北斗星基增强系统双频多星座服务覆盖范围评估

双频多星座(DFMC)服务已成为星基增强系统(SBAS)未来能力提升的重要方向之一,相关国际标准也将在2023年11月正式发布。北斗星基增强系统(BDSBAS)是全球范围内唯一持续播发DFMC增强服务测试信号的星基增强系统。在详细介绍SBAS DFMC服务可用性和保护级计算方法的基础上,利用实测的BDSBAS B2a增强电文对BDSBAS DFMC增强服务的一类垂向引导进近(APV-Ⅰ)/垂向导航信标性能(LPV)和决断高度200英尺垂向导航信标性能(LPV-200)等级的服务覆盖率进行了初步评估。评估结果表明,当前BDSBAS DFMC增强服务能够实现对中国及周边广大区域的服务覆盖,且双系统(BeiDou navigation satellite system和global positioning system, BDS+GPS)增强服务的APV-Ⅰ和LPV-200等级99%可用性覆盖率比单系统(BDS)增强服务的覆盖率分别提升16%和32%。

双频多星座北斗星基增强系统多路径误差特性研究

为了验证北斗星基增强系统(BeiDou Satellite Based Augmentation System,BDSBAS)多路径误差特性与国际民航双频多星座(Dual-Frequency Multi-Constellation,DFMC)星基增强系统多径误差模型的符合性,首先从导航系统信号特征出发,比较了北斗卫星导航系统(Beidou Navigation Satellite System,BDS)、全球定位系统(Global Positioning System,GPS)和伽利略卫星导航系统(Galileo satellite navigation system,GALILEO)频点信号特征;然后基于国际民航双频多星座北斗星基增强系统多路径误差模型的要求,提出一种双频多星座北斗星基增强系统多路径误差特性验证方法;最后,通过航空天线群延时试验以及实测数据对其符合性进行验证。结果表明:(1)BDS,GPS和GALILEO双频信号特征基本一致;(2)试验使用的航空天线符合DO-373天线群延时特性要求;(3)BDS,GPS和GALILEO多路径误差曲线变化趋势基本一致,双频多星座北斗星基增强系统多路径误差特性符合国际民航组织(International Civil Aviation Organization,ICAO)多路径模型要求。

GPS/GLONASS/GALILEO多星座组合导航系统研究

通过对多星座组合导航系统的分析,对多星座组合导航定位算法进行了研究。由于GPS、GLONASS、GALILEO系统分别采用了不同的坐标系,文中利用坐标系变换将不同星座统一到同一个坐标系中,采用增加状态变量的方法实现了组合系统的时间统一,从而实现了多星座间的时空统一;针对多星座组合系统的可见卫星数目大大增加的特点,采用最小二乘的方法实现了用户的导航定位解算,提高了用户的定位精度。通过对GPS/GLONASS/GALILEO多星座组合导航系统的仿真研究,其结果表明:与GPS单星座相比,GPS/GLONASS/GALILEO多星座组合导航系统,同一时间内可见卫星数目大大增加,PDOP值明显减小,有效提高了导航定位精度,具有良好的定位性能和可靠性。

多星座GNSS/INS紧耦合方法

针对可用卫星数目不足、多星座GNSS接收机不能定位条件下,传统GNSS/INS松耦合方式退化为"纯惯性"模式,无法抑制惯导误差发散的问题,提出了一种基于多星座GNSS接收机原始伪距观测量的GNSS/INS紧耦合方法。利用惯导与多星座GNSS接收机搭建硬件平台,开展了车载试验。试验结果表明,当可用卫星数目满足定位条件时,多星座GNSS/INS紧耦合方法与松耦合方法的导航精度相当;当可用卫星数目不足、多星座GNSS接收机不能定位时,多星座GNSS/INS紧耦合方法仍可利用剩余卫星提供的观测信息继续运行,当卫星数减少为5颗时,纬度和经度精度均优于30 m;当卫星数进一步减少为4颗时,纬度精度优于90 m,经度精度优于50 m。

北斗系统及GNSS多星座组合导航性能研究

针对北斗、GPS、GLONASS和GALILEO等单星座系统定位中存在的定位精度不足、可见星不多、定位可靠性不强等问题,研究了一种利用北斗、GPS、GLONASS和GALI-LEO多星座信息在统一坐标系中采用最小二乘法进行组合导航定位的方法。仿真结果表明:北斗与GPS双系统的定位精度优于单纯的北斗系统精度,而采用北斗/GPS/GLONASS/GALILEO多星座组合导航定位能够有效提高用户的定位精度和可靠性,研究成果对北斗系统的精度验证和多星座接收机的实现具有参考意义。

基于自适应软切换的多星座组合导航系统研究(英文)

多卫星组合导航系统星座结构复杂、卫星数量多,在某些特定场合、特殊时间内需要快速完成星座和卫星的选取和重组。采用一种快速选星算法和自组织网络相结合的策略,并应用于多卫星导航系统建模和多星座软切换领域,既避开了系统对象建模这一难点,同时又充分利用卫星星座间的相互关联性,极大的发掘多卫星系统本身的潜力。仿真结果表明,快速选星算法和自组织组网技术可以增强整个导航系统的抗干扰性和自愈能力,以牺牲较少的定位精度来有效减少导航运算量,提高导航定位的实时性。

现代化多星座卫星导航系统性能分析研究

卫星定位系统因其全球性、全天候、高精度等优点而被广泛应用。然而单一卫星导航系统在地球特殊区域存在可见星数目有限,卫星几何构形不佳等问题。针对上述问题,结合各系统未来更新状况,提出使用MATLAB软件进行星座仿真,分析了北斗、GPS III、GLONASS、GALILEO各系统区域定位的局限性,并利用最小二乘法将四个系统进行组合,从可见星数目和GDOP值两方面对组合系统与单一系统展开性能比较。仿真结果表明,组合星座系统能够明显增加可见星数目,改善单一星座区域GDOP值,提高定位精度。

多星座组合导航系统定位性能研究

通过对我国不同纬度地区三个典型城市以及同一地区不同高度角下,从可见卫星数目及PDOP值两个角度,对GPS、GLONASS和GALILEO单星座系统以及其组合系统的定位性能进行了对比分析。仿真结果表明:与单星座系统相比,多星座组合系统的可见星数目大大增加,PDOP值明显减小,在我国不同地区都具有良好的定位性能,并且在卫星高度角较高时仍可以接收四颗以上的卫星,其PDOP值也能达到导航定位的要求。

基于容错型联邦强跟踪滤波的多星座组合导航算法研究

在多星座组合导航应用于高动态场景时,由于受加速度变化范围大、动态噪声和观测噪声难以准确预测等因素影响,常规联邦滤波估计精度将会严重下降甚至发散。针对这一问题,提出将强跟踪滤波算法应用到容错型联邦滤波器中,构成容错型联邦强跟踪滤波器。对COMPASS/GPS/GLONASS组合导航系统进行的仿真结果表明:该算法设计灵活,容错性强,对高动态目标有较强的跟踪能力,能够显著提高导航定位的精度和可靠性。同时,由于组合应用了无重置联邦滤波结构和渐消矩阵一步次优算法、残差χ2检验算法等实用算法,使得该算法整体计算量适中,易于实现,具有一定的工程实用价值。

多星座全球导航卫星系统完整性分析

在未来多星座双频情况下,对全球导航卫星系统提供的全球服务的完整性进行仿真分析,设计多星座的模拟环境,采用奇偶向量法进行完整性计算,从而获得全球VPL的分布情况。仿真实验结果表明,与现有全球定位系统提供的标准定位服务相比,该系统提供的服务的完整性更高,能够达到民航LPV-200级别的完整性要求。

多星座卫星导航接收机跟踪通道结构改进

可用卫星数量的大幅增加使得传统的并行通道结构很难满足多星座卫星导航接收机的设计需求。为了减少电路规模和功耗,提出了一种通用的相关器跟踪结构,其可以跟踪GPS(Global Positioning System)/BDS(BeiDou Navigation Satellite System)/GLONASS(Global Navigation Satellite System)3种卫星信号。该电路通过预先存储中频数据、提高相关器工作频率的方法,充分利用了每个通道的效能。这种时分复用的电路改进方法可以实现大量等效并行通道。65 nm工艺下的实验结果表明,该结构在电路资源和功耗方面优于传统结构。FPGA(Field Programmable Gate Array)的验证结果进一步证明了该电路结构的有效性和正确性。

基于多星座卫星定位与惯性导航全状态融合的列车组合导航系统

目前组合导航在铁路上主要用于列车的测速定位,为了解决姿态不断发散的问题,提出基于GPS/BDS/INS的全状态组合导航系统。通过在列车上安装双天线,利用双差载波相位消除误差,使用GPS/BDS多星座联合解算等措施,实现对列车航向角和横滚角的测量;在传统松组合基础上加入双天线测姿结果,利用Kalman滤波实现对INS位置、速度、姿态的全状态矫正。为了验证本系统的有效性,在运行的列车上进行实验。实验结果表明:基于GPS/BDS的测姿系统相较于单GPS系统具有更高的稳定性和精度,全状态组合可以有效抑制INS姿态漂移,使得列车位置、速度测量精度有一定的提升。

卫星导航系统多星座互用定位算法研究(英文)

卫星导航系统互用是当今全球卫星导航领域的关注热点和发展方向。由于可见星的增多,多星座互用可使位置精度衰减因子值减小,定位精度提高。但是当可见星数目趋于饱和,位置精度衰减因子值不再随着可见星的增加而减小时,可见星数目的增加并不能使定位精度得到显著提高。提出了一种多星座加权互用定位算法,随着可见星数目增加,位置精度衰减因子值减小不明显时,这种算法依然可以使定位精度大幅提高,且简单易行。

多星座GNSS接收机设计与实现

GNSS的发展大大增加了导航信号数量,因此开发可接收多个星座信号的GNSS接收机具有很大的意义。本文设计实现了一种简单灵活的新型接收机,主要包括利用MAX2769作为射频前端实现多星座信号覆盖,可重配置的FPGA实现多星座信号的捕获跟踪与数据传输,导航与数据后处理由计算机实现。同时为了兼容多种GNSS信号,设计了通用跟踪环路。测试结果表明设计的GNSS接收机具有体积小、实时性好和兼容性强等特点,满足实际应用需求。

GNSS多星座组合导航系统性能提升量化分析

为定量研究不同层次GNSS多星座组合系统的性能提升情况,构建相应的量化指标,并对多星座组合系统的性能提升进行量化分析。通过仿真实验验证量化指标的有效性,分析组合系统性能提升随组合层次和截止高度角的变化规律,推出各层次的最优系统组合。实验表明,高层次多星座组合系统不仅改善了单一、低层次多星座组合构型的不足和缺陷,还在很大程度上提升了星座的各项性能指标。

多星座组合RAIM算法研究

随着GPS、GALILEO、GLONASS以及BDS的快速发展,需要加强对基于多星座组合的接收机自主完好性监测(RAIM)算法的研究。首先介绍了RAIM算法的原理及流程,然后研究分析了多星座组合下的伪距残差的最小二乘算法以及多星座RAIM算法的可用性判断,最后对单GPS星座和GPS、GLONASS和BDS三星座组合的RAIM算法进行了仿真分析。仿真结果表明:多星座组合RAIM算法得到的故障检测率和故障识别率比单星座有明显提高。

应用遗传算法的多星座保护级别优化方法

增强型接收机自主完好性监测算法(ARAIM)能够在精密进近段为飞行器提供完好性保护.针对提高ARAIM算法在中国地区可用性的优化问题,提出一种基于遗传算法的垂直方向保护级别(VPL)优化方法.该方法在理论层面对VPL方程进行推导,将最大值函数最小化问题转化为目标规划求最优问题,利用遗传算法的寻优特性避免了优化中奇异点的出现,通过优化分配连续性风险和完好性风险,实现了对VPL值的优化.为了验证该优化方法的有效性,利用跟踪站采集到的GPS、GLONASS和BDS 3个导航系统播报的真实卫星星历数据,对VPL值进行了分析,分析结果表明该方法的平均优化率达到9.9%.

基于最优几何的改进型多星座卫星选星算法

随着多星座卫星导航技术的发展,卫星选星算法也日趋重要。为了保证导航定位解算的实时处理能力,在所有可见卫星中合理选取部分卫星用于定位解算,是十分必要的。本文提出了一种基于最优几何分布的改进型选星算法,能够选取多于四颗的卫星用于定位,且卫星几何分布近似最优。算法基于最优几何分布,并利用了模糊综合评判来降低GDOP值的计算次数,减少接收机计算负担。仿真结果表明,改进型选星算法较最优几何分布选星算法在GDOP值上增大不多,而GDOP值的计算次数却能显著地降低,因此提升了接收机实时处理能力。

多星座组合导航系统的RAIM算法研究

随着不同卫星导航系统间联合导航定位的全面展开,基于多星座组合导航的接收机自主完好性检测(RAIM)算法的研究显得十分重要。文中根据多星座组合导航系统的定位模型,对多星座组合导航系统的RAIM算法做了研究,详细分析了利用奇偶矢量进行故障检测和故障识别。同时对单GPS星座和GPS、Galileo和北斗三种星座组合导航的RAIM算法进行了仿真分析,结果表明多星座组合导航的RAIM算法的故障检测和故障识别性能更好,能提供更好的完好性保障。

一种GNSS多星座的抗差伪距单点定位算法

为抑制因导航星座间差异和故障卫星对多星座伪距单点定位产生的负面影响,通过分析多星座与单星座伪距单点定位的异同和多星座粗差探测方法,提出了在不同伪距质量下选择不同方法对伪距偏差状况进行估计,再基于平差理论、M估计和核函数构造三段式权值,实现能在不同环境下选择较优模型的对不同卫星赋予不同权值的新型抗差伪距定位算法。通过国际GPS服务组织(IGS)站点实测数据验证,该算法在不同情况下均能实现较高精度的定位结果,具有较优的抗差性能和定位精度。与传统抗差定位算法比较进一步验证了所提算法的优越性。相关结论对未来多星座定位算法的研究具有较大意义。