天文定位中几何精度衰减因子最小值分析

天文定位是一种重要的导航定位方法,被广泛应用于大地天文测量、天文航海等领域。该方法中观测恒星的选择会影响最终的定位精度,目前缺少针对同时测定经纬度天文定位算法中最优选星问题的研究。随着观测仪器自动化水平的提高,观测数据的获取变得更加高效,这就要求研究最优的选星方案以达到最高的定位精度。本文借鉴卫星导航中几何精度衰减因子GDOP的概念,研究了天顶距法中恒星的数量以及分布对定位精度的影响,最后通过仿真试验和实测数据验证得到结论:在天顶距观测误差的统计特性一定时,GDOP能够用来描述恒星的分布对定位结果影响的优劣,且观测的恒星方位角均匀分布时定位误差最小。考虑到不同高度的恒星天顶距大气折射改正残差不同,在实际测量中应尽量采用等天顶距且方位角均匀分布的恒星。

基于几何精度衰减因子的单站无源定位精度分析方法

基于固定单站测量到达时差(TDOA)是一种有效的无源定位方法。针对现有文献缺乏对该方法定位精度的分析研究,提出一种基于几何精度衰减因子(GDOP)的定位精度分析方法。该方法首先提取影响TDOA定位精度的测量因子;然后分别以这些因子作为输入变量,根据GDOP,得到相对定位误差与影响定位结果的参数测量误差之间的变化关系以及可观测区域;最后再确定能否满足具体工程项目的定位精度和定位稳定性标准。仿真实验结果表明:该定位精度分析方法能够全面地评估方向到达时差(TDOA)的应用价值。通过该精度分析方法的验证,测量TDOA的固定单站无源定位方法具备较高的实用价值。

最小几何精度衰减因子定位图形研究进展

几何精度衰减因子是衡量定位构型优劣的重要指标,因此研究最小几何精度衰减因子定位图形对提高导航定位精度具有重要作用。针对这一问题,该文主要介绍目前最小几何精度衰减因子定位图形的研究进展。首先由单点定位测距观测方程引入两类几何精度衰减因子的定义,并由此引出一类最小几何精度衰减因子的二维定位图形解;在最小几何精度衰减因子二维定位图形的基础上,分别介绍3种无约束条件下的三维最小几何精度衰减因子测距单点定位构型:圆锥构型、笛卡尔构型、Walker构型;在圆锥构型的基础上扩展一类嵌套圆锥构型,可解决约束条件下的最小几何精度衰减因子定位构型问题。研究表明,最小几何精度衰减因子定位图形解的几何结构异常丰富。

声波室内定位系统中基站几何布局探究

为了进一步研究声波定位系统中基于信标的定位方式,提出利用几何精度衰减因子(GDOP)对不同基站几何布局进行评定的方法:对利用三角定位法的传统基站布局方式的定位精度进行分析,总结出影响定位精度的因素,得出基站的空间几何布局是影响定位精度的重要因素的结论。实验结果表明,传统的基站空间几何布局存在一定的缺陷,通过改进基站空间布局方式可以明显提高定位精度。最后提出几类有效的定位布局模式,可根据实际空间情况采用不同的布局方式,为声波室内定位技术大规模、高精度的定位提供支持。

BDS/GPS伪距单点定位的精度对比分析

本文主要介绍了BDS/GPS伪距单点定位的数学模型和算法分析,然后对BDS/GPS接收机接收到的单点定位的数据进行仿真实验分析。通过比较BDS与GPS在同一时段内X、Y、Z三个方向上的RMS值,PDOP值以及可见卫星数的变化,来比较BDS/GPS的伪距单点定位的性能。实验结果表明:北斗与GPS伪距单点定位性能相差不大,GPS的PDOP值约为1.8,BDS的PDOP值约为2.5,GPS的RMS定位精度在4m以内,北斗的RMS定位精度优于9m。

GNSS技术在GEO、IGSO航天器中的导航精度与适用性分析

现阶段高轨道航天器导航主要依靠地基测控系统,为了研究全球卫星导航系统(GNSS)技术用于高轨道航天器导航的可行性,对GNSS技术在地球静止轨道(GEO)卫星、倾斜地球同步轨道(IGSO)卫星航天器中的导航精度及适用性展开了分析研究.采用2021年11月9日的两行轨道数据(TLE)仿真GNSS星座,以不同星下点的GEO卫星和不同倾角的IGSO卫星作为目标星展开导航仿真试验.实验结果表明:为了满足GNSS解算所需的卫星数量,须通过接收旁瓣信号来增加可见卫星数目.对GEO目标星而言,当接收机灵敏度高于-169 dB时,导航精度可达30 m;利用GPS对7个不同的GEO或IGSO轨道目标星进行导航实验表明,GPS对目标星导航的位置误差约为35 m;北斗三号(BDS-3)、GPS、GLONASS、Galileo的导航位置误差均值分别为28.03 m、21.16 m、37.15 m、25.09 m,具有良好的内符合精度,其中GPS精度最高,GLONASS精度最低,但大部分时段也在45m内.

极区北斗三号与GPS定位性能仿真分析

为研究北斗三号与GPS在极区的定位性能,基于STK软件,仿真分析两系统在4个极地科考站点和极区范围的卫星可见性和GDOP值,结果表明:在极区60°~80°范围内,北斗三号东半球定位性能优于西半球,而当纬度超过80°时,东西半球无明显差异;与GPS相比,在纬度60°~80°,经度50°~180°范围内,北斗三号定位性能优于GPS,极区其他区域平均可见星数比GPS少1颗左右,GDOP值相差不大。此外,北斗三号GDOP值变化更平稳,表明极区北斗三号卫星空间分布更合理。

一种视距与非视距混合环境下RSS定位方法

针对当前视距与非视距混合环境下无线定位精度不高且结果不太稳定问题,提出一种基于接收信号强度的动态定位方法.该方法采用混合高斯模型来同时刻画视距与非视距传播的影响,克服了现有方法中视距与非视距传播识别的难题,并利用动态期望最大算法来实时调整模型参数,以适应环境的时变特性.进一步,考虑到实际定位中测试位置几何关系对定位精度的影响,提出了基于最佳几何精度衰减因子组合的测试点选取方法.仿真实验表明,在视距与非视距混合环境下该方法不仅具有较高的定位精度,而且能够适应环境的动态变化.

基于遗传算法的多星座选星方法

提出了一种基于遗传算法的选星方法,该方法能够准确、快速地实现多个全球导航卫星系统(GNSS)下选星颗数大于4的选星。经过大量试验确定了遗传算法选星的选择、交叉、变异等关键参数,并通过在交叉和变异中穿插染色体优选过程克服了遗传算法的选星结果容易陷入局部最优的缺点。以不同GNSS星座个数和不同选星颗数下的选星仿真校验了所设定遗传参数的有效性和可靠性。仿真结果表明,利用遗传算法可以高效、准确地实现选星,该方法特别适用于多星座多选星颗数的情况。

星座区域导航性能和关键星分析

区域导航性能是评价星座导航能力的重要参数,从几何精度衰减因子(GDOP)出发提出了评价区域导航性能的指标:区域几何精度衰减因子标准差和区域几何精度衰减因子变化度。它们和区域平均几何精度衰减因子一起从不同的角度反映了星座的区域导航性能。针对不同的应用,可根据对应的指标确定区域导航的关键星。文中以Walker星座为例论述了依据这些指标选取星座导航关键星的方法。三个指标之间的相关性保证了大多数情况下关键星选取的一致性。

基于STK的BDS星座仿真和性能分析

利用卫星仿真工具包(STK)设计和建立了北斗卫星导航系统(BDS)的全球星座;在此基础上,选取南北半球不同经纬度的11个城市作为观测点,分别获得了BDS和全球定位系统(GPS)的可见星数和几何精度衰减因子(GDOP)的值,并按照5°×5°的空间分辨率,仿真了全球范围内BDS和GPS的可见星数和GDOP值;仿真结果表明,全球星座的BDS具有与GPS同样优良的导航性能,其在亚太地区的性能甚至更优于GPS,完全可以为用户提供高性能的满足所需导航性能(RNP)的导航服务。

基于MEMS-IMU辅助的高动态GPS选星方法设计

一般的GPS选星方法通过搜索选取使几何精度衰减因子最小的4颗卫星,对于高动态应用特别是在水平姿态角较大的情况下,传统的选星方法存在许多局限性。针对低成本的MEMS-IMU/GPS组合导航系统,提出了基于MEMS-IMU辅助的GPS选星方法;针对高动态载体姿态变化较大的问题,采用MEMS-IMU输出的高速率姿态信息压缩卫星搜索范围,通过选取不超过6颗可见卫星来降低几何精度衰减因子,从而提高定位性能。使用半实物仿真数据,验证了所提出的方法。测试结果表明,与传统的选星方法相比,基于MEMS-IMU辅助的GPS选星方法在飞机高动态大机动条件下,优化了卫星星座,具有精度高、计算量低、可靠性高等优点。

Walker星座的区域导航特性分析

基于反映定位精度的几何精度衰减因子 (GDOP)值 ,提出了一种评估导航性能的品质指标。研究了Walker星座的轨道构型参数 ,特别是卫星数目、轨道平面数、相对相位与轨道倾角对区域导航性能的影响。在轨道运动中考虑了地球扁率对卫星轨道的摄动。分析结果显示了星座轨道相对相位、轨道倾角等参数对星座区域导航品质指标的显著影响 ,导航品质指标比GDOP值能更直接地反映星座导航性能的好坏。

一种改进的GPS卫星选择算法研究

在传统选星算法基础上,提出了一种改进型选星算法。分别将传统选星算法和改进型选星算法两种方案应用于GPS仿真,仿真试验表明改进的选星算法简单易行,缩短了选星的遍历时间,并得到与传统选星算法精度相当的定位结果。

面向区域的GEO红外预警卫星部署研究

面向区域的地球同步轨道(GEO)红外预警卫星能为特定区域反导作战提供及时可靠的预警信息,想定了预警区域的经纬度范围,提出以空域覆盖性能和定位精度为性能准则部署GEO预警卫星。首先基于GEO卫星对地覆盖模型建立了卫星空域覆盖性能模型;然后分析GEO卫星与特定预警区域的空间几何关系,以几何精度衰减因子(GDOP)为定位精度衡量指标,建立了GEO星座对预警区域的定位精度模型;最后通过仿真综合分析了不同卫星部署方式对空域覆盖性能和定位精度的影响,给出了面向区域的GEO红外预警卫星部署的指导性结论。

基于模糊算法的GPS定位误差估计

几何精度衰减因子GDOP和卫星信噪比SNR等多方面因素的影响,增大了GPS单点定位误差。根据实测GPS数据,选取了对定位精度影响较大的两个因素GDOP和SNR,对它们与定位精度之间的关系分别进行研究;基于模糊算法建立了由GDOP和SNR估计定位精度的模糊规则数据库;通过试验数据验证了该模糊规则数据库的有效性和实用性。

一种新的中国区域导航系统星座方案的探讨

基于中国区域导航星座的特点以及我国的实际国情,依据星座的设计方法提出了一种新的由1颗静止卫星和5颗倾斜椭圆同步轨道卫星相结合的6星星座方案,且给出了卫星运行的轨道参数,通过计算机仿真,分析了此星座的覆盖性能。并进一步在考虑摄动影响、空间传输损耗等因素的条件下评估了此星座的导航性能。最终的仿真表明,此星座的卫星数量少,但导航精度依然满足要求,而且其几何精度衰减因子(GDOP)值较小、波动不大,对于建立符合我国国情的区域导航定位系统有一定的参考应用价值。

基于GDOP的多基地雷达布站优化研究

以BLUE算法和GDOP为基本定位算法和精度分析工具,评估多基地雷达的定位性能,建立以GDOP最小值最小和有效监控区最大为目标的多基地雷达布站优化模型。仿真结果表明,通过以下措施可提高定位性能:①增加收发站总数;②采取扇形方式布站;③优先增加部署接收站;④交替部署收发站;⑤通过优化模型优化扇形布站分布角总和。

一种天线阵列定位法及其仿真研究

为了克服CDMA移动台(MS)定位估计中面临的远近效应问题,该文提出了一种在服务基站(BS)附近布置一种天线阵列,采用TSOA/AOA混合定位技术对MS进行定位估计的方法,分析了采用不同定位法的GDOP分布, 并给出了相应的TSOA/AOA混合定位算法。不同条件下的仿真结果表明,只要AOA测量值达到一定精度,采用这种方法就能对MS进行准确定位。

GALILEO卫星导航和定位系统PDOP仿真

简单分析了GALILEO卫星导航和定位系统与GPS的差异及特点;利用STK软件,对GALILEO卫星导航和定位系统的PDOP进行了仿真计算,给出了部分世界城市的PDOP仿真结果以及一天时间内每分钟采样间隔下部分城市的PDOP变化曲线。