三频电离层延迟改正中多路径误差和观测噪声的削弱算法

多频测距系统可以借助多频观测数据削弱电离层延迟的影响,但多频改正算法在改正电离层延迟项的同时会不同程度地放大多路径误差、观测噪声等伪距误差的影响。其中利用三频数据可以将电离层延迟改正至二阶项,也可以只改正至一阶项,分别称为三频二阶改正和三频一阶改正。首次推导了利用三频观测数据削弱伪距中多路径效应和观测噪声等误差的算法,使三频电离层延迟改正中伪距误差的影响大大减小。通过对三频实测数据的处理和分析验证了算法的有效性并给出了一些有益的结论和建议:在利用三频观测数据进行电离层改正时,首先改正伪距中的多路径误差和观测噪声,然后采用三频二阶改正算法将电离层延迟改正至二阶项,将有效提高伪距改正精度。如果不能有效削弱这些误差的影响,宜采用三频一阶改正或双频改正。

星基增强系统码噪声和多路径误差处理方法研究

星基增强系统(Satellite-Based Augmentation System,SBAS)利用伪距测量校正值实现对导航卫星的差分完好性增强,码噪声和多路径误差处理精度是影响系统服务性能和用户定位精度的重要因素.本文详细介绍了三种不同的原始伪距码噪声和多路径误差处理方法,包括单频平滑方法、码噪声和多路径改正方法(code noise and multipath correction,CNMC)以及广域增强系统(Wide Area Augmentation System,WAAS)使用的码噪声多路径方法(code noise multipath,CNMP),并通过正式运行的SBAS数据,验证了不同的码噪声和多路径误差方法对于用户定位精度的影响.结果表明:CNMP能够有效消除SBAS服务性能评估中的原始伪距码噪声和多路径误差影响,相较于CNMC方法,全球参考系统(wide-area reference station,WRS)站点95%水平定位精度提升0.2 m,95%垂直定位精度提升0.47 m.

有色观测噪声下的自适应UKF在北斗多路径误差削弱中的研究

针对由环境复杂性而造成的北斗多路径误差不能有效削弱的问题,提出了一种基于新的误差模型下的自适应无迹卡尔曼滤波(UKF)方法。该方法首先利用量测状态扩增法来解决量测噪声为有色噪声的问题,再用改进的Sage-Husa自适应UKF来动态估计系统噪声和量测噪声,从而解决噪声统计特性未定造成的误差削弱效果不明显的情况。实验结果表明在有色观测噪声下的改进Sage-Husa自适应UKF算法相比于传统UKF,能够将多路径误差削弱近60%,该方法在针对北斗定位中由于多路径误差产生的噪声不可知的情况具有很强的适用性。

Multi-GNSS多路径效应与观测噪声综合分析

在GPS,BDS,GLONASS,Galileo四大全球卫星导航系统提供高精度导航、定位、授时服务的情况下,进行卫星导航系统各频率的多路径效应与观测噪声分析与评估,对用户进行观测频率选择、多路径效应修正、随机模型研究等具有重要意义。基于IGS MGEX跟踪网47个多系统跟踪站2.4年的观测数据对四大卫星导航系统所有频率观测量的多路径效应与观测噪声进行综合评估与分析。码伪距多路径效应与观测噪声分析结论显示,Galileo E1/E5a/E5b/E5小于0.35 m,GLONASS G1/G2和BDS B1大于0.4 m,BDS B2/B3和GPS L1/L2/L5约在0.35~0.39 m之间。载波相位多路径效应与观测噪声分析结论显示,Galileo卫星略小于BDS IGSO/MEO卫星,GPS BLOCK IIF卫星约为BDS MEO与Galileo卫星的2~3倍,其均值达到5.2 mm,主要是由于不同频率信号传播硬件时延的变化差异较大。

基于CEEMDAN-WP-SSA的GPS/BDS-RTK多路径噪声抑制方法

针对GNSS-RTK技术在复杂环境下的多路径效应误差和随机噪声难以消除的问题,提出一种自适应完备集合经验模态分解(CEEMDAN)、小波包(WP)去噪和奇异谱分析(SSA)结合的联合去噪方法,来消除基线坐标序列的噪声影响,在此基础上构建适用于GPS/BDS组合的恒星日滤波模型。首先采用CEEMDAN方法将原始信号分解成若干个特征模态函数(IMF),使用排列熵区分高频和低频分量,然后分别利用WP和SSA对高频信号和低频信号进行去噪,最后重构去噪后信号并通过恒星日滤波削弱后续坐标序列里的多路径误差。实验结果表明,基于CEEMDAN-WP-SSA构建的恒星日滤波模型能够很好的去除随机噪声以及削弱多路径误差影响,与CEEMDAN和CEEMDAN-WP方法相比,文中方法东(E)、北(N)、高程(U)3个方向的定位精度分别提升约17%、23.6%、13.6%和17%、19.8%、10%。

顾及有色噪声的卡尔曼滤波在多路径误差削弱中的应用

多路径误差为一时空环境效应,难以构建准确数学模型消除其影响,且该误差在基线两端不具有空间相关性,运用现有差分技术也无法很好消除,是高精度短基线测量中主要误差之一.为进一步削弱多路径误差,本文以监测站坐标时间序列中多路径误差为研究对象,根据多路径误差在历元间的时变特性,建立多路径误差状态空间模型,采用标准卡尔曼滤波和顾及有色噪声的卡尔曼滤波从监测站第一天双差固定解坐标残差序列中估计多路径误差改正序列,并根据多路径误差的周日重复特性,利用第一天得到的多路径误差改正序列对之后各天坐标序列进行改正.最后通过实验分析,得出顾及有色噪声的卡尔曼滤波估计方法优于标准卡尔曼滤波的结论.研究方法对提高GNSS定位精度具有重要实用价值.

基于单差短基线的北斗观测值域多路径误差滤波算法

北斗卫星导航系统是中国自行研制的继美国GPS和俄罗斯GLONASS之后第三个成熟的卫星导航系统。由于北斗系统MEO卫星轨道周期与GEO、IGSO卫星轨道周期差异较大,传统基于坐标值域的多路径误差恒星日滤波算法改进效果有限。本文提出了一种基于单差的观测值域多路径误差滤波算法用于改善北斗短基线定位结果,该算法能有效改善每颗卫星观测数据中的周期性多路径误差。实验结果显示,该方法能有效提升定位精度,并且改善幅度大于传统的坐标值域恒星日滤波算法。

基于EEMD-MHM模型的观测值域多路径误差改正研究

为削弱多路径误差以提高GNSS定位精度,引入集合经验模态分解EEMD与多路径半天球图MHM进行组合构建多路径误差改正模型。该组合模型首先基于“零均值”假设进行GNSS双差到单差的转换,然后利用EEMD尺度自动分解与重构精确提取单差残差序列中的多路径误差,最终构建MHM模型用于观测值域多路径误差的实时改正。静态多天实验结果表明,EEMD-MHM组合的多路径误差改正模能提高相邻观测间多路径误差序列的相关性,提高多路径误差模型的精度,将多路径误差改正后的静态多天基线分量标准差STD稳定在1 mm以内,并且东北天方向上的均方根误差RMSE可分别提升75%、42.9%、62.5%,验证了该EEMD-MHM组合多路径误差改正模型的有效性和稳定性。

GPS测量中多路径误差的影响

对 GPS测量中多路径误差对测量成果的影响进行了探讨 ,论述了它产生的原理及其对伪距定位与载波相位影响的量级 ,并对反射系数及卫星本身所产生的多路径误差也进行了讨论。最后介绍了减弱和消除多路径误差的方法及手段。

PLLB多路径误差分析方法

传统单路镜面反射模型能够对多路径误差进行广泛评估,但不能准确描述实际环境中多条反射信号形成的多路径误差影响。针对这一问题,提出了视距(LOS)条件下基于锁相环偏差(PLLB)的多路径误差分析方法,分别推导了伪距和载波相位多路径误差的估算公式,研究了伪距多路径的历元间相关性,分析了动态条件下载波相位多路径的类随机噪声特性,实验结果表明:伪距多路径具有历元间相关性,利用历元间相关性对伪距多路径改正后,双差伪距误差减小了52.7%,动态载波相位多路径具有的类随机噪声特性,会增大动态条件下载波相位误差。

基于误差时间特性的INS/GNSS观测噪声方差在线计算方法

基于INS、GNSS不同误差时间特性,提出了一种组合导航闭环校正下GNSS观测噪声方差阵在线计算方法。该方法的核心是根据惯性导航的短时高精度和GNSS测量噪声的时间不相关性,利用滑动时间窗口内的INS、GNSS增量样本数据之差进行方差统计。结合某次实际飞行数据验证了这种思路的可行性;并利用一组飞行仿真数据验证了该方法对GNSS观测噪声发生变化时能较好的跟踪,且得到更为准确的速度、位置估计值。

利用GPS载波相位消除多路径误差影响

针对目前卫星定位中的多路径效应成为遏制定位精度和可靠性进一步提高的瓶颈这种情况,就新增载波L5之后,借助电离层消除方法的思想推导了三频率信号组合消除多路径误差的初步公式,为多路径误差的消除(削弱)引入了新思路。

CVVF方法用于GPS多路径效应的研究

将交叉证认法与Vondrak数字滤波器相组合,提出一种分离测量资料中信号与噪声的新方法,即CVVF方法,并将该方法用于GPS多路径效应的研究中。对数字模拟试验和实际观测资料的分析表明,该方法能最大限度地削弱测量的随机误差,使资料序列中的信号和噪声合理分离。同时,利用GPS多路径效应周期性重复的特性,可有效地削弱多路径效应对观测结果的影响,从而提高GPS定位精度。

北斗系统观测数据质量分析

北斗卫星导航系统是我国自主建设的全球卫星导航系统,最新一代北斗三号系统(BDS-3)已于2020年7月31日建成并正式投入运营。由于BDS-3运行时间较短,国内外针对BDS-3的观测数据质量分析研究较少,同时常用的数据质量分析软件不支持分析BDS-3新频点B1C/B2a的观测数据。因此文中编写支持多系统、多频点的GNSS数据质量分析程序GNSSQC,分析全球七大洲9个IGS跟踪站的观测数据。通过研究BDS-3播发的新频点信号B1C/B2a、BDS-3和BDS-2共有的频点B1I/B3I、GPS的L1/L2、Galileo的E1/E5a和GLONASS的G1/G2频点,发现BDS-3的新频点B1C/B2a在信噪比、抗多路径误差和抑制电离层延迟等方面的表现优于其他系统的常用频点,在BDS原有频点B1I/B3I的基础上有较大提升。

UWB非视距误差抑制算法研究

随着无线通信技术的发展,UWB(Ultra-WideBand,超宽带)室内定位技术得到了广泛应用。针对在复杂的室内环境中UWB测距、定位结果中包含NLOS(Non-Line-Of-Sight,非视距)误差的问题,给出了一种自适应卡尔曼滤波算法。该算法首先建立UWB测距模型,其次利用新息向量并采用差分的方法对系统中观测噪声的协方差矩阵进行自适应估计并实时更新,然后利用观测噪声的协方差矩阵对过程噪声的增量协方差矩阵进行更新来实现对过程噪声协方差矩阵的精确估计,进而降低含NLOS误差的距离测量值在距离更新值中的权重。通过5块UWB开发板搭建一套UWB定位系统,分别在室内NLOS环境中进行测距和定位实验。实验结果表明,该算法在距离解算值中均方根误差最大为17 mm,测距误差最大为42 mm,在位置解算值中,均方根误差最大为12 mm,位置误差最大为43 mm,其不仅能过有效抑制并消除UWB测距中的NLOS误差,大幅度提高UWB测距精度,而且能进一步提高UWB系统的定位精度、抗扰能力和可靠性。

基于观测值域的GPS多路径误差应用分析

基于观测值域双差残差恒星日滤波方法消除多路径误差,利用事先计算的前一天观测卫星双差残差并进行去噪处理,根据各自卫星周日重复性改正到第二天对应时刻的双差观测方程中,得到剔除多路径误差后的"干净"双差观测值,最后解算基线信息。试验结果表明,与常规基于坐标域恒星日滤波相比,该方法在平面方向的精度可提高23%,且高程方向也有一定程度的提高。

噪声协方差自适应控制下的双天线GNSS/INS初始对准方法

为降低系统模型误差及观测模型误差的影响,结合噪声协方差自适应控制机制,对双天线GNSS/INS初始对准方法进行改进。利用噪声协方差自适应控制下的扩展卡尔曼滤波进行数据处理,包括系统噪声协方差控制及观测噪声协方差控制。试验结果表明,系统噪声协方差自适应控制机制可提高系统稳定性,降低滤波稳态值;观测噪声协方差自适应控制机制可降低观测噪声的影响,提高对准绝对精度。采用后处理的方式,利用基线长度偏差最小的基线结果辅助姿态解算,绝对精度进一步提高,对准绝对精度主要受观测值影响。利用本文方法,横滚角、俯仰角对准绝对精度可达0.02°,航向角对准绝对精度可达0.04°。

城市环境BDS/MEMS-IMU组合导航的模型误差抑制方法

针对BDS/MEMS-IMU组合导航系统模型及噪声参数不确定性易引起模型误差的问题,设计噪声参数优化方法改进EKF,抑制系统模型误差及观测粗差对组合导航模型稳定性的影响:分析预测残差调谐系统噪声协方差矩阵;根据BDS观测质量,精化观测噪声协方差矩阵。实验结果表明,结合噪声参数优化方法可提升BDS/MEMS-IMU组合导航模型的稳定性及精度。

南海深海风生噪声特性分析及其噪声源模型修正

基于2015年秋季南海深海区域43天的观测噪声与同步风速预报数据,研究南海风占主导海洋环境噪声风关特性,并对风生噪声源级公式进行修正。本地风速在3〜14 m/s范围内变化时,在频段0.5〜1.28 kHz,噪声强度近似正比于风速对数的2倍。据此关系,获得不同风速条件下的风生噪声谱级。将Harrison风生噪声源级公式和海面噪声传输模型结合,构建深海风生噪声数值计算模型,通过求取最优的风生噪声源级公式系数项,使得在风占主导频段和风速范围内实验谱级与数值结果误差平方和最小,对Harrison风生噪声源级公式进行修正,并使其适用频段范围拓宽两倍。最后,利用南海其它区域实验数据检验模型的适用性,结果表明,模型预报噪声级与实验值吻合度较高,可供预报南海风生海洋环境噪声级实际应用参考。

一种新的方法对北斗三频观测数据质量进行评估

针对北斗导航系统的测距信号,特别是载波相位观测值的精确与否将直接影响其精密应用,因此本文通过伪距多路径误差和载波相位噪声两个方面对北斗三频观测数据质量进行分析。利用伪距载波相位组合法推导出三频信号的多径误差估计模型;并针对零基线双差法对载波相位观测值精度评估时,必须要求在同一个测站有两个相同型号的接收机对两颗卫星的三频观测数据的情况,提出利用无几何相位无电离层组合法,实现单个接收机对单个卫星接收到的三频载波相位观测值精度进行正确评估。通过实测数据验证,发现采用三频多路径估计模型对伪距多径误差估计精度高,且数据利用率高;伪距多路径误差以及卫星载波相位观测值精度均与卫星高度角成正比。当卫星高度角大于40°左右,载波相位观测值精度均在3 mm以内。