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.

基于组合圆锥构型的水下声学定位系统布站优化

在水下目标定位中,布站构型的共面约束会导致目标单点定位的几何精度因子(GDOP)理论最小值不能达到。为改善水下布站的观测矩阵,将单圆锥扩展为组合圆锥构型布站模式。然而,传统的优化算法易陷入局部最优且存在收敛效率低等问题。针对以上问题,提出了一种改进的自适应粒子群算法。首先提出了一种有共面约束的水下声学定位系统组合圆锥构型,并证明了所提出的组合圆锥构型具有可叠加性、可旋转性以及GDOP旋转不变性;其次,针对布站优化指标单一的问题,构建了一种基于水下目标全局GDOP的布站优化准则;在此基础上提出了一种基于自适应粒子群的优化算法,并应用于组合圆锥构型下的水下声学定位系统布站优化。所提出的自适应粒子群算法能增强布站的全局最优性,提高算法收敛效率和水下目标的定位精度。

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。

基于GDOP加权的TOA/AOA混合定位算法

现有基于无线传感器网络(WSN)的到达时间/到达角度(TOA/AOA)定位算法在锚节点位置存在误差的条件下定位精度不高。针对该问题,融合几何精度因子(GDOP)加权,提出一种改进的TOA/AOA混合定位算法。根据单个锚节点对定位参量的测量误差及其自身位置误差,得出基于单节点的TOA/AOA混合定位算法的GDOP计算公式。依据WSN中所有锚节点的测量误差及其分布与盲节点的相对位置关系,推导加权融合算法的GDOP计算公式。仿真结果表明,与基于平均加权的定位算法相比,改进算法具有更高的定位精度。

基于射线跟踪的AOA定位算法的GDOP研究

GDOP是衡量定位系统精度的一个重要指标。基于射线跟踪的定位算法利用镜像站实现对目标的定位,针对现有关于GDOP的计算因没有考虑镜像站之间的相关性,而无法用于对基于射线跟踪的定位系统的定位精度与镜像站布局之间规律进行分析的问题,给出一种基于射线跟踪的AOA定位算法(AOA-RT)的GDOP计算方法。在微小区AOA定位模型下,根据镜像站与定位站之间的关系,得到镜像站位置误差的相关矩阵,根据该相关矩阵推导了AOA-RT算法的GDOP的计算公式。仿真结果表明了所给的GDOP计算方法的合理性,并得出了相关结论。

利用GDOP对蜂窝移动通信系统移动台定位的方法

针对基于网络的到达时间 (TOA)定位系统 ,分析了定位误差与移动台 (MS)位置及参数测量误差的关系 ,结合实际中能同时接收到移动台信号的基站 (BS)数有限、定位误差对移动台位置敏感的特点 ,提出了直接用解析法计算所有位置线的交点 ,然后用几何淡化因子 (GDOP)及参数测量误差的均方差对交点进行加权平均来估计移动台位置的方法。该方法同时考虑了参数误差与几何淡化因子对定位精度的影响 ,不需要矩阵求逆 ,运算量小 ,速度快。适用于存在直达波 (LOS)信号的蜂窝通信环境。

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。

矢量传声器多基融合定位

矢量传声器在目标声源方位(Direction of Arrival,DOA)估计方面具有天然的优势性能。在单矢量传声器实现目标声源DOA估计的基础上,利用交叉定位的思想推导多矢量传声器融合实现目标定位的模型,并给出模型的总体最小二乘解。针对奇异方位角影响估计精度的问题,利用圆概率偏差确定有效方位角后再进行融合定位。仿真分析与定位验证实验的结果表明,该方法可以实现目标声源位置估计,在消声室环境下具有较好的定位精度,有效性和实用性较强。

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。

基于射线跟踪的TOA定位算法的GDOP研究

GDOP是衡量定位系统精度的一种重要指标。基于射线跟踪的定位算法利用镜像站实现对目标的定位,现有关于GDOP的计算没有考虑镜像站之间的相关性,故其无法准确反映此类算法的定位精度与镜像站布局之间关系。针对这个问题,给出一种适用于基于射线跟踪的TOA(TOA-RT)定位算法的GDOP计算方法。针对微小区TOA定位模型,根据信号传播路径及镜像原理,得到了镜像站位置误差的相关矩阵,并据此推导了TOA-RT算法的GDOP计算公式。仿真结果证明了文章所给的GDOP计算方法的有效性。

顾及最小加权几何精度因子的轻量级快速选星方法

随着导航卫星数量的提高和芯片技术的发展,GNSS终端可观测卫星数大大增加,极大地改善了卫星几何结构。但是,若将全部观测卫星均进行高精度定位解算,终端所需的计算资源和功率消耗会快速增长。针对该问题,本文提出了一种基于加权几何精度因子(WGDOP)的快速选星方法,在可解算卫星数受限时,轻量级快速获取具有最优几何结构和信号质量的卫星组合。试验结果表明,相比于传统基于几何精度因子(GDOP)的选星方法,在可解算卫星数小于15颗时,本文方法在精度和固定率方面分别提高了10倍和40%。另外,基于AG3335芯片进行的实时RTK测试,通过本文方法选择20颗卫星计算,可以极大地降低定位解算耗时且同时保持较高的定位精度。

基于GDOP加权的GSM移动台位置估计数据融合

GSM网络本身不是面向定位的系统,所能提供用于定位的测量数据有限,故其定位精度受到限制。为了提高其定位精度,并尽量不改变网络的软硬件设施,提出了一种基于几何精度因子(GDOP)加权的GSM移动台位置估计数据融合模型,该模型采用信号场强差作为基本的定位方法,采用几何精度因子加权对定位中间结果进行处理。通过采用某城市的实测数据对本文提出的模型进行验证,结果表明,该模型可以提高移动台的定位精度。

基于遗传算法的导航源部署算法

区域导航系统是重要的卫导备份和增强手段,由于导航源与用户距离较近,导航源的几何分布对区域导航系统性能影响显著。为了提高区域导航的定位精度,基于遗传算法研究导航源的部署方案。首先对导航源部署位置进行编码,设计能体现几何因子优劣的适应度函数,选择合适的选择算子、交叉算子和变异算子。然后遗传进化得到导航源部署位置。仿真结果表明,提出的方法在服务区域、部署区域和导航源数量变化的情况下,可以快速得到满足要求的导航源部署位置,能够解决实际场景中导航源部署位置的问题。

基于GDOP的分布式雷达网航迹关联阈值选择新方法

分布式雷达组网的航迹关联不仅与网内各雷达的性能有关,而且与目标的相对位置有关。本文提出一种新的雷达组网航迹关联方法,该方法在综合网内各雷达性能的基础上,将组网雷达定位精度几何稀释模型引入航迹关联算法当中。根据各雷达对观测同一目标定位精度的差异为参考,给出一种新的航迹关联门限阈值选择算法。本文介绍了航迹关联阈值的计算过程,并利用该方法对真实航迹数据进行了仿真。

LEO卫星通信终端的RTT定位技术

低地球轨道(LEO)卫星通信互联网是未来满足万物智联、天空地一体化网络连接的6G移动通信网络重要组成部分。LEO卫星通信终端的移动性管理是LEO卫星网络运行管理的基本功能,而获取卫星终端的位置是实现移动性管理的基础。目前,全球卫星导航系统(GNSS)能够提供比较高的定位精度,但是当GNSS位置服务在受到环境遮蔽、外部干扰时可能失效,因此卫星通信终端需要一种独立于外部GNSS服务的自主定位方案。以未来LEO卫星互联网的通信信号为背景,提出一种基于往返时延(Round Trip Time,RTT)测量的LEO卫星通信终端自主定位体制,对OFDM卫星互联网信号的时延估计算法精度以及定位误差进行了理论计算和数字仿真,获得了本定位方案的均方根误差(RMSE)和几何稀度因子(GDOP),计算结果表明可以实现百米量级的快速定位,满足了移动性管理所需的千米量级位置信息的应用需求。

基于弹丸定位精度分析的传感器布局优化方法

能否快速准确地对超声速弹丸在靶面上的弹着点进行定位,是影响智能报靶系统性能的核心因素。在通过建立弹丸入射模型获取弹丸入射点的过程中,传感器的布局形式对弹丸入射精度的求解至关重要。针对如何选取最佳的传感器布局方法,该文提出使用几何精度因子(GDOP)精度分析与优化算法相结合的弹丸入射精度分析方法,通过计算高精度下弹丸入射精度等号线的面积,在特定范围内寻找最佳的传感器布局形式。基于弹丸入射精度分析法进行多组理论可行性仿真实验,实际情况下进行有限入射范围仿真实验及拓展实验等,最后得出基于高精度弹丸入射定位中传感器布局的基本规律。通过多组实验验证可得,该文提出的弹丸定位精度分析法可有效地选取高精度的传感器布局方式,且最优的传感器布局均符合高精度传感器布局的基本规律。

低轨卫星定位的导航卫星可见性与GDOP分析

针对全球卫星导航系统对低轨卫星定位的动态观测几何问题，对于不同低轨卫星轨道高度、不同截止高度角和不同卫星导航系统的情形，进行了导航卫星可见性分析，并在此基础上分析了几何精度因子（GDOP）。低轨卫星高度在几百km内变化时对可见性与几何精度因子的影响很小，而不同截止高度角则影响较大；另外与采用单个GPS系统相比，采用GPS—Galileo组合卫星导航系统对低轨卫星定位时，可见导航卫星数目明显增加，GDOP数值减小，且即使在截止高度角较大时也能得到较好的GDOP。

一种基于多舰协同侦察的优化布站方法

相较于传统岸基超视距雷达、侦察飞机和侦察卫星等侦察定位手段,舰载超视距侦察定位系统具有布站灵活、成本低廉以及预警范围广等优点,但其相对于目标的位置会影响多舰对目标定位的精度。针对上述问题,文章提出了一种基于改进的粒子群优化算法的多舰布站优化方法,以测向交叉定位的几何精度因子作为适应度函数,进而循环迭代出最优的布站方法。在多舰协同侦察场景下,通过比较该算法与标准粒子群优化算法的优化结果,仿真分析2种方法在本场景下的寻优效果和迭代次数,该方法具有收敛速度更快、优化结果更好的特点。

椭圆-角度混合定位的GDOP研究

椭圆-角度混合定位是一种基于信号到达时间之和(TSOA)与到达角(AOA)的新型定位技术,又称为TSOA/AOA定位。为了研究定位精度和定位设备布局之间的规律,推导了GDOP的计算公式,并通过仿真分析得到了4条重要结论。