整数最小二乘降相关平差在GPS动态定位中的应用研究

详细讨论了整数最小二乘法及其降相关平差(Least—squares Ambiguity Decorrelation Adjustment)方法的原理及其实际算法。实算证明,LAMBDA方法在进行模糊度搜索解算时,由于其充分顾及了模糊度的整数特性,并在此基础上对模糊度协方差阵进行了降相关处理,从而改善了模糊度的方差域,消除了模糊度方差得不连续性,加快了模糊度搜索的速度,提高了定位解的精度。

采用宽窄巷结合的LAMBDA解算方法的北斗多频差分定位技术

目前,常用的多频整周模糊度解算方法有TCAR(Three-Carrier Ambiguity Resolution)、CIR(Cascading Integer Resolution)和LAMBDA(Least-squares Ambiguity Decorrelation Adjustment)这3种.其中TCAR和CIR方法均利用载波相位的宽巷组合易于整周模糊度解算和窄巷组合可减小噪声的特点进行整周模糊度的解算.但是它们的整周模糊度解算性能相对于LAMBDA而言较弱,而且需要预设相关矩阵.针对这一问题,本文提出一种宽窄巷结合的LAMBDA整周模糊度解算方法用于北斗多频的差分定位.该方法在采用LAMBDA算法的基础上,充分利用宽巷组合和窄巷组合的特点,通过使用宽巷组合快速有效解算出的整周模糊度来约束窄巷组合求得的整周模糊度,以达到整周模糊度的快速准确解算的目的,同时通过窄巷组合定位模型的低噪声特点实现较高的定位精度,可有效的提高北斗多频差分定位中整周模糊度的解算效率和定位解算的精度.本文通过在北京航空航天大学楼顶的实际测试数据进行验证.结果表明,采用北斗三频进行定位解算时,宽窄巷结合的LAMBDA整周模糊度解算方法能在比窄巷组合收敛时间减小一半的情况下,实现与窄巷组合相同的3mm定位精度.

基于INS辅助CLAMBDA与AFM的GPS/INS组合导航测姿方法

为了提高全球定位系统(global positioning system,GPS)定姿的性能及成功率,将带约束的最小二乘降相关平差法(constrained least squares ambiguity decorrelation adjustment,CLAMBDA)与模糊度函数法(ambiguity function method,AFM)两种算法相结合,同时利用惯性导航系统(inertial navigation system,INS)姿态信息进行辅助,提出了一种GPS/INS组合定姿方法。在CLAMBDA解算过程中,将INS姿态信息与GPS载波相位和码伪距联合解算浮点解,然后再进行固定解搜索,如果姿态解算错误,则用AFM算法得到的姿态角进行替换。其间,用INS姿态信息缩小AFM的搜索范围。之后,GPS/INS进行组合滤波。通过实际系统跑车实验表明,相比于原算法,该算法能有效提高GPS定姿的成功率。

新的GPS单频单历元定姿算法

LAMBDA算法依赖于初始的模糊度浮点解,但仅用载波相位观测方程需要多个历元才能获得浮点解,将导致初始化时间过长.针对这一问题,对GPS(Global PositioningSystem)单历元的载波相位单差方程进行特殊变换,将未知的整周模糊度看成噪声,从而构造出新的观测方程,和原始的观测方程进行组合求解,克服了仅用载波相位双差观测方程因为亏秩而无法在单历元获得浮点解的缺点,解决了初始化时间的问题.通过深入研究浮点解和固定解之间的关系,提出一种将低精度浮点解映射到固定解的方法,降低了LAMBDA算法对高精度浮点解的依赖性,避免了用多个历元获取浮点解的高精度,从而实现了单频、单历元的整周模糊度估计.通过实际测试,该算法成功率高于97%,能够有效地用于实时动态姿态解算.

GPS/Galileo组合导航的模糊度搜索空间

为了组合导航的载波相位模糊度固定,将目前在GPS中常用的模糊度固定方法——最小二乘降相关平差(LAMBDA)法直接应用于GPS/Galileo组合模糊度固定,发现其搜索空间的确定方法并不能很好地适应GPS/Galileo组合中模糊度维数较高的情况。通过对常规LAMBDA搜索空间确定方法的分析比较,在传统方法的基础上提出了一种专门针对高维模糊度固定的搜索空间确定方法——修正法确定模糊度搜索空间。通过对修正法进行仿真试验,证明该方法能保证在GPS/Galileo组合定位模式下实际备选模糊度个数基本与预先设定的备选模糊度个数一致,进而能在不降低模糊度固定成功率的基础上有效提高LAMBDA模糊度固定的搜索效率,其性能优于传统的模糊度搜索空间确定方法。

基于判别式的整周模糊度解算方法

将LAMBDA和Bootstrapping两种GPS双差整周模糊度的估计算法相结合,提出基于判别条件的Bootstrapping方法。该方法充分利用了LAMBDA算法的漏检率低和Bootstrapping算法计算复杂度低的优点,又克服了LAMBDA算法中的整数最小二乘搜索计算复杂度高和Bootstrapping算法漏检率高的缺点,能够快速准确地估计初始时刻的双差整周模糊度。通过理论分析和计算机仿真验证,结果表明该方法是有效的。

一种基于GPS的单频单历元姿态解算算法

本文提出了一种将GPS L1波段的载波相位观测方程和码相位观测方程相融合的新算法,使得单历元之内就可以求解整周模糊度的浮点解,克服了传统方法中仅用载波相位观测方程无法在单历元获得浮点解的缺点并提出了一种将低精度浮点解映射到固定解的方法,降低了LAMBDA算法对高精度浮点解的依赖性,避免了多个历元求解高精度浮点解,从而实现了单频单历元的整周模糊度估计,对于快速动态定姿具有重要意义。通过实际数据测试,该算法在10°俯仰角约束的条件成功率约为96%,能够有效地用于实时动态姿态解算。

一种新的GPS单频单历元定姿算法研究

将全球卫星定位系统(GPS)单历元的L1波段的载波相位和码相位观测方程进行组合求解整周模糊度的浮点解。基于对浮点解与固定解间关系的分析,提出了一种将低精度浮点解映射到固定解的方法,降低了最小二乘降相关平差(LAMBDA)算法对高精度浮点解的依赖性,避免了多个历元求解高精度浮点解,实现了单频、单历元的整周模糊度估计。实际数据测试结果表明:算法的成功率大于95%,能有效地实时解算动态姿态。

带有加权基线长约束的GPS/BDS单历元姿态解算算法研究

研究基于GNSS信号的实时载体动态姿态测量算法具有重要意义,多频多模姿态测量算法是目前的研究热点和难点。本文提出一种基于GPS L1/L2和BDS B1三频点观测数据进行联合定姿的新算法,可实现单历元整周模糊度解算,且该算法对周跳不敏感,克服了单频点定姿可靠性差、精度低的缺点。针对多频多模观测时天线相位中心的差异性问题,采用基于加权基线长度约束和上下边界函数的方法实现整周模糊度搜索空间的压缩,提高了整周模糊度解算的效率。最后基于实际测试数据评估定姿精度,实验表明,采用L1/L2/B1三频点联合估计,航向角和俯仰角的精度可达0.1?/m和0.2?/m,比单频观测的精度高约2倍。

一种矩阵排序改进的模糊度解算方法

针对目前应用最为广泛的最小二乘降相关平差(LAMBDA)算法涉及大量矩阵运算,延长了降相关时间的问题,提出一种矩阵排序法(MOM),来提高降相关效率。仿真实验和实测结果表明:在保持与LAMBDA算法精度相当的情况下,MOM方法可将平均解算时间从43690μs降低到40970μs。