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。

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。

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。

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。

多星座组合精密动态定位的抗差扩展Kalman滤波方法研究

扩展Kalman(EKF)滤波算法可有效地进行多卫星系统数据融合处理,但该方法对观测数据的质量要求较高,当观测出现异常时,传统的扩展Kalman方法容易导致滤波失真。为此,利用实测数据,通过虚拟掩模遮挡卫星模拟复杂的GNSS观测环境,研究了基于IGGIII的抗差EKF算法,确定了分位参数的合理经验值,并对其在GPS/GLONASS/BDS组合精密动态定位中的应用进行了分析。结果表明,在遮挡严重的复杂观测环境中,抗差EKF算法可有效地提高组合定位系统的模糊度的固定成功率和定位精度。

BDS不同星座组合对亚太地区相对定位的影响

针对北斗卫星轨道的特殊性,该文选取2020年1月1日—10日均匀分布在全国的34个GNSS基准站数据,进行北斗GEO/IGSO/MEO星座组合精密定位研究,通过对标准化均方根误差(NRMS)、不同长度的基线标准差值(STD)、点位精度等方面进行分析,并与GPS静态基线解算结果进行对比。结果表明:GEO+MEO的基线精度和点位精度均在厘米级;GEO+IGSO+MEO的基线精度为7.29 mm,点位精度为15.87 mm;MEO的基线精度为23 mm,点位精度为7.41 mm;IGSO卫星在亚太地区的相对定位贡献最大,IGSO+MEO的卫星星座组合解算效率最高,基线精度在10 mm以内,点位精度6.93 mm。

一种组合星座定位的导航终端设计

提出了一种组合星座定位的导航终端设计。使用DSP作为控制和数据处理核心,既可以实现北斗二代导航卫星系统(COMPASS)以及全球定位系统(GPS)的单星座定位,又可以实现COMPASS和GPS组合星座定位。由于能够同时利用COMPASS系统和GPS系统,可用卫星数目大大增加。同时,单星座定位算法和组合星座的定位技术的解决,使得导航终端的定位精度和导航的连续性都得到提高。

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。

复杂城市环境多模RTK/SINS紧组合定位性能分析

利用全球卫星导航系统(GNSS)实时动态差分(RTK)与捷联惯导系统(SINS)进行紧组合定位,是解决高精度GNSS导航定位技术在复杂城市环境中性能受限问题的有效途径之一。为深入分析紧组合方案的定位性能,将开阔环境的RTK/SINS紧组合定位结果当作参考值,对典型复杂城市环境进行了分类和掩模,并在仿真环境中,评估分析了全球定位系统(GPS)与北斗卫星导航系统(BDS)双星座组合定位,GPS/BDS/GLONASS(格洛纳斯卫星导航系统)三星座组合定位、GPS/BDS/GLONASS/QZSS(日本准天顶卫星系统)四星座组合定位,以及单RTK、RTK/SINS紧组合等不同融合策略下的定位性能。实验结果表明,在各类复杂城市仿真环境中,不同星座组合的RTK/SINS组合定位性能,较RTK定位性能有较大提升,其中四星座组合定位性能最优。在单一的掩模仿真城市环境中,紧组合模糊度固定率和车道级定位可用率分别能达70%、90%以上,定位精度通常优于15 cm;而在掩模仿真组合复杂城市环境条件下,紧组合模糊度固定率和车道级定位可用率为64%、82%左右,定位精度约为40 cm。

组合卫星接收机中的选星算法

分析了五阶矩阵的行列式值与5颗星GDOP(Geometry Dilution of Precision)值的关系,并由此提出了一种用于双卫星星座组合接收机(如GPS(Global Position System)和BD2(BeiDou2)组合接收机)中的选星算法———组合优选法.该方法首先选出行列式绝对值最大的几种组合,然后根据需要对每种组合从其余可见星中选出几颗最优星,最后根据GDOP最小原则从这几种组合中选取最终结果.计算机仿真结果显示该方法与直接利用GDOP选星相比,95%以上的GDOP相对比值小于5%,而计算量减小40%以上.

GPS/Galileo组合导航定位系统中的选星算法

为解决双卫星组合导航系统定位精度与计算负担之间的矛盾,采用选星的改进措施,文中分析了双星座系统与单星座系统的区别,提出了常用的几种选取5颗星的方法,并分别进行仿真分析,总结出各自的优缺点。同时根据观测矩阵与GDOP值的关系提出选取大于5颗可见星的最大行列式绝对值法,并分别对选取6、7颗可见星进行仿真分析,由仿真结果可见此法的实用性。

BD-2/GPS组合导航系统选星算法及定位分析

为解决组合导航系统定位精度与快速定位之间的矛盾,提出一种新的选星算法.该方法将可见卫星仰角与遗传算法相结合,以几何精度因子(GDOP)计算模型作为遗传算法中判断解优劣的适应度函数,从而达到快速定位的效果.将应用该方法所得的GDOP和算法运行时间与应用最佳GDOP算法计算所得的相应结果进行对比,发现采用该方法得到的GDOP接近最优值,而且选星算法计算时间减少.实验数据分析证明该方法在实时性和可行性方面的优越性.

GPS/BDS星座导航性能仿真分析

为研究不同星座的导航性能,本文通过建立BDS星座和GPS星座,对各个星座的可见性和几何精度衰减因子(GDOP)两个主要导航性能进行了仿真计算。针对GPS星座对于BDS的导航性能的增强,基于两个系统建立了组合星座并进行分析,得到以下结论:目前BDS星座不能像GPS一样实现全球全天候导航服务,通过使用GPS星座增强,可见性可提高一倍左右,全天GDOP值服务等级全部提升至优等级,满足定位服务需求,同时导航性能的提高与BDS覆盖能力密切相关。

ARAIM技术研究进展

随着多星座卫星导航系统和双频技术的发展,高级接收机自主完好性监测(ARAIM)技术应用于更高阶段的精密进近成为可能。首先介绍了与ARAIM相关的3个重要内容:完好性性能要求、完好性支持信息、威胁类型及缓解方法。然后,对ARAIM国内外相关技术研究进行了综述,从故障分类、星座配置和ARAIM可用性及其预测3个方面。最后,结合ARAIM现阶段的发展,对未来的研究进行展望。

PSO选星算法参数分析与改进

多星座组合导航提供更多的可用卫星,但也增大接收机计算复杂度,选取部分可见星代替全部可见星进行接收机位置解算成为选星算法研究的热点。粒子群优化(PSO)选星算法将PSO算法引入到选星过程中,该方法能够减少选星时间,实现北斗/GPS组合星座快速选星。研究了该算法的关键参数包括惯性权重因子、加速系数、种群大小等对PSO选星算法性能的影响,并针对搜索过程容易陷入局部最优问题,提出自适应模拟退火粒子群优化(ASAPSO)选星算法,该算法通过引入随适应值大小自适应调整进化参数及结合模拟退火算法调整粒子速度,以增强算法跳出局部极值的能力。采用实际数据对算法进行验证,结果表明:ASAPSO选星算法在保证选星时间的同时,能够提高算法搜索结果的准确性,其性能优于PSO选星算法。

基于帝国竞争优化的双目标综合决策选星算法

全球卫星导航系统(GNSS)的应用前景已经得到世界各国的普遍承认,其应用领域也趋于多样化,在此背景下,卫星接收机也要求其具有更快的解算速度和可靠的精度。针对目前多数接收机的选星算法都是固定选星数目从而限制算法机动性的问题,提出基于帝国竞争优化算法(ICA)的双目标综合决策选星算法。为了更好获取几何构型较好的卫星星座,引入可见卫星的卫星仰角和方向角先验信息,进行先验性约束,通过构建几何精度因子(GDOP)以及选星数目2个目标,进行综合决策的快速选星,提高了选星的灵活度,并且在满足用户精度的要求下减轻了多星座卫星接收机的计算负担。通过仿真实验和实测数据对双目标综合决策选星算法验证的结果表明:所提算法在高度截止角5°下引入先验性约束条件后平均选星数目在仿真数据和实测数据中缩减率分别为51.8%和45.4%,平均GDOP值较无约束下分别减少0.209 2和0.248 4。同时,所提算法单次选星平均耗时分别为0.168 4 s和0.303 1 s,与遍历法的选星耗时4 s相比,提高了95.79%和92.42%。

北斗卫星广播星历精度评估与单点定位优化模型

利用精密星历产品对BDS-2和BDS-3广播星历的精度进行系统评估,进一步比较分析不同BDS-2和BDS-3卫星星座组合对单点定位的影响,提出一种基于SISRE(signal in space range error)的单点定位加权优化模型。实验结果表明,BDS-2星座中MEO、IGSO和GEO卫星广播星历轨道误差的RMS分别为2.404 m、3.030 m、12.574 m;BDS-3星座中MEO、IGSO卫星广播星历轨道误差的RMS约为0.5 m和0.8 m;对于SISRE,BDS-2平均优于2 m,BDS-3平均优于1 m;BDS-3配备H钟和Rb钟的卫星钟差及稳定性基本相同。同时单点定位结果表明,BDS-2/BDS-3 IGSO/MEO星座组合定位精度最高。利用提出的SISRE加权模型进行单点定位解算,定位精度在N、E、U方向的平均优化率分别为9.61%、18.55%、11.19%,平均总体优化率达到12.26%,证明了模型的有效性。

GPS/BDS/GLONASS的RTK定位精度研究

为了提高不同GNSS(GPS、BDS及GLONASS)星座(包括单星座及组合星座)的实际定位精度和可靠性,以海星达H32全能型GNSS-RTK为试验仪器,分别采用单星座、双星座和三星座进行了RTK定位精度试验研究。研究结果表明:GPS+GLONASS双星座组合定位的精度最高;GPS+GLONASS+BDS三星座组合定位的可靠性最强;星座组合所获取测点坐标,Y方向的精度最高,高程H方向的精度最低;对GNSS-RTK所采集测点坐标进行内业处理时,通过限制PDOP值的大小就能够在确保足够的定位精度的同时,还能过滤测量粗差,从而提高GNSS-RTK测量定位的可靠性。

北斗/GPS兼容接收机双频RAIM算法研究

接收机自主完好性监测(receiver autonomous integrity monitoring,RAIM)算法因具备独立自主、快速告警等优点被广泛应用于航空领域。由于传统RAIM算法仅在故障星出现粗大伪距偏差时才具备较高的检测与识别率,因此难以满足高精密航空飞行安全需求。为了提升完好性水平,从改善卫星空间构型与提升测距精度出发,提出一种组合星座双频RAIM算法。该算法建立了北斗/GPS双频伪距观测模型,在考虑同颗卫星双频信号伪距观测噪声相关性与伪距偏差在不同频点间扩散现象的条件下,继承奇偶矢量方法实现了故障检测与识别,提高了算法对于小伪距偏差的敏感度,图形与数据化仿真结果证明了该算法的有效性与可行性。

COMPASS与GPS兼容定位算法及性能分析

多卫星导航系统间实现互用是提高导航定位性能的重要途径,目前已成为全球卫星导航领域关注的热点和发展方向。我国正在建设新一代卫星导航系统,为保护国家利益,获得世界认同与支持,COMPASS必须走与其他导航系统的兼容之路。本文分析了我国新一代卫星导航系统与GPS系统兼容定位算法和性能,并利用实测数据计算得到了COMPASS-M1与GPS兼容定位结果,验证了COMPASS与GPS兼容定位的可能性。