基于BDS/GPS融合的飞行试验航迹测试技术

该文描述了目前飞行试验中应用的基于GPS的双差载波相位测量模型,针对飞行试验中飞行器姿态变化及飞行环境变化严重影响GPS测试精度及可靠性的问题,提出基于BDS/GPS双系统的飞行试验融合测量方法。将北斗三代的测量数据引入现有差分模型,建立导航数据双差分模型,并把研究成果在民机飞行中进行试验,验证模型的有效性。通过BDS/GPS载波相位融合测量与双差分融合计算,降低测量误差,优化卫星几何分布,提升飞行试验航迹测试的精度和可靠性,改善四代机在极端飞行试验条件下导航数据缺失的问题,为复杂飞行试验环境的导航数据测量创造条件。

GPS/Galileo/BDS-3广播星历精度分析

为了分析当前GPS(Global Positioning System)、Galileo(Galileo Navigation Satellite System)和BDS-3(Beidou Navigation Satellite System with Global Coverage)广播星历的精度,详细分析研究了各种偏差改正及消除方法,并尽可能地消除了系统误差和粗差对评估结果的影响。选取2021-11-01/12-31共61天MGEX(multi-GNSS experiment)发布的多系统混合广播星历与武汉大学分析中心发布的事后精密星历数据进行实验,对GPS、Galileo和BDS-3近期广播星历精度进行对比分析,实验结果表明:3个系统广播星历整体精度由高到低依次是Galileo、BDS-3和GPS,其空间信号测距误差的RMS(root mean square)分别优于0.17、0.25和0.37 m,整体轨道精度的RMS分别优于0.17、0.12和0.25 m,BDS-3广播星历的轨道精度最高,钟差误差的RMS分别优于0.15、0.23和0.27 m,Galileo广播星历的钟差精度最高。对于GPS卫星的广播星历,blockⅢA卫星钟差和轨道精度均优于其他GPS类型卫星。

GPS/BDS组合导航系统的精密单点定位模型

为了改善单卫星导航系统由于卫星数量较少,导致定位误差高的问题,设计全球定位系统(GPS)/北斗卫星导航系统(BDS)组合导航系统的精密单点定位模型:线性组合处理GPS与BDS的伪距和载波相位观测值,并构建GPS/BDS组合导航系统的组合观测值;接下来利用协方差成形自适应卡尔曼滤波方法,对组合导航系统导航过程中的卫星钟差、电离层延迟等误差实施滤波;再利用滤波处理后组合导航系统的广播星历,获取卫星轨道以及钟差;然后利用经验模型修正对流层延迟,获取相位观测值与伪距的综合改正数;最后利用综合改正数修正组合导航系统的观测方程,构建精密单点定位模型。实验结果表明,GPS/BDS组合导航系统采用所构建模型进行精密单点定位,不同方向定位误差均低于10 cm,证明了提出模型的有效性。

抗差Helmert方差分量估计在GPS/BDS/UWB融合定位中的应用

针对卫星信号受限环境下,全球定位系统(GPS)/北斗卫星导航系统(BDS)组合定位出现较大偏差的问题,引入超宽带(UWB)技术作为定位性能增强技术。GPS/BDS伪距测量值与UWB测距值作为原始观测值,提出了基于抗差赫尔默特(Helmert)方差分量估计的GPS/BDS/UWB融合定位方法,实现合理定权,抵御粗差影响。分别进行了静态实验和动态实验,结果表明:没有粗差情况下,GPS/BDS/UWB融合定位相对于GPS/BDS的定位精度在静态实验和动态实验中均有所提升;引入粗差后,定位结果可抵御粗差,精度提升较为明显。

美国军用GPS用户设备发展研究

为了进一步建设和发展北斗三号全球卫星导航系统(BDS-3)用户设备,研究分析美国军用GPS用户设备项目概况、当前进展和存在问题,并提出相关启示建议:指出二十多年来,美国一直致力于对全球定位系统(GPS)进行现代化改造,以使用一种更具抗干扰性的军码(M码)信号,为此,美国空军和太空军开发具有M码能力的军用GPS用户设备,其核心是M码板卡,各军种将其集成到专用GPS接收机中,用于车辆、飞机、舰船和其他武器系统;并简述军用GPS用户设备项目概况和进展情况,总结出M码板卡的开发相比计划出现了不同程度的延迟,因此,各军种与之相配套的M码接收机的开发、集成、测试和部署也面临延迟,M码能力的完全形成仍需时日;然后针对项目存在的需求估计不准、面临技术挑战、进度大幅滞后、数据严重不足等问题,分析相关应对措施;最后从顶层设计、发展规划、设备研制等方面提出相关启示建议,为北斗三号全球卫星导航系统用户设备建设发展提供参考和借鉴。

GPS+BDS卫星定位技术在ITCS系统中的融合应用方案

针对既有ITCS系统仅依赖GPS进行列车定位可能存在的安全风险,提出对既有ITCS系统进行软件升级,利用GPS+BDS卫星定位技术进行列车自主定位。介绍了与ITCS系统列车定位功能相关的设备组成;阐述了列车初始定位和正常运行定位流程;对差分信号源的选择策略进行了优化。在青藏铁路上进行了实际测试,测试结果表明:升级后的ITCS系统在可用性和定位性能方面有了一定提升,可以在青藏铁路进行运用。

基于时空系统统一的北斗与GPS融合定位

我国的北斗卫星导航定位系统目前已经发射9颗北斗卫星,北斗区域卫星导航系统的基本系统已建设完成,正开展星地联调和测试评估工作,已经具备我国范围内的初步三维定位导航能力。本文研究北斗和GPS的时间系统/坐标系统的统一、卫星广播星历与卫星位置计算,以及二者的高精度定位算法,并实现了北斗和GPS载波相位的数据融合和高精度联合定位,最后通过2011-09-29的实测数据和处理结果证明了本文方法的正确性,同时为北斗二号系统的调试提供了相关试验与结果。

由星载GPS双差相位数据进行CHAMP卫星动力学定轨

为了确定CHAMP卫星的轨道,由星载GPS数据和IGS跟踪站的GPS数据构造星地相位双差观测量,利用EOP、SGO、时间等数据,对GPS数据进行预处理,包括钟差改正、模糊度解算和周跳探测、卫星姿态改正、天线偏差和相位中心改正等,采用CHAMP卫星受力摄动模型,根据动力学原理,对CHAMP卫星进行实际定轨。与德国GFZ定轨结果PSO相比,本方法定轨结果径向精度为0.285 7 m。对于1 d的重叠轨道,径向轨道差异的RMS为0.095 8 m。对于轨道端点比较,径向轨道差异平均为0.066 6 m。

北斗卫星导航系统与GPS互备的广播电视授时单元

针对当前广播电视授时系统中存在的信息安全问题提出了一种新的授时方案。基于中国自主研发的北斗卫星导航系统获取标准时间,同时以GPS为辅助授时源并与系统本地时间进行校准,可以彻底摆脱对GPS授时的依赖。此项研究对改变国外的卫星授时系统对国内市场的垄断局面,保证信息安全,具有重要的意义。

GPS空间信号可用性评估算法

在民航等应用领域,卫星导航系统的可用性是决定其能否作为唯一或主要导航系统的关键性能指标。主要对GPS卫星导航系统的空间信号(SIS)可用性进行评估分析,研究一种基于马尔可夫过程的卫星导航单星可用性算法模型,并研究对卫星导航星座可用性的评估模型。结合GPS实测数据和GPS标准定位服务性能标准(GPS SPS PS)中的可用性指标,证明提出的空间信号评估模型有效且符合GPS SIS可用性指标要求。研究结果对我国北斗卫星导航系统可用性的评估具有一定的参考价值。

信号短暂缺失下的非完备GPS定位算法研究

该文提出一种在城市峡谷等复杂环境中卫星被频繁遮挡造成卫星信号短暂缺失的非完备条件下,利用少于3颗有效卫星,实现满足一定精度要求的定位方法。实际数据测试表明,在数十秒的短暂非完备期间内,该方法可以提供满足导航要求的定位结果,从而提高了GPS接收机的有效性。该方法不依赖额外传感器,亦不需要电子地图支持,同时系统成本无明显增加。

北斗系统与GPS应用比较分析

我国自主建设的北斗卫星导航区域系统已投入试运行服务。从国内用户应用方面具体分析了北斗卫星导航系统相比美国GPS的优势,包括定位精度、信号的载噪比、定位速度和应用模式等,给出了北斗卫星导航区域系统在试运行阶段的一些应用测试数据。同时指出了对北斗系统未来发展趋势。

GPS和类GPS测距技术联合用于双星编队星座的状态确定

编队卫星状态的高精度确定是编队星座功能实现的重要基础。针对对地观测的双星编队星座的状态确定问题,为了提高状态确定的精度,在GPS技术的基础上,引入了类GPS测距技术,建立了联合GPS和类GPS测距技术进行状态整体确定的两种数学模型,并讨论了GPS星间单差模糊度和类GPS星内单差模糊度的同时初始化方法,最后进行了数值仿真。仿真结果显示,类GPS观测值尤其是类GPS星内载波单差观测值的引入,明显提高了双星编队星座的状态确定精度,其中绝对姿态角的精度达到rad,相对位置的精度达到m,相对钟差的精度达到s。仿真证明方法正确有效,模型二更优于模型一。

基于北斗导航系统并兼容GPS的渔船寻迹仪电路设计

针对传统渔船跟踪仪在定向和跟踪过程中经常出现跟踪慢和不容易锁定等缺陷,提出一种用于跟踪渔船行进位置轨迹仪的电路设计与实现方法。它应用国产北斗卫星导航系统,同时兼容GPS和GSM/GPRS核心技术,实现对出海渔船的寻迹和跟踪。得到的寻迹仪具有寻迹速度快和跟踪准确的特性。结果显示,寻迹仪的定位精度可达5 m,重捕获时间小于0.8 s,当电路供电电压低于设定值或渔船航速超过设定值时,寻迹仪会自动发出报警信号。

基于BDS/GPS组合的短基线相对定位性能分析

基于北斗卫星导航系统/全球定位系统(BeiDou Navigation Satellite System/Global Positioning System,BDS/GPS)组合定位的时空基准统一,文章详细介绍了BDS/GPS定位的函数模型和随机模型。在载波相位相对定位的算法基础上,编写BDS/GPS组合定位程序处理实测BDS/GPS短基线数据,从空间位置精度因子(position dilution of precision,PDOP)、整周模糊度固定以及定位精度等多方面分析BDS/GPS组合定位的性能。结果表明:BDS/GPS组合的PDOP值要小于单个系统的值,而且稳定性好,双系统的观测精度好于单个系统;BDS/GPS组合的短基线相对定位中单历元模糊度固定率高达98%,比GPS、BDS单系统单历元模糊度固定率分别提高了4.3%和21.0%。BDS/GPS组合的短基线定位精度在E、N方向定位结果优于1cm,U方向定位结果优于2cm,比单GPS系统在E、N方向定位精度分别提高25%、4.7%,在U方向定位精度提高12.8%。

复杂环境下BDS+GPS系统RTK短基线定位算法研究

为解决RTK在实际使用时,定位结果受限于卫星数量和多径效应影响等问题,提出了考虑大气环境差值影响的双差模型,从而降低基线长度引起的误差;使用EKF算法融合物体运动模型和卫星信号模型,提高了卫星信号质量不佳路段的定位精度;融合BDS和GPS组合系统信号,降低遮挡严重区域多径效应的影响,并比较研究了组合系统与单系统的定位精度。实验表明:基于实际环境下采集的卫星信号数据,提出的方法可以有效降低基线长度、信号遮挡和多径效应引起的定位误差,提高了复杂环境下RTK短基线定位精度,可满足特定区域范围内的高精度实时定位需求。

基于多频模糊度解算的BDS/GPS中基线AEKF RTK算法

为了提高中基线实时动态(real-time kinematic,RTK)定位的模糊度解算成功率和定位精度,提出一种基于三频北斗系统(BeiDou navigation satellite system,BDS)和双频全球定位系统的多频模糊度解算算法。该算法结合三频模糊度解算(three carrier ambiguity resolution,TCAR)和最小二乘降相关(least-square ambiguity decorrelation adjustment,LAMBDA)算法通过三级迭代固定模糊度。此外,为了减少电离层延迟等误差对模糊度解算的影响,提出一种组合系数搜索算法。利用自适应扩展卡尔曼滤波实现RTK定位。在中基线实验中,将提出算法与BDS TCAR和单/双系统LAMBDA算法在成功率和定位精度方面进行比较。结果表明,所提算法的成功率最高,可即时固定模糊度,且定位误差在毫米级,精度在3种算法中最优。

基于GPS和北斗卫星的时统终端设计

介绍了一种基于GPS和北斗卫星相结合的时统终端设计方法,以DSP和CPLD作为核心处理单元,可以自动选择以GPS或者北斗卫星源为信息基准,解算出UTC时间和定位信息,显示给用户;同时以串行码的形式输出给其他系统;最后,对系统的时间精度、定位精度进行了系统分析;结果表明,该系统时间同步的不确定度优于100ns,定位精度优于2m,系统使用方便灵活,性能稳定可靠。

基于DCB改正的BDS/GPS/Galileo多频单点定位精度分析

为了实现多频数据融合处理并有效抑制伪距硬件延迟对定位精度的影响,推导了多频标准单点定位的数学模型,给出了多系统双频/三频观测值组合情况下的DCB改正方法,并以5个MGEX监测站连续7 d的实测三频数据进行验证.结果表明,DCB改正后,BDS,GPS,Galileo系统观测值残差的标准差分别减小了74. 3%,66. 1%和71. 2%;单BDS三频单点定位点位精度提高74. 6%;单BDS双频单点定位与三频单点定位精度相当;相比于单BDS,BDS/GPS及BDS/GPS/Galileo组合单点定位精度分别提高了18. 9%和24. 6%,取得了三维3. 640和3. 385 m的定位精度.

复杂环境下GPS/BDS组合PPP定位性能分析

针对复杂环境下全球定位系统(GPS)单系统精密单点定位(PPP)定位性能较差甚至无法定位问题,研究利用GPS及北斗卫星导航系统(BDS)组合以及对流层延迟参数约束提升定位性能。分时段处理不同复杂环境采集的8h静态观测数据,结果表明:复杂环境下GPS/BDS组合较GPS单系统定位性能明显提升;利用捷克的大地观测台(GOP)对流层延迟参数约束可进一步提高U方向定位性能。