卫星导航中GDOP最小值的分析与仿真

目前国内外相关文献在推导GDOP理论最小值时没有考虑接收机的可观测范围,故在现实中是无法达到的。在限制卫星高度截止角大于零的条件下,重新推导了GDOP的理论最小值,并提出相应的求解方法,给出GDOP值达到最小时卫星的空间几何分布情况;最后通过算例验证本文推导得到的GDOP理论最小值的正确性。

卫星直播电视数字伴音系统

在日本于1984年2月16日发射了BS-2广播卫星的电视伴音系统中,采用了准瞬时压扩PCM副载波技术。为了开发这项新技术,我们于1983年7月开始,对这项技术从理论上进行了全面的剖析,在此基础上,提出了实现这种伴音系统的总体方案;设计了完整的部件和电路。之后,与南京14所共同研制了接收设备,并于1984年5月31日零时在国内最先收到了BS-2播送的电视伴音信号。接着,采用这一方案的其它单位也相继收到了伴音信号。本文先概述几种卫星直播电视数字伴音体制的基本区别,然后重点对BS-2数字伴音系统的工作原理及所研制的总体结构,进行剖析和介绍。

中国区域内单Galileo卫星导航系统定位性能评估

随着欧盟伽利略(Galileo)卫星系统的全面完成组网建设,其在中国区域定位性能需进一步进行评估。本文利用中国及周边区域的6个多全球导航卫星系统(GNSS)实验系统(MEGX)测站分别从卫星可视数、定位位置精度因子(PDOP)值和静态精密单点定位技术(PPP)方面对单Galileo卫星系统在中国区域内的定位性能进行了研究。结果表明:当卫星高度角设置为7°时,24 h内各测站可接收到的平均卫星数约为7.3颗,定位PODP约为2.2,能较好地满足中国区域全天候单点定位;对于单天静态解和4 h静态解,无论是非差非组合还是无电离层组合,均可实现在水平方向小于2.3 cm,高程方向小于4.5 cm的定位精度,且6个测站的平均收敛时间约为36.4 min;根据卫星可视数和PDOP值分布可知,中国的东部、中部和南部卫星可视数和PDOP值最好,Galileo定位服务性能在该区域相对更优。

虚拟卫星法在GNSS/INS组合导航中的应用

在GNSS/INS车载组合导航系统中,GNSS信号易受遮挡或干扰而失锁,造成组合导航精度有所降低。针对这种情况,将虚拟卫星法应用于GNSS/INS组合导航系统中。通过增加虚拟卫星,构造虚拟观测量,将实测观测量、虚拟观测量用于组合导航Kalman滤波器解算。试验结果表明,此方法能够有效地提高系统的可观测性和导航精度。

非校正相位延迟参数在复杂铁路场景下GPS精密单点定位应用研究

在复杂艰险地区的铁路沿线上全球卫星导航系统(GNSS)基准站相对较少且稀疏,如何获得该场景下测站点的高精度位置信息是亟待解决的重大问题.论文以GPS系统为例,利用铁路沿线上7个GNSS测站点(14个观测时段)分别开展了卫星跟踪数和位置精度因子(PDOP)评估,观测数据的可靠性、高精度性验证以及固定解精密单点定位(PPP)技术研究.试验结果表明:1)在所有时间段内卫星平均跟踪数约分布在5.14~9.07颗,PDOP平均值约分布在2.19~5.72 cm,具有较高地定位可用性;2)模糊度固定的PPP可进一步改善铁路环境下的单点定位精度.当观测时间约为90 min时,其在水平方向和高程方向上可分别实现优于10 cm和15 cm的解算精度,且相对于浮点解,三维方向上的定位精度可提升约35.43%.该研究可为复杂铁路场景下的勘测和施工阶段提供高精度的测站位置信息.

不同卫星高度角对GPS/GLONASS/BDS/Galileo融合定位的影响

研究不同卫星高度角对GPS/GLONASS/BDS/Galileo(G+R+B+E)融合定位的影响,并建立了相应的模型.采用MGEX(Multi-GNSS Experiment)提供的全球卫星导航系统(GNSS)数据,经理论分析和算例表明:G+R+B+E组合使得参与定位的有效卫星增多,在不同的卫星高度角下均能保证较多的卫星数,保证较好的空间几何分布结构;组合系统达到一定的卫星数后,卫星高度角对定位结果影响不大;当卫星高度角大于30°时,相对于单一的GPS定位G+R+B+E在3D方向的外符合定位精度有所改善.

BDS卫星失效对区域定位精度的影响评估

基于STK软件实现了2016-09BDS系统星座结构的仿真,并选取可见卫星数、DOP值、系统可用性作为评估BDS卫星星座设计结构的指标,分析单颗与全部倾斜轨道卫星(IGSO)、地球静止轨道卫星(GEO)失效后对我国大陆地区BDS系统可用性的影响。结果表明,IGSO4卫星与GEO5卫星失效后对BDS在区域的定位性能影响较大,失效后的GDOP值分别为1.98、2.16。取BDS卫星正常运行时区域平均GDOP最大值(S=2.60)作为系统可用性阈值时,系统可用性分别降低了1.79%、32.63%;阈值取2S(5.20)、3S(7.80)、4S(10.40)、5S(13.00)时,系统可用性均可达100.00%。GEO整体失效后BDS系统在高精度定位中仍部分可用,而IGSO整体失效后BDS系统可用性受到大幅度限制。因此,增加在轨备份卫星时需重点考虑GEO5、IGSO4,并适当增加IGSO卫星的数目。

BDS-3卫星导航定位性能指标提升的定量分析

文中在仿真计算出平均可见卫星数、平均PDOP值的基础上,构建出可见卫星数提升度D NSAT、PDOP值改善度D PDOP、最大截止卫星高度角扩展度DMA、系统可用性K S、区域精细度DD PDOP等定位性能评价指标,对每颗BDS-3卫星加入后BDS-2系统的定位性能进行定量分析。结果表明,BDS-3不仅扩大BDS-2的覆盖范围,还提升BDS-2系统的各项性能指标;在PDOP阈值为1.5、2.0、2.5时,亚太地区加入8颗BDS-3卫星后,相比BDS-2系统可用性增加94.25%、49.72%、7.86%,DD PDOP值改善76.5%;在PDOP阈值为4.0、5.0、6.0时,全球范围加入8颗BDS-3卫星后,相比BDS-2可用性增加12.98%、11.54%、16.38%,DD PDOP值改善58.0%。

GNSS导航中GDOP最小值的分析与验证

讨论了国内外相关文献中推导GDOP理论最小值时存在的不足,由于没有考虑接收机的可观测范围,故现有的GDOP理论最小值在现实中无法达到;在限制卫星高度截止角大于零的条件下,重新推导GDOP的理论最小值,并提出相应的求解方法,给出GDOP值达到最小时卫星的空间几何分布情况;通过算例验证推导得到的GDOP理论最小值的正确性。

北斗卫星导航系统民用单频定位性能分析

在三亚、汕头、宁波、拉萨、成都、青岛、北京、乌鲁木齐和哈尔滨等九个地区,对系统民用开放信号B1I的定位性能进行了试验评估。结果表明,在国内区域,可见卫星数最少为7颗,按照95%置信度统计,PDOP值小于4,单频B1I水平定位精度优于7m,高程定位精度优于10m.在"水平定位精度≤15m、高程定位精度≤15m"的条件下,单频定位精度的可用性达到99%以上、连续性整体达到98%以上。

COMPASS/GPS/GLONASS系统组合在中国区域的仿真分析

基于STK软件对COMPASS、GPS和GLONASS系统进行不同程度的组合仿真，在中国区域内，从卫星可见数、PDOP值以及定位精度进行分析。结果表明，在给定标准定位服务下各系统UERE值的情况下，三系统组合在我国的定位精度达5～6m，PDOP值达0．8～0．9，优于各双系统组合，而双系统组合又优于各单一系统；同时三系统组合下的PDOP值降低，定位精度更高，波动更加平缓。

GPS/BDS/GLONASS组合伪距单点定位性能测试与分析

本文以高山峡谷地区以及城市建筑群区域GNSS卫星受山体及建筑物遮挡的实际问题为出发点,通过选取不同的卫星方位角模拟不同遮挡环境,研究GPS/BDS、GPS/GLONAS和GPS/BDS/GLONASS组合系统伪距单点定位模型对于单GPS、单BDS系统在不同遮挡环境下的定位精度和三维导航可用性等方面的改善情况。结果表明,组合系统相对于单系统,增加了可见卫星数,降低了PDOP值,当观测条件不佳时,可以很好地改善定位精度和提高三维导航可用性。

北斗三号基本系统伪距单点定位性能分析

北斗三号(BDS-3)已经完成基本系统建设,并于2018年12月27日开始正式提供全球服务.本文选取了全球分布的12个国际GNSS监测评估系统(iGMAS)跟踪站数据,对北斗二号(BDS-2)和北斗三号(BDS-3)及其组合的定位性能进行研究,分析了空间位置精度因子(PDOP)、卫星可见数,以及单双频伪距单点定位精度.结果表明:BDS-3各频点单频定位精度由高到低的顺序为B1C、B2a、B1I、B3I,BDS-3双频定位精度B1C/B2组合优于B1I/B3I组合;在亚太区域,BDS-2/BDS-3相对于BDS-2定位精度提升大于14%.

GPS/BDS/GLONASS/Galileo多系统融合在中国区域的仿真分析

通过STK软件对GPS、BDS、GLONASS、Galileo四个系统的星座结构进行仿真,并选择单系统与多系统组合定位的方式对中国区域内的可见卫星数、GDOP值和定位精度进行覆盖分析。结果表明,GPS/BDS/GLONASS/Galileo四系统组合定位在我国的GDOP值可达0.7~0.8,定位精度可达3~4m,优于其他方式的组合定位;同时四系统组合定位下的GDOP值降低,定位精度更好,GDOP值与定位精度的波动异常得到了抑制,导航定位的性能与稳定性也得到了相应的提升。

基于逻辑回归的总系统误差分类和预测方法

为保证飞行总系统误差(TSE)超出安全容限时机载告警系统能及时发出正确告警,提出以影响TSE的因素为逻辑回归法(LRM)的样本特征,利用LRM进行TSE分类和预测的方法,快速将TSE预判为超限和不超限;选取对TSE影响比较稳定的影响因素,如导航系统误差(NSE)、位置精度因子(PDOP)值及卫星可见数目等为样本特征,开展试验;分析不同种类和数量的样本特征及组合下LRM对TSE分类和预测准确性的影响,并与传统基于坐标计算的TSE预测方法的准确率和计算负荷作比较。结果表明:以NSE、PDOP值和卫星可见数为组合,LRM对TSE的预测准确率最高,计算负荷相对较小,且均优于基于坐标计算的TSE预测方法。

“一带一路”沿线及周边地区BDS定位性能动态分析

本文通过STK软件对BDS全球组网时至当前的星座结构进行了动态仿真,确定了"一带一路"沿线及周边地区最小可见卫星数、GDOP值以及定位误差的动态变化过程。结果表明,当前BDS已实现"一带一路"沿线大部分地区的覆盖,中国大陆、东南亚、南亚等地区的定位精度优于13m,但北欧、东欧、西亚等小部分地区的定位精度仍有待提高;MEO卫星较GEO/IGSO卫星对"一带一路"沿线及周边地区定位精度的提升作用要大;同时发现,随着可见卫星数的增加,GDOP值逐渐减小,但当可见卫星数达到一定值时,随着可见卫星数的增加,GDOP值的减小幅度不明显,说明单纯增加可见卫星数有时并不完全能提高定位精度。

BeiDou+GLONASS+Galileo多系统组合SPP稳定性和精度分析

利用间接平差法和最小二乘法原理推导了BeiDou+GLONASS+Galileo三系统组合标准单点定位(SPP)的数学模型;然后采用MGEX站的部分测站的观测数据,综合分析了BeiDou/GLONASS/Galileo不同组合模式的可见卫星数、DOP值、定位稳定性和定位精度等方面内容。试验结果表明:相比单系统(BeiDou、GLONASS、Galileo)、双系统(BeiDou+GLONASS、BeiDou+Galileo、GLONASS+Galileo),BeiDou+GLONASS+Galileo三系统组合的DOP值分别减少30%~55%、10%~50%;可见卫星数分别增加60%~120%、10%~110%。此外,在截止高度角大于30°的情况下,单系统和双系统的DOP值都较大且波动不稳定,定位可靠性和历元可用率会显著降低,而BeiDou+GLONASS+Galileo组合仍能获得比较理想的定位结果,这对于建筑物密集区、山区和卫星遮挡较为严重的恶劣条件下具有实际应用价值。

北斗RTK在地形测绘中的优越性

对北斗RTK进行简述,并通过实验数据分析北斗RTK较GPS-RTK在地形测绘中的优越性。实验结果表明,在90°、180°、270°信号屏蔽的情况下,由于GPS卫星空间组成和卫星信号强度等原因,北斗RTK对应的锁定卫星数更多、获取固定解更快、PDOP值更小、测量误差较小,说明北斗RTK较GPS-RTK有较好的信号接收能力,测量精度更高,可以满足地形测绘的要求,很大程度上提高了地形测绘的效率。

BDS+QZSS双系统组合PPP性能评估

利用MGEX跟踪站的观测数据分别从可见卫星数、DOP值、静态PPP和动态PPP几个方面对BDS+QZSS卫星导航系统的定位性能进行评估与分析。分析结果表明:BDS+QZSS组合系统定位比BDS单系统定位具有较优的空间几何构型分布;静态PPP方面,E、N和U方向上,BDS+QZSS定位收敛速度比BDS单系统快,定位稳定性也优于BDS单系统,U方向上改善效果比E和N方向显著;动态PPP方面,在高度角较大时(40°),U方向上改善率达到17%以上,BDS+QZSS组合系统比BDS单系统在低高度角情形下改善较为明显。E、N和U三个方向BDS单系统全天内的可用历元下降,一天仅有50%左右可用历元,而BDS+QZSS组合可用历元较多,此时两种模式的定位误差都较大,各个方向的离散程度都较差,BDS+QZSS组合对定位精度的改善有限,但BDS+QZSS组合与BDS单系统相比仍能有一定的改善效果。可见,QZSS卫星的加入,能够增强BDS卫星的定位精度、可靠性和稳定性。

北斗系统融合单点性能分析

针对北斗卫星(BDS)在定位时卫星高度截止角偏高时精度无法满足的问题。本文先使四大系统时空基准统一,后研究单星(BDS)、双星(BDS/GPS、BDS/GLONASS、BDS/GALILEO)和三星(BDS/GALILEO/GLONASS)单点定位数据的卫星可见数和精度因子PDOP均值,收敛性、单点定位精度。实验证明:单星系统、双星系统和三星系统在高度截止角的不断增加,卫星可见数和历元可用度不断减少,PDOP值波动较大,单点定位精度和收敛性越差。当高度截止角为40°时,双星系统和单星系统无法满足定位精度,三星系统仍然满足定位精度要求。