

基于用户对卫星导航系统的定位精度和实时性要求不断提高的目的,文中在GPS/北斗组合导航系统的基础上,采用基于高度角和方位角的快速选星算法,利用STK软件和MATLAB仿真通过对比最佳几何误差因子法和基于高度角和方位角的快速选星算法的GDOP值,得出两种方法所计算出的GDOP值相差不大,验证了基于高度角和方位角的快速选星算法在组合导航系统中的可行性。

GPS、北斗卫星导航系统组合单点定位模型及算法

北斗卫星定位系统可为用户提供快速定位,以及简单数字报文通信的高精度卫星定位,其不仅可满足用户对中高精度的导航定位需求,且算法设计简单实用,可为GPS导航系统定位提供有效辅助。文中在对GPS和北斗卫星导航系统组合单点定位原理分析的基础上,建立了二者组合的定位模型,并验证了算法的有效性。

SINS/GPS/CNS组合导航联邦滤波算法

针对飞行器在长航时高速巡航过程中,捷联惯性导航系统存在误差漂移,GPS导航可能会丢星、信号失锁,天文导航系统易受环境干扰,组合系统模型线性化误差易导致滤波发散等问题,分析了三种导航系统的优缺点,提出了SINS/GPS/CNS组合导航联邦滤波算法,该算法可以取长补短,巧妙地将GPS定位和天文导航定姿精度高的优势辅助于捷联惯导系统,利用卡尔曼联邦滤波器对捷联惯导系统进行误差估计,并对联邦滤波算法进行了有效的改进。计算机仿真显示,该滤波器收敛速度快,具有一定的容错功能,其滤波精度较SINS/GPS组合导航系统在位置误差和速度误差上均有约5%左右的小幅提升,在平台角误差上更是提高了一个数量级。仿真结果验证了该组合导航方案的可行性和算法的有效性,有重要的工程应用价值。

GPS/DR组合导航系统自适应扩展卡尔曼滤波模型的建立

建立了车载GPS／DR组合导航系统非线性自适应卡尔曼滤波模型及算法．首次提出了依据PDOP等GPS定位系统的输出参数，自动调整R，Q的大小，从而自适应地调整组合导航系统模型性能的方法，使得模型能够适应各种情况，具有“智能”模型的性质．计算机仿真表明应用该模型具有良好效果．

MINS/GPS一体化紧组合导航系统

采用基于MEMS技术的低成本IMU和GPS作为传感器,以DSP和FPGA分别作为计算和通信器件,实现一体化紧凑型的紧组合导航系统。除去外接天线,整个导航系统尺寸为12 cm×12 cm×11.6 cm。算法方面,采用扩展卡尔曼滤波器,以伪距、伪距率误差作为观测量进行实时滤波估算导航系统的状态量,进而修正系统误差。采用双子样优化的圆锥效应和划船效应补偿算法,实现100 Hz的导航数据输出。通过静态和跑车实验验证,该系统的静态水平定位误差为0.2 m(CEP),动态水平定位误差优于10 m(CEP),俯仰角和横滚角误差为0.3°,航向角误差为0.5°。

嵌入式GPS/MIMU/磁罗盘组合导航系统

研制出基于FPGA和DSP的嵌入式GPS/MIMU/磁罗盘组合导航系统。该系统硬件由石英微机械陀螺仪、石英挠性加速度计、GPS接收机、数字磁罗盘和基于FPGA和DSP的高速导航计算机模块等组成。在该系统软件方面,采用圆锥误差补偿与划船误差补偿的现代捷联导航算法和含传感器噪声模型的18维扩展Kalman滤波器,并利用惯性传感器和MIMU导航信息对GPS和磁罗盘信号进行质量控制。经车载试验结果表明,该组合导航系统水平姿态误差小于0.2°,航向角误差小于0.3°,定位精度小于3m。