卫星导航的相对精度衰减因子单调性分析

相对精度衰减因子(RDOP)是衡量全球卫星导航系统相对定位性能的几何强度指标。简要给出了两种类型RDOP的描述,并分别给出了单调性证明。相对于同一参考卫星或是不同参考卫星进行双差观测,均有其RDOP随着可见导航卫星数目增加而单调递减的性质。结合编队卫星的星间相对定位背景,仿真计算了全球卫星导航系统的RDOP,给出了某时刻每颗可见卫星对RDOP的贡献,证实了RDOP的单调性;而卫星数目增加到一定程度时,RDOP的降低已不明显,因此应综合考虑可见卫星的数目和相对定位的精度需求等方面因素进行选星。

一种构造卫星导航系统精度衰减因子的新方法

卫星导航系统的定位精度与精度衰减因子(DOP)密切相连。精度衰减因子反映出可见卫星的空间几何分布,对测距误差起着放大作用。运用矩阵论工具构造了一种新的精度衰减因子——本征精度衰减因子,并与以往的精度衰减因子进行比较,论证了新的精度衰减因子的相关特性。

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。

VLBI观测对转发式测距GEO卫星定轨精度的贡献分析

联合甚长基线干涉测量(very long baseline interferometry,VLBI)时延数据与转发式(orbit determination by transfer tracking,ODTT)测距数据能够有效提高地球静止轨道(geostationary earth orbit,GEO)卫星定轨精度。参照位置精度衰减因子(position dilution of precision,PDOP)的改变,研究不同VLBI基线时延数据与转发式测距数据的联合对GEO卫星定轨精度的改善,可为特定条件下联合观测时VLBI基线的最优选择提供参考。基于中国科学院国家授时中心宽带VLBI系统和转发式测轨系统的实测数据,开展中星12号GEO卫星的定轨试验。试验结果表明定轨精度的提高与PDOP的降低成正相关。相比于转发式单独定轨,联合VLBI系统中的喀什—三亚基线,PDOP降低了3.00,定轨精度提高了11.48%;联合VLBI系统中的吉林—喀什基线,PDOP降低了3.38,定轨精度提高了14.73%;联合VLBI系统中的吉林—三亚基线,PDOP降低了6.90,定轨精度提高了19.75%;联合VLBI系统中的吉林—三亚和吉林—喀什两条基线,PDOP降低了9.94,定轨精度提高了27.23%。

北斗系统卫星可见性和精度因子分析

北斗卫星导航系统是我国自主建设、独立运行的卫星导航定位系统,建成后将为全球用户提供高精度、高可靠的卫星定位、测速和授时服务。采用卫星工具包软件对北斗卫星导航系统在单点和全球范围内的可见卫星数和精度衰减因子值进行仿真分析。结果表明:北斗卫星导航系统在全球范围内的可见性和精度衰减因子值基本上达到预定的要求,特别是在亚太地区性能更优越。

海面非对称航迹对海底定位精度影响分析

海底基准点定位精度和可靠性均与定位几何构型有关。为探讨海面非对称走航条件下声学测距误差对海底基准定位的影响,从声速误差影响函数出发,构建了顾及定位精度与系统误差影响的海面-海底控制网综合优化准则。考虑声速场常系统误差和声速场时变系统误差,开展了非对称走航观测仿真实验。结果表明:关于海底基准点中心对称的海面控制网,可以将声速场常系统误差的影响降到最低,而声速时变系统误差对海底基准点定位的影响,会随着定位构型几何强度的衰减在水平、高程分量间相互转化。

GNSS载波相位快速相对定位全球精度分析

为了进一步提高全球卫星导航系统(GNSS)的定位精度,对目前北斗三号全球卫星导航系统(BDS-3)、美国全球定位系统(GPS)、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)和欧盟伽利略卫星导航系统(Galileo)的载波相位快速相对定位精度在全球的分布情况进行探究:计算四大系统载波相位相对定位单历元解和半小时解的精度衰减因子(DOP);并提取1个周期的精度衰减因子时间序列的上限值作为指标,绘制和分析各个系统的载波相位相对定位在全球的精度分布图。结果表明:BDS-3与GPS的载波相位快速相对定位整体精度相当,且优于GLONASS和Galileo;而四个系统中BDS-3相对定位精度上限最高,GPS、GLONASS、Galileo的精度上限依次降低;各大全球定位系统在满足全球相对定位应用需求的同时,也各自在最关注的区域有相应的优势,其中BDS-3的相对定位精度在亚太地区最高,GPS在南北美洲的定位精度优于其他系统,GLONASS在高纬度地区的相对定位精度为其服务区域内最高。

面向高轨空间的北斗导航性能增强星座选型研究

由于高轨空间超出北斗卫星导航系统的正常服务区域,导航信号微弱、可见性差,难以实现高轨飞行器全程稳定可靠的导航定位服务。提出了以空间卫星为时空基准传递平台,向高轨空间区域发射导航信号,从而提高高轨飞行器导航性能的方法,并展开面向高轨空间的北斗导航性能增强星座选型研究。基于卫星可见性、精度衰减因子(DOP)、信号接收门限和所需增强卫星数目等评估指标,仿真分析了基于LEO星座、MEO星座和HEO星座的北斗导航增强性能。

一种提高差分GPS基准站定位精度的新方法

在差分GPS系统的应用中,基准站的精确定位是一个重要问题.本文首先介绍了C/A码差分GPS基准站的精确定位的一般方法,着重对在实践中最常用的简单平均方法做了详细分析.针对简单平均方法的不足之处,提出了一种基于精度衰减因子(DOP)加权的卡尔曼滤波方法.实验结果表明,本文提出的C/A码差分GPS基准站定位方法能够有效地提高定位精度.

北斗精密定轨精度评估及站点分布影响分析

北斗精密轨道确定是北斗系统应用的一项关键内容,基准站数量和分布情况是影响定轨精度的重要因素。本文基于国际GNSS服务组织(International GNSS Service,IGS)多系统实验网(multi-GNSS experiment,M-GEX)站和中国区域的基准站共123站进行北斗精密定轨,得到目前较高精度的北斗精密轨道:GEO、IGSO和MEO卫星的定轨精度(1DRMS)为10.3 cm、2.8 cm和3.2 cm,径向精度均优于2 cm。在此基础上分析了中国区域基准站对北斗定轨的贡献,结果表明加入中国区域基准站后,重叠弧段精度平均提高了17.6%,其中IGSO卫星精度提高了36.3%。采用ODOP值和SLR检核方法进一步分析后发现,ODOP改善趋势、SLR检核精度提高程度与重叠弧段精度一致。

卫星导航系统定位精度评估

对用户等效距离误差结合精度衰减因子(DOP)值的精度评估方法进行了阐述,提出根据单站DOP和全球DOP进行系统定位精度评估的两种方法,仿真证明,两种方法评估结果相当。

基于星间链路技术的地球静止轨道卫星定轨精度分析

地球静止轨道(GEO)卫星具有对地静止的特性,GEO卫星应用日益增多,在高分辨率对地观测、气象、通信等领域都发挥着越来越重要的作用,对其轨道确定的需求也越来越高,研究GEO卫星的高精度定轨技术迫在眉睫;传统方法中利用地面站对GEO卫星实现实时自主定轨存在系统误差大、观测几何差等问题,导致星地测量的误差在定轨过程中被放大的倍数急剧增加,影响了GEO卫星定轨精度的提高;利用GPS卫星实现对GEO卫星的定轨时存在可见GPS卫星数量少,接收到的信号微弱,测量精度不够的问题;星间链路具有对GEO卫星观测几何好、测量精度高的优点,为GEO卫星定轨开辟了新思路;针对在星间链路资源有限情况下如何选择MEO卫星组合与GEO卫星进行建链的问题,以星间链路构型的PDOP值为优化指标,对MEO卫星对PDOP值的影响进行了分析,提出了遍历选星、直接选星、迭代选星三种链路资源配置策略,确定与GEO卫星进行建链观测的MEO卫星组合,并用仿真方法对三种算法进行验证,结果表明,提出的迭代选星的链路资源配置策略,能将GEO卫星的定轨精度维持在7~40m以内,同时将星间链路的使用效率提高5~120倍。

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。

北斗二号与北斗三号定位精度对比分析

为了进一步检验北斗三号基本系统的基本导航定位服务性能,首先阐述北斗卫星导航系统发展历程及定位原理,然后在成都地区相同时间、地点、测试环境下,对北斗二号和北斗三号B1I频点、B3I频点单频定位性能进行测试分析。结果表明:在95%置信度条件下,北斗三号B1I频点定位精度与北斗二号定位精度基本相当;B3I频点定位精度优于北斗二号;位置精度衰减因子(PDOP)值分布在0~2范围内,明显优于北斗二号。

北斗卫星导航系统定位精度分析评估

利用北斗导航型接收机在北京地区对系统性能进行长期监测,对B3I单频、B1I单频、B3I广域差分及B1I广域差分4种模式的定位性能进行统计评估。结果表明,北斗卫星导航系统区域服务一年来,运行情况良好;在北京地区,可用卫星数最少为8颗,按照95%置信度统计,位置精度衰减因子值绝大部分天数优于3,单频水平定位精度优于7m,高程定位精度优于10m。

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.

GNSS多系统融合相对定位选星方案设计及精度分析

针对全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)多系统融合定位精度及解算效率的平衡问题,提出一种基于相对定位模型下的分区域快速选星算法。该方法首先基于相对定位原理,构建伪距双差观测模型,其次利用卫星的方位角进行区域划分,在不同系统和高度角的条件下选取空间分布均匀的卫星,最后利用所选卫星进行待定点的定位解算。算例分析表明:当高度角为5°,三系统组合定位为最优选星方案,该方案对应的平均相对定位精度衰减因子(RDOP)值为1.54,待定点位置误差控制在2.5 m之内。

基于最小PDOP的跟踪仪顺次多站测量站位优化

工业机器人进行大型构件加工时,精确测量机器人与大型构件的相对位置关系是保证加工质量的关键。采用单台激光跟踪仪顺次多站法进行测量时,为了提高测量精度,充分考虑了激光跟踪仪的位置误差,对激光跟踪仪站位优化进行了研究。首先,探讨了激光跟踪仪测量误差主要来源,分析了顺次多站法测量原理;然后,基于最小位置精度衰减因子(PDOP)的方法进行了激光跟踪仪站位的优化,并给出了各站位位置测量精度最优的求解算法。最后,进行了站位优化前后的验证实验,结果表明:优化站位后测量系统的测量精度可提高50%以上,验证了站位优化方法的有效性。