利用GDOP减值估计的GNSS多系统快速选星算法

在保障全球卫星定位系统定位精度的前提下,如何权衡系统中计算数据量和数据解算速度是当前讨论的热点。利用Sherman-Morrison公式对GDOP值计算公式进行分解并与卫星数量相关联,得到GDOP值与卫星数量变化的减值估计公式,进一步,将GDOP减值估计公式与经典选型选星法(最大体积法)相结合,提出了利用GDOP减值估计的GNSS快速选星算法。算法的基本思路是:首先以最大体积选星法得到4颗初始基准星,然后利用GDOP减值估计预测公式增选可见星,以减小GDOP值和改善整体算法的稳定性。通过设置精确阈值,能够在无人干预的情况完成自主选星。实测数据验证表,当13颗可见星参与计算时,利用GDOP减值估计快速选星算法计算结果GDOP值多数不大于2,完全达到高精度定位要求;可见星参与计算数量持续增加时,其GDOP减值已经不明显,但计算用时却是大幅增加;将GDOP减值估计公式计算结果设置阈值后,上述选星算法可达到自适应功能。当GDOP减值估值阈值为0.01时,绝大多数历元可见星参与计算数量均未达到13颗。当选星数量达到13颗时,93.541%概率下GDOP小于2,进一步说明,利用GDOP减值估计的自主选星算法能够满足较高精度要求。

适用于高高原机场GPS/BDS导航快速选星算法分析

卫星导航系统是民航飞机导航的主要手段之一。因高高原机场环境复杂多变,单一GPS导航系统难以满足现实需求。基于GPS/BDS双模导航能显著提高导航性能,具有明显优势。但这将带来大的卫星冗余,增加了计算量的同时会引入更多低导航质量的卫星。为此,针对高高原机场情况,提出一种基于卫星仰角和方位角的快速选星算法,可以减少计算负担,同时自动选出高质量卫星信号,满足实际的导航需求。最后,选取4个典型的高高原机场场景对算法进行了充分的仿真实验分析。仿真结果验证了所提方法的有效性。

GNSS/SINS紧耦合选星算法研究

通过分析全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)和捷联惯性导航系统(Strap-down Inertial Navigation System,SINS)紧耦合导航系统中最小GDOP法的现有问题,提出一种改进的GNSS/SINS紧耦合选星算法。该算法的主要步骤包括:首先将可见卫星进行伪距异常值检测,并剔除异常值卫星;然后根据卫星的分布特点,利用卫星仰角信息选取最大的一颗作为天顶星,最后将剩余可见卫星随机组合选取三颗卫星和天顶星组成四颗星,得到最终的选星方案。经过与最小GDOP法仿真对比,该算法计算量明显减小,且在保证定位精度的前提下,减少了计算的卫星数目,降低了运算量,具有较好的选星效果。

MIMO场景下的低轨卫星选星算法

低轨(LEO)宽带星座卫星通信作为地面5G无线通信系统的重要补充,始终面临地面可视卫星数量大、传统选星算法计算复杂度高等难题。为实现高效的卫星分组选择算法,基于多输入多输出(MIMO)系统原理,以大尺度路径损耗模型为基础,结合递减卫星选择算法,从而以较低计算复杂度、更快收敛速度有效逼近最优容量性能。该算法在典型LEO星座系统构型下通过数值仿真得到了验证,为未来5G低轨卫星星座通信传输方案设计提供了一种参考思路。

一种顾及测距误差的GNSS四系统加权选星算法

针对全球卫星导航系统(GNSS)四系统可见星测距误差不等,传统公式计算的几何精度因子(GDOP)值不能准确表示多系统组合选星精度和效率等问题,提出一种基于用户等效距离误差(UERE)的GDOP加权选星方法:对不同系统的UERE进行分析,构建一种顾及多种误差的UERE计算模型;并根据谢尔曼-莫里森(Sherman-Morrison)公式增选可见星,通过基于UERE的加权优化法提高计算效率。实验结果表明,相比传统的选星算法,改进的选星算法计算耗时均值可降低72.34%,能够提高多系统快速选星的实时性能。

基于优先策略的动态选星算法

论述了LAMOST巡天观测战略系统(SSS)中观测策略的实现方法-选星算法问题.以国外SDSS望远镜为例介绍了静态选星算法,分析了其不足之处,并结合LAMOST望远镜的特点,提出了一种新的选星算法- “动态选星”算法.动态选星算法基于优先策略原理,可以在满足覆盖完备性的基础上,优化观测效率,并能方便地兼顾观测条件的约束.给出了算法的原理和框架描述,并针对算法进行了模拟计算,证明了算法的有效性.另外需要指出的是动态选星算法不仅适用于LAMOST,它可以普遍地应用于多目标光纤望远镜的巡天选星.

多卫导组合系统的快速选星算法研究

分析了多卫导组合系统几何精度因子(GDOP)与可见星仰角和方位角的关系,并由此提出了一种适用于多卫导组合系统的快速选星算法,首先提出了选星前后GDOP相对比值随选星数增加的负指数衰减模型,使用户可根据对定位精度的具体需求实时确定所需次优星数,其次基于可见星的仰角将所有可见星进行分类:低仰角区、中仰角区和高仰角区,最后通过可见星方位角的排序、作差,给出了中仰角区被排除卫星的分布规律,实现间接选星.仿真结果表明,该算法相对于传统的选星算法计算量大大减小,并在损失约12%的GDOP值的情况下,可有效减少近50%的导航运算量.

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/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。

一种改进的选星算法在GPS定位系统中的应用

为解决传统选星算法在定位精度与运算复杂度之间的矛盾,提出了一种基于行列式值的改进选星算法,并从运算量的复杂度、消耗时间的长短、定位精度的高低3个方面与传统最小几何精度因子(GDOP)算法相比较。仿真结果表明:改进选星算法80%以上的GDOP相对比值小于10%,所需计算时间明显小于传统最小GDOP方法,且避免了大量的矩阵乘法和求逆运算,证明了该改进选星算法具有计算复杂度低、耗时短、精度较高的优点。

GPS/北斗组合卫星导航系统快速选星算法

为实现GPS/北斗组合卫星导航系统的快速选星,提出一种基于几何布局的快速选星算法。根据最优选星方案的卫星分布特点,利用卫星高度角和方位角信息实现卫星的区域划分,应用代价函数法对中仰角区域的卫星进行筛选,得到最终的选星方案。与最优选星算法相比,该算法计算量明显减小;仿真结果表明,该算法能将几何精度因子(GDOP)控制在小于2.5的范围内,具有较好的选星效果。综合考虑算法复杂度和选星效果,基于几何分布的快速选星算法能够满足航空航天等对精度和实时性要求较高的领域的需求。

一种新的基于加权行列式的选星算法

导航定位精度与所选卫星数目多少有关,而卫星数目过多虽可改善定位精度,但带来巨大的运算量。通过研究行列式绝对值与几何精度因子的关系,给出改进选星算法,且将该算法应用于双星定位系统中,并对比分析两种不同组合卫星数目下定位精度,以及运算量大小。结果表明改进选星算法运算量小,定位精度高,且用最小二乘算法在5次迭代后定位误差非常小,表明改进选星算法的可行性。

基于选星算法的GPS载体姿态测量系统研究

传统的GPS载体姿态测量算法是利用全部可见卫星的测量信息进行姿态计算的,针对这一情况提出将选星算法应用于姿态测量过程的改进算法。首先依据参数的约束条件,确定选星数目为5,在解算方程组中,存在GDOP值随方向余弦矩阵的行列式绝对值的增大而总体趋势减小的关系,记录下能使方向余弦矩阵行列式绝对值最大的5组卫星组的行列式绝对值及其卫星标号,分别计算这5组卫星组的GDOP的值,GDOP值最小的即为选星结果。MATLAB仿真结果表明,改进的算法虽然在基线解算的精度上降低了一个数量级,基线误差由毫米级降低到厘米级,但是姿态角的解算精度与原算法相当,并且在程序运行时间方面提高了将近一倍。在工程应用中,对于载体的姿态解算在时间代价方面要求较高,因此,改进的算法有一定的优越性。

改进的GPS/INS组合导航选星算法

在已有的 GPS定位的选星算法的基础上 ,从组合系统量测矩阵出发提出了一种适用于 GPS/INS组合导航的选星算法。此算法在原有算法的基础上 ,考虑了卫星仰角、方位角对卡尔曼滤波器可观性的影响 ,避免因观测量与系统状态间关联项的减少而导致的滤波器可观性下降 。

MINS/GPS组合导航系统的选星算法

几种传统的GPS星座的选择算法计算量较大,计算的时间较长。通过比较两种相对简单的选星算法,提出一种适用于MINS/GPS组合导航的选星算法。

组合定位中选星算法的改进研究

在多个系统组合定位模式下,可视星数量大幅增加,为更精准稳定的定位提供了可能。在现有选星算法中,由于未考虑实际作业中的一些问题,如:障碍物对卫星信号传播路径的遮挡等,估算得到的较好卫星选取方式在实际定位中无法正常发挥作用,同时在接收机内部计算中会应用大量的矩阵求逆运算,增加了计算量,占用了较多的系统资源。提出了基于可视星仰角来初筛卫星,通过GDOP结合星座四面体法得到选星组合的方法。讨论了设定卫星仰角时的取舍问题。新算法在理想情况和实际情况下寻找有效定位平衡点,以规避无效选星并减少计算量。

基于一种不规则三角网的卫星导航选星算法研究

如何合理快速地选取参与导航解算的可见星,是当前北斗/GNSS多系统卫星导航定位亟待解决的关键问题之一。针对此问题,提出一种基于不规则三角网投影的选星算法。该算法的主要思路是,通过一种球内接多面体,投影出Delaunay不规则三角网,快速计算出球内接多面体体积,得出多面体体积与几何精度因子(geometric dilation of precision,GDOP)的关系,作为选星判断的依据。通过试验计算表明:当参与解算的可见星数量小于11颗时,随着多面体体积的增大,GDOP值减小趋势明显;当可见星数量达到11颗后,GDOP值随着多面体体积增大变化趋势不明显,但解算时效明显降低。据此,在众多可见星中,选择空间几何分布较好的11颗星作为解算卫星,导航定位精度较好,且解算时效也得到兼顾。

基于卫星仰角和GDOP的GPS选星算法

0前言GPS （ global positioning system）用户接收机确定其位置、速度和与GPS系统时间同步的精度，取决于各种因素的相互作用。为了分析各种误差对精度的影响，我们做一种基本的假设，即可以将这些误差源归属到各颗卫星的伪距中，并可以看成是伪距值中的等效误差。

复杂环境下的卫星导航选星算法

针对当前选星算法基于理性环境设计和在多系统兼容接收机中运算量巨大的问题,从复杂使用环境模型出发,提出了具有运算量小、各种使用环境下均能保持较好星座构型的复杂环境选星算法。仿真分析结果表明该方法在运算量方面大幅度优于其他算法,全局几何精度因子(Global Dilution of Precision,GDOP)在理性环境下与其他方法接近,在复杂环境下优于其他方法。

GPS与DTMB组合定位系统的改进选星算法研究

针对GPS卫星信号在楼群密集的城市和室内存在定位盲区而无法单独完成定位的难题,提出GPS-DTMB组合导航定位方法。在多源信号组合导航定位系统中,为了解决导航定位精度与运算复杂度间的矛盾,研究改进的加权行列式选星算法在GPS与DTMB组合定位系统中的可行性,与传统最小GDOP选星算法相比较,改进的选星算法具有运算复杂度低、计算消耗时间短的优点,并且对比分析在不同的组合卫星数目中,该算法与直接利用传统最小GDOP选星算法相比较的偏差大小,仿真表明,在15种组合卫星中,偏差小于0.1的概率在90%左右,能够得到满意的性能,证明了此方法的实用性。