采用双天线载波相位差技术的卫星导航接收机抗欺骗方法

针对欺骗干扰信号难以有效实时模拟真实卫星信号空间分布特性的特点,提出利用双天线载波相位差进行欺骗信号检测的方法。分析载波相位差计算的各种误差源,并在此基础上建立针对欺骗信号的二元假设检验。通过理论分析和仿真实验,验证了所提欺骗信号检测技术的有效性,并得出了天线阵基线越长、入射方位角越小,载波相位差检测技术对欺骗信号的检测性能越优的结论。

北斗系统多频载波相位整周模糊度解算方法研究

研究利用LAMBDA方法来解算三频载波相位BDS系统和GPS系统整周模糊度并分析其固定精度情况。通过采用2 km、5 km、8 km、10 km和12 km五条基线进行单系统解算对比,实验结果表明,无论是BDS还是GPS,在进行单系统RTK解算中,N方向坐标偏差变化幅度较其他两个方向变化都是最大的;在进行5 km的基线解算中,BDS三个坐标方向偏差基本保持在-0.2~0.4 m之间,相对于GPS系统较好;5 km的基线解算中,GPS系统三个方向坐标偏差值基本在-0.1~0.1 m之间,较BDS系统稳定且精度高。2 km基线的时候在200历元左右GPS固定精度明显优于BDS,5 km的时候GPS在1 000历元左右模糊度固定精度明显要比BDS高,但是随着基线长度的增加,GPS系统模糊度固定精度逐渐趋近,直至小于BDS系统。

导航卫星阵列天线的快速现场系统校准算法

阵列天线接收处理全球卫星导航信号时,由于天线和射频前端的非理想性,会在不同方向卫星信号中引入不同的载波相位偏差,从而破坏卫星导航接收机距离观测量准确性。针对此问题,提出了一种易实现的卫星导航阵列天线的快速现场系统校准算法。校准过程分为通道校准和天线校准:通过开机和周期进行的通道校准实现阵列天线接收射频前端的通道响应测量;通过与接收处理不同卫星基带数据的数字接收机配合,实现阵列天线的现场阵列流形矢量校准。仿真验证了所提校准算法的正确性和有效性。

基于DGPS与双闭环控制的拖拉机自动导航系统

以东方红X-804型拖拉机为平台,设计了一种基于RTK-DGPS定位和双闭环转向控制相结合的自动导航系统,研究提高农业机械导航控制精度的方法。阐述了导航系统整体设计方案,以RTK-DGPS和AHRS500GA分别提供位置信息和辅助修正信息实现准确定位,以电控液压转向系统实现转向控制。分析了整体控制的策略,建立了路径跟踪的传递函数模型,阐述了双闭环转向控制算法的建立过程,以及控制器的硬件实现。试验结果表明:GPS定位数据经过校正后,平均偏差降低至0.031 m;双闭环控制算法提高了自动转向系统性能,稳态时方波信号以及正弦波信号的跟踪误差平均值为0.40°;在拖拉机田间作业跟踪过程中,路径跟踪误差平均值不超过0.019 m,转向轮偏角跟踪误差平均值为0.43°,标准差不超过0.041 m。

利用GNSS差分的天线阵大气相位扰动实时修正方法

提出了一种基于全球导航卫星系统差分的天线阵大气相位扰动实时修正方法,以高稳定度的原子钟作为外频标,利用导航卫星载波相位的单差与历元上的双差,并通过星历扣除由于卫星运动引起的相位变化,在周跳检测和修正后,通过长周期的拟合消除卫星轨道和站坐标误差的影响,最后通过双频或多频信号实现两地电离层和对流层扰动的实时测量.在国家天文台北京密云站和云南昆明站分别部署了一套全球导航卫星接收设备,进行异地大气相位扰动实时修正方法的实验验证.利用双频载波相位测量数据对第三频率进行修正,结果表明,在不同天气条件下修正后的大气相位扰动均方根达到1.9mm,表明该方法可用于射电天文和深空探测中天线阵的大气相位扰动修正.

基于SINS/RTK的动平台起降无人机导航系统研制

针对无人机在动平台起降时对导航系统提出的导航精度高,解算无人机与动平台降落点的相对定位精度高,体积小及质量小等要求,该文基于捷联惯性导航(SINS)、北斗动动载波相位差分(RTK)技术及采用卡尔曼滤波多源导航信息融合技术,研制了动平台起降无人机导航系统。试验结果表明,系统地理系导航精度:航向≤0.2°(1σ(σ为方差)),姿态≤0.15°(1σ),水平定位≤0.4 m(1σ),高度≤0.8 m(1σ);动态下导航系统与移动基准站相对精度:水平定位≤0.05 m(1σ),高度≤0.1 m(1σ)。飞行试验表明,导航系统满足无人机在动平台起降对导航精度的要求。

BDS-3单频三种差分定位方法的性能初步评估

为进一步分析北斗三号全球卫星导航系统(BDS-3)B3I、B1C、B2a和B1I单频差分定位精度,利用全球14个MGEX测站构成基线长度在30km以下的7条基线2022-09-01到2022-09-30共30d观测数据,在评估可视卫星数和信噪比基础上,初步评估了BDS-3B3I、B1C、B2a和B1I单频伪距差分、载波平滑伪距差分和载波相位差分定位精度。结果表明:数据质量方面,BDS-3B3I、B1C、B2a和B1I可见卫星数和信噪比基本符合解算需求;差分性能方面,B1C和B2a相当,B3I和B1I略差;伪距差分E、N、U方向优于0.6m,点位精度优于0.8m,单频平滑效果B1C优于B3I、B1I和B2a,在E、N、U方向分别平均提升21.34%、22.2%和17.17%。设置平滑值和原始伪距阈值定位精度得到较好的提升;BDS-3载波相位差分B3I定位精度优于7 cm,B1C定位精度优于5 cm,B2a定位精度优于6 cm,B1I定位精度优于5cm。总体定位精度随着基线长度逐渐下降,单频伪距差分定位精度达到分米级,载波平滑伪距中短基线定位精度相较于伪距差分能够提升40%,长基线提升20%,载波相位差分为用户提供厘米级定位精度。

北斗三号多频组合RTK定位性能分析

为解决因用户对北斗三号卫星导航系统(BDS-3)单星多频、全球导航卫星系统(GNSS)多星多频组合定位性能缺乏了解造成的应用困扰,本文基于陕西省北斗卫星导航定位基准站系统实测数据,对比分析BDS-3单星多频、GNSS多星多频组合下网络实时动态载波相位差分(RTK)定位精度、收敛时效和固定率,研究加入BDS-3新频点B1c和B2a后对定位性能的影响。结果表明,在开阔环境下,BDS-3单星和BDS+全球定位系统(GPS)双星、BDS+GPS+格洛纳斯全球导航卫星系统(GLONASS)三星组合定位精度量级相当,均满足厘米级高精度定位服务需求;BDS-3新频点的加入对定位精度有一定改善,且高程方向改善更为明显。在遮挡环境下,BDS-3新频点定位时效性有待提高,多星座多频点组合定位性能更优;下午12∶00-16∶00时段,电离层活动剧烈,BDS-3新频点加入后固定率没有提升。

船用低成本GNSS测向系统研究

GNSS导航星座主要由GPS、GLONASS、Galileo、BDS四大系统卫星组成,到2020年,用户有望同时观测到40多颗导航卫星,大幅提升导航性能的同时,也扩展了其应用领域。针对靶船、渔船对航向测量的需求,基于GNSS接收机应用现状,设计了低成本GNSS测向系统,使用2块Ublox LEA-M8T模块和STM32F407处理器搭建原理样机硬件平台,开展基于Kalman滤波器的载波相位差分姿态测量算法研究和基于Kalman滤波器的伪距差分姿态测量算法研究。静态实验表明,在8.5m基线的情况下,航向角测量标准差为0.0396°,俯仰角测量标准差为0.0889°。使用伪距差分算法,纬度方向上测量误差标准差为0.5923m,经度方向上测量误差标准差为0.4609m,高度方向上测量误差标准差为1.0766m。

差分GPS/SINS超紧组合在线标定与误差补偿方案设计

为了进一步提高GPS/SINS超紧组合系统的导航和误差标定精度,设计了一种基于载波相位差分的GPS/SINS超紧组合导航系统方案。一方面,超紧组合通过SINS对GPS跟踪环路的辅助,可以降低载波环路噪声带宽,减小码相关间隔,提高载波环和码环的跟踪精度;另一方面,载波相位提供高精度量测信息作为组合导航观测量,能够准确标定和补偿IMU常值误差,进一步提高了组合系统的导航精度。

不同方法的BDS-3多频单点测速对比分析

针对北斗三号卫星导航系统(BDS-3)不同测速方法在不同环境下的测速性能缺乏全面评估的问题,提出一种BDS-3多频单点测速对比分析方法:利用BDS-3静态和动态数据,对比分析基于载波相位差分、多普勒、伪距差分方法的BDS-3不同频点静态和动态测速性能。实验结果表明:静态环境下,载波相位差分测速精度最好,可达到mm/s量级,伪距差分测速精度最差,为cm/s至dm/s量级;动态环境下,多普勒和载波相位差分测速的精度较好,水平方向可达到cm/s量级,高程方向约为1 dm/s,伪距差分测速误差较大;对不同频点的测速结果分析表明,BDS-3系统B1I、B1C、B2a、B2b、B3I等5个频点的测速精度基本在同一个量级。

BDS+GPS双系统多频RTK算法在土地整理测绘中的应用

针对传统地理信息测绘结果准确率较低的问题,提出将BDS+GPS双系统多频RTK算法应用于土地整理测绘中。BDS+GPS双系统多频RTK算法是多频系统与定位系统的结合,是目前的技术热点。本文通过详细分析多频RTK定位算法及定位特点,将其应用于土地整理测绘中,并进行试验对比,发现将BDS+GPS双系统多频RTK定位系统应用于土地整理测绘中,可以有效提高定位精度和测绘结果完整性,具有实用意义。

北斗区域卫星导航系统基本导航定位性能初步评估

北斗区域卫星导航系统(也称北斗2代1期)于2012年12月27日正式开始运行,系统由14颗卫星组成,包括5颗地球静止轨道卫星、5颗倾斜地球同步轨道卫星和4颗中圆地球轨道卫星.本文初步评估了北斗区域卫星导航系统建成运行后的基本导航定位性能,包括卫星可见性、位置精度衰减因子、伪距和载波相位观测量精度、单点定位和差分定位精度以及模糊度解算性能等.通过实验分析可知:北斗伪距和载波相位测量精度已与GPS处在同一水平,伪距测量精度约为33 cm,载波测量精度约为2 mm;北斗伪距单点定位水平精度优于6 m,高程精度优于10 m,已满足设计要求;北斗区域卫星导航系统已具备独立的双频RTK定位能力,其单历元双频模糊度解算成功率几乎与GPS相当;北斗载波相位差分定位精度与GPS相位差分定位处在同一水平,超短基线情况下,定位精度优于1 cm,而在短基线情况下优于3 cm;北斗与GPS组合定位时,模糊度解算的固定率和可靠性均显著提高;在短基线情况下,北斗/GPS组合载波相位差分动态定位精度相对于单一的GPS定位的改善可达20%以上;北斗单频伪距差分定位精度优于2.5 m,与GPS相比仍存在较大差距,其主要原因可能为北斗GEO卫星伪距多路径误差较大.

基于DGPS定位与双闭环转向控制的农业自动导航系统

以东方红X-804拖拉机为平台,开发了一种基于RTK-DGPS定位和双闭环转向控制相组合的农业自动导航系统。系统主要包括RTK-DGPS接收机、姿态航向参考系统(AHRS)、转向控制器、电控液压转向装置和转向角检测传感器。设计了Kalman滤波器对定位数据进行平滑处理,同时实现航向角的校正。为实现自动转向,在拖拉机原有手动控制系统基础上加上电控比例液压阀,并设计电控单元。然后,推导了转向系统的数学模型,通过Matlab仿真工具箱得到传递函数的参数,设计了双闭环转向控制算法。最后,进行了算法验证试验和田间试验,结果表明,双闭环控制方法较好抑制了稳态时的震荡现象,方波信号的角度跟踪稳态时最大误差0.60°,平均误差0.40°,平均延时为0.20 s;设计的Kalman滤波器有助于提高定位系统的精度,横向跟踪误差不超过0.09 m,转向角度平均跟踪误差为0.43°,延时0.25 s。

一种小尺寸极化阵列及其高精度定位波束形成

提出一种偶极子天线单元构成的极化敏感阵列用于全球卫星导航信号的接收,经过阵列信号波束形成后,在抗干扰的同时保留卫星导航信号中载波相位测量值的准确性,可用于基于载波相位测量的高精度差分定位。与传统的圆极化天线阵列相比,该阵列具有阵元构造简单、尺寸小的特点。通过建立极化阵列接收信号模型,分析了天线极化和波束形成算法对卫星导航信号相位的影响,给出了相适应的相位中心稳定的数字波束形成算法。仿真验证了分析的正确性和算法的有效性。

基于GPS RTK技术的惯导平台误差模型辨识

对在惯导平台车载试验误差模型辨识中使用全球卫星定位系统(GPS)载波相位差分(RTK)法进行了研究。建立了系统的状态与量测方程,将GPS RTK的整周模糊度作为一个状态进行估计,用基于平方根滤波的Kalman滤波器以防滤波发散。仿真结果表明:与单点定位GPS和伪距差分定位相比,GPS RTK法可明显提高辨识精度。

GPS RTK技术在输电线路测量中的应用

通过简介GPS RTK(全球卫星定位系统实时载波相位差分)系统工作原理,对GPS RTK与常规仪器测量方法从技术、经济等各方面进行了详细比较,并结合"通化—东丰"500kV输电线路工程的测量实例,分析论证了GPS RTK技术在送变电施工测量工作中的通视要求低、作业距离长、误差积累小等10项优势。

基于基准站信噪比先验信息的GNSS观测数据多路径误差识别方法及应用

在复杂监测环境下,全球卫星导航定位(GNSS)信号极易受环境干扰产生多路径误差,观测数据中包含大量较差的观测值,导致GNSS监测精度降低甚至不可用。考虑到监测网中的基准站通常布设于开阔无遮挡环境,基准站和监测站跟踪的卫星信息相关性较强,提出一种基于基准站信噪比先验信息的GNSS观测数据多路径误差识别方法。该方法利用卫星信噪比观测值与多路径误差的强相关性,通过对信噪比观测值作站间差分来识别受多路径影响严重的较差数据,并对其进行剔除处理,以抵御复杂监测环境的多路径影响。以遮挡严重的河南三门峡地区某滑坡监测环境为例,基于实测数据验证表明,提出的新方法能够对受山体、植被、人工设施等多路径影响严重的较差观测值进行有效识别,环境自适应能力更强,显著提升了模糊度固定率及定位精度。提出的新方法模糊度固定率结果相比传统固定截止高度角(TFC)模型平均提高39.6%,相比自适应截止高度角(ADEM)模型平均提高28.6%;固定解定位精度在E、N方向优于4 mm, U方向优于9 mm。

基于A算法的丘陵山区田间路网路径规划

丘陵山区田间道路起伏不平,路网结构复杂,针对农业机械在丘陵山区田间道路上自动行驶的路径规划问题,提出一种基于转向约束和能耗最优的A~*路径规划算法。在采用载波相位差分(real-time kinematic,简称RTK)全球导航卫星系统(global navigation satellite system,简称GNSS)精确采集及存储田间道路路径信息的基础上,针对道路坡度起伏大的问题,建立起伏道路的能耗计算函数,对A~*算法估价函数进行重新设计;同时,针对部分路口转向困难的问题,引入路口转向曲率进行约束判断。实地仿真结果表明,该算法能够规划出一条满足农业机械几何转向约束的能耗最优全局路径,验证了改进A~*算法的有效性和实用性。