Geometric dilution of precision for GPS single-point positioning based on four satellites

To improve the positioning accuracy in GPS point positioning, the geometric dilution of precision （GDOP） including HDOP, VDOP, TDOP, PDOP is commonly considered. The properties of the DOP for the GPS satellite navigation system are studied and the coordinate system is improved in order to decrease the amount of variables. In the end, by simulation and discussing the results, the corresponding conclusions are presented.

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。

基于GALILEO／GPS仿真系统的单点定位研究

通过设计构建GALILEO/GPS系统仿真软件平台,从内、外符合精度两方面对GALILEO和GPS两种卫星导航系统的点定位精度等性能进行了定量地对比研究,并定性分析了产生不同结果的原因。研究表明:对同一测站而言,在相同观测期间内,基于GALILEO的位置误差与几何精度因子总和的解算结果都小于基于GPS的相应结果;基于GALILEO的高程方向的定位精度优于基于GPS的相应结果。

基于混沌粒子群优化的北斗/GPS组合导航选星算法

全球卫星导航系统(GNSS)接收机在接收信号的过程中会受到诸如建筑物遮挡、信号干扰等因素的影响,无法得到全部可见星。为减轻多星座组合接收机的处理负担,研究利用部分可见卫星进行定位的快速选星算法,提出了一种基于混沌粒子群优化(CPSO)的北斗/GPS组合导航选星算法。首先,对当前历元时刻可见卫星进行连续编码,按照选星数目分组,每个分组视为一个粒子。然后,通过混沌映射初始化粒子种群,选取几何精度因子(GDOP)作为评价粒子优劣的适应度函数;粒子通过粒子群优化算法的速度-位移模型更新自身位置,逐渐趋近空间卫星几何分布较好的卫星组合全局最优解。最后,采集北斗/GPS实际数据对选星算法进行仿真验证和性能比较,结果表明,所提算法在选星颗数多于5颗时,单次选星耗时为遍历法选星的37. 5%,选星结果的几何精度因子计算误差在0～0. 6之间。该算法可适用于北斗/GPS组合导航定位不同选星颗数的情况。

利用星地差分GPS的地基测控系统实时标校方法

针对地基测控系统传统标校方法和基于差分GPS事后标校方法的不足,提出了一种基于低轨卫星与地面测控站之间星地差分GPS的地基测控系统测量误差实时标校方法。与基于差分GPS的事后标校相比,实时标校能使地基测控系统及时获取标校后的测量数据,从而实时进行轨道解算和预报,并及时上注以提升卫星运行性能。针对星地长基线、高动态和实时标校场景,系统地分析了影响星地基线估计性能的各项误差及修正效果,并提出相对位置精度因子的概念,由此得到星地基线估计精度预算。采用基于抗差自适应卡尔曼滤波的实时星地基线估计算法,并利用加权最小二乘法求解测控系统测量误差,从而获得校准结果。利用星载双频GPS接收机和导航信号模拟器构建半实物仿真平台,仿真结果表明,实时标校后测距系统误差残差降低到40 cm左右,测速系统误差残差降低到1 cm/s以下,与理论分析结果一致,可以较好地满足未来航天任务的测控需求。

基于STK的GPS星座构型分析

GPS定位精度主要取决于等效距离误差和空间几何构型2个方面,空间几何构型对特定区域定位精度的影响,可利用STK的覆盖品质分析模块计算其几何精度系数（geometric dilution of precision,GDOP）值进行分析。为寻求对区域定位精度影响最大的星座构型和避免大规模仿真计算,采用收缩搜索范围的方法,根据不同规则设计5种分析方案,分析不同GPS星座构型失效下对区域GDOP值的影响。结果表明：区域覆盖时间长和访问次数多的卫星构型,对区域定位精度影响最大。

基于区域定位重要度指标的GPS失效性分析

空间几何构型是决定GPS定位精度的关键因素之一。采用概率统计的思想,基于区域定位重要度指标算法,通过分析计算不同空间几何构型的几何精度系数,寻求对区域定位精度影响最大的卫星构型。在此基础上对GPS卫星进行重要度排序,并对GPS星座失效性进行分析。结果表明:此方法能有效找出对区域定位精度影响最大的卫星构型,并且避免了大规模仿真计算,快捷有效。

一种北斗/GPS双模复合策略自适应快速选星算法

多模卫星定位相比单一导航系统定位可获得更多数量的可见星,有利于提高定位性能,但导航系统计算量也随之成倍增大,传统的遍历选星算法并不适合多模卫星定位系统的快速选星过程。为此提出了一种北斗/GPS双模复合策略自适应快速选星算法。算法基于几何精度因子(GDOP)、载波信噪比复合策略进行选星,高度角滤角根据可见星数量不同进行自适应调整,快速获取次优星座分布,并通过几何精度因子来衡量星座。最后,将所提算法与传统快速选星算法进行了对比,利用MATLAB进行了仿真分析,发现所提算法在精度上相对最优星座损失很小的情况下,而计算耗时大约为传统最优星座选星法的千分之一,验证了算法在双模卫星定位系统中的有效性。

基于DOP值的GPS/INS组合导航滤波方法

分析了组合导航观测值的特点,指出其随机特性与精度因子(DOP)有关,将DOP信息引入组合导航中,实时修正组合导航观测值的方差,以适应卫星几何条件变化引起的噪声特性变化,最后通过实测组合导航算例对方法进行了验证。实验表明,利用DOP值信息提高了组合导航的精度和可靠性。

一种BDS/GPS双系统融合导航的快速选星方法

针对全球导航卫星系统运算量急剧增加的问题,提出一种BDS/GPS双系统快速选星算法.该算法以最佳星座配置法和底座中心法为基础,针对多系统的特点制定选星策略,并对算法进行实验验证.实验结果表明,该算法在保证定位精度基础上有效减少了定位解算的运算量.

基于构型优选的5G集群无人机协同导航方法

针对现有基于测距的集群UAV协同导航方法普遍忽略了空间构型对定位定能的影响,难以获得精确的导航定位结果,提出一种基于空间构型优选的5G集群UAV协同导航方法。构建了复杂环境下基于5G信号的UAV相对测距误差模型,基于最小几何精度因子(geometric dilution of precision,GDOP)准则建立了协同导航节点寻优策略,实现了协同导航空间构型的实时优选;设计了基于5G测距网络的协同导航滤波器,对UAV导航信息进行在线估计和实时补偿,提高集群UAV的协同定位精度。仿真结果表明:该方法从机定位精度平均提升了约42.05%,为集群UAV实现在卫星不可用条件下的自主导航提供了一种有效的新方法。

一种基于改进免疫算法的GNSS快速选星方法

针对多GNSS系统组合导航选星的实时性和可靠性需求,提出一种基于改进免疫算法的快速选星方法。该方法通过选取最优的迭代次数和初始化种群数目,可以在获取理想卫星几何结构的同时提高接收机运算效率。利用CUT0测站1 d实测数据对所提算法进行验证,结果表明,当初始化种群数目选在20附近、最大迭代次数选在120附近时,选星效果最好;在单BDS系统定位时,平均GDOP差值与遍历法的比值仅为0.57%,耗时比遍历法缩短53.27%;在GPS/BDS/Galileo/GLONASS/QZSS组合系统下,其平均GDOP与遍历法相差仅0.122,平均耗时(1.06 s)比遍历法缩短96.47%。该算法适用于多GNSS系统组合定位,具有良好的普适性。

复杂环境下罗兰C/北斗组合导航系统GDOP仿真分析

导航系统的定位精度是影响舰船航行的重要因素。罗兰C系统和北斗定位系统由于受到台链地理位置、定位方式等因素的影响分别存在着定位精度低、安全保密性差等缺点。罗兰C/北斗组合导航系统则较好地解决了上述问题。针对几何精度因子(GDOP)方面对比研究了罗兰C系统和北斗定位系统组合前后的定位误差,并进行仿真分析。结果表明,组合后弥补了北斗定位系统有源定位的不足,一定程度上改善了罗兰C定位精度,提高了有效定位范围。

成熟因子映射的双系统选星方法

传统的选星方法通常以遍历为手段,在可见星较多的情形下往往计算量很大。常规的遗传算法通常固定交叉和变异概率,产生不必要的时间消耗。针对这些问题,提出了引入成熟因子映射交叉概率和变异概率的双系统遗传选星算法,目的在于快速地找到最优解或可接受的次优解。该方法以几何精度因子(Geometric Dilution of Precision,GDOP)为适应度,构造单染色体种群,定义成熟度来指导交叉变异操作,再经过每代精英保留策略和隔代种群数量控制,最终搜索得到符合门限的可接受解。实验结果表明,在进化200代的条件下,成熟因子映射遗传算法比常规遗传算法的搜索时间平均节省约24.75%,引入种群数量控制机制后搜索时间进一步节省了约55.32%。该方法可以快速获得稳定数学期望的可用选星集合。

紧耦合导航系统中的GDOP估算方法

提出一种针对低成本GPS/SINS(global positioning system/strap-down inertial navigation system)紧耦合导航系统的快速选星方法,充分利用SINS的输出估算几何精度因子(GDOP),避免大量迭代带来的时间消耗,在卫星失锁后或星座分布发生变化时实现快速选星;并在该方法的基础上设计并实现紧耦合导航系统中量测噪声方差阵的在线修正,提高了组合导航系统滤波估计的精度.试验结果表明,本文方法弥补了传统GPS/SINS紧耦合导航系统中选星时间消耗代价过大、收敛精度较低的问题,并可相应降低设备成本.

多站扩频测距下的卫星定位GDOP分析

根据GPS多星测距定位原理,提出在地面使用多个测站对空间飞行器进行多站测距定位,在分析其定位原理的基础上,进行定位解算的数学推导,给出几何衰减因子(Geometric Dilution Of Precision, GDOP)的理论公式,最后根据GDOP进行理论仿真,同时给出结论。结论认为,在三站测距定位时,GDOP最佳值为1.732;对于近地空间飞行器(高度在1000km以下),测站间地心角应在30°~60°较好,且测站布局应接近于正三角形;若能增加测站,同时改善测站的几何布局(接近于正多边形时),可以获得更好的定位效果。

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。

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.

卫星导航几何因子的分析和仿真

根据卫星导航几何因子GDOP在具体课题中的应用,从五个主要方面对其进行了研究,可知不同星座配置参数对不同纬度地区GDOP会产生影响;坐标转换时GDOP、PDOP和TDOP不变,HDOP、VDOP变化;GDOP随卫星数目增加单调递减,但递减幅度变小;卫星对GDOP贡献越大,其故障产生的定位误差越大;使用加权GDOP可有效的减小定位误差.

组合卫星导航系统的快速选星方法

分析了选星数目与几何精度因子（GDOP,Geometry Dilution of Precision）及导航运算量的关系,基于遗传算法提出了一种以满足用户定位精度需求为条件的快速选星方法——快速遗传选星法.根据用户需求确定选星数目初值、选星数目最大值和GDOP阈值,构造选星方案的初始种群,在进化代数上限为1的条件下对种群进行选择、交叉和变异运算,获得初始选星解,根据初始解的GDOP与阈值的关系确定是否依据GDOP最小原则对初始解进行优化,直至满足算法终止条件,输出选星解.仿真结果表明,该算法可以在一次进化之内以不低于92.45%的概率满足GDOP阈值在2.5-6的要求,同时可有效降低54.75%以上的导航运算量.