基于高精度GNSS惯性导航设备的自动导航驾驶拖拉机作业性能试验研究

介绍了高精度GNSS惯性导航测试设备的主要性能指标和安装方法,提出了自动导航拖拉机的作业性能试验方法和导航控制精度的计算方法,开展了自动导航拖拉机的作业性能试验,分析了自动导航拖拉机试验结果和作业质量。

北斗三号卫星导航系统精密单点定位的性能分析

北斗三号卫星导航系统(BDS-3)于2020年7月31日正式开通,为全球用户提供高精度的定位、导航和授时服务。本文基于双频非差非组合精密单点定位(PPP)模型,从收敛性能和定位精度系统评估和对比BDS-3 PPP和GPS PPP的全球定位性能。结果表明,全球范围内的BDS-3 PPP与GPS PPP的定位性能基本相当,静态PPP在E、N、U方向的收敛时间分别为16.8、8.6、19.0 min,定位精度分别为1.1、0.8、1.8 cm;动态PPP在E、N、U方向的收敛时间分别为34.9、19.9、49.8 min,定位精度分别为4.4、3.2、7.8 cm。在亚太地区,尤其在高卫星截止高度角定位环境下,BDS-2与BDS-3融合PPP定位性能明显优于GPS PPP。

北斗/GNSS授时性能评估及结果比较分析

授时是全球卫星导航系统(GNSS)的三大服务功能之一。针对GNSS授时性能评价指标和评估方法不统一的问题,研究了评估北斗/GNSS授时性能的关键指标,提出了一种北斗/GNSS授时性能评估方法。该方法以中国科学院国家授时中心保持的协调世界时UTC(NTSC)和国际权度局(BIPM)发布的UTC为基础,评估导航系统的授时性能,同时给出了该评估方法的不确定度分析结果。利用位于国家授时中心的GNSS系统时间监测系统产生的数据,评估并比较分析了BDS、GPS、GLONASS以及Galileo的授时性能。结果表明,在2021年的评估周期内,BDS、GPS、GLONASS和Galileo的时间传递准确度分别为13.8、4.5、16.8和4.2 ns,均符合导航系统性能的承诺。

通导一体化环月星座设计初探

探月活动的深入开展对月球中继星座的覆盖连续性、通信即时性、导航精准性及建设成本的要求越来越高。通导一体化的出现可为月球星座设计带来新思路,可在为月面用户提供通信中继服务的同时,在三重覆盖下实现高精度月面用户定位。针对不同卫星数量、不同轨道高度的环月星座轨道,分析了其单重、双重和三重全月面全时覆盖的性能,提出了特定高度下针对不同覆盖重数所需卫星数量的理论最小值,并进行了仿真验证;而后在通导一体化设计准则下,对三重覆盖的情况进行了月面用户定位仿真分析,结果显示三重覆盖定位精度可达米级。

基于机器学习的卫星导航系统全球定位性能评估方法研究

针对卫星导航系统伪距相位、广播星历等观测数据,本文采用特征提取和模型回归等技术手段,从数据类型和观测时间两个维度寻找数据内在特征,挖掘出海量测站数据之间的特征关联,并采用机器学习方法评估卫星导航系统全球定位性能.本文所提出的评估方法在实际测站数据上进行了验证,中国及周边区域12个测站模型定位精度1-平均绝对百分比误差(mean absolute percentage error, MAPE)的均值为92.36%,最差为PTGG站,1-MAPE为89.26%;全球范围120个测站模型定位精度1-MAPE的均值为86.59%,最差为SCOR站,1-MAPE为81.46%,与传统数理统计框架下得到的实测值较为吻合.实验结果表明:基于机器学习模型评估卫星导航定位性能的方法可行有效,机器学习模型在大数据统计分析中具有强评估能力和高泛化性,突破了现仅用传统数理统计的全球定位性能评估思路.

近距平行跑道配对进近侧向碰撞风险评估

为研究近距平行跑道配对进近侧向碰撞风险及相关参数对碰撞风险的影响，首先分析飞机位置误差的影响因素；其次基于配对进近的2架飞机实际运行过程和尾流避让的要求，考虑侧向误差概率密度函数截断补偿系数，建立近距平行跑道配对进近侧向风险评估模型；然后计算不同实际导航性能（ANP）条件下的侧向碰撞风险值；最后编制ANP数值表，并建议配对飞机速度差不超过7．5m／s，初始安全间隔为1000～1200m。结果表明，后机采用进近偏角可以有效降低对ANP的要求；大风速时，侧向碰撞风险对风向更敏感。

实现PBN技术的陆基DME台选择算法

航路飞行阶段的导航台选择是区域导航(area navigation,RNAV)运行的主要环节。在RNAV选台过程中通常会遇到换台频繁或台站跳变问题。根据测距机(distance measure equipment,DME)/DME导航方式提出了实际导航性能(actual navigation performance,ANP)的计算方法,并通过设定ANP阈值结合最小ANP值的方法设计航路飞行阶段DME台站选择算法。对京沪航线及其周围的DME台站数据进行了仿真实验,结果表明,该选台算法在满足导航精度要求的情况下有效避免了换台频繁和台站跳变问题。

基于仿射参数估计的地磁匹配导航算法

针对地磁匹配导航技术中匹配精度和算法耗时相互制约的问题,本文提出一种基于仿射参数估计的地磁匹配导航算法,在保证匹配精度的同时有效提高了算法的实时性。综合考虑惯导系统的初始位置误差、初始航向误差和初始速度误差,建立参考轨迹的仿射模型;用泰勒公式将地磁匹配问题转化为仿射模型的参数估计问题;通过Broyden迭代计算实现匹配问题的求解。试验结果表明:采用基于仿射参数估计的地磁匹配导航算法,匹配定位精度为37.97 m,算法耗时为20.7 ms,因此提出的算法能够有效提高匹配定位精度和实时性。

不同传感器精度下的地形辅助导航系统性能评估

为完成地形辅助导航系统的传感器选型以及改进地形匹配算法和地形辅助导航系统可靠性的研究,开展了传感器精度对地形匹配概率的影响研究.针对不同的地形,分析了高度表误差、速度误差和航向角误差对地形匹配概率的影响,并根据实际要求通过仿真计算确定地形匹配系统中各传感器的误差范围.利用丘陵、山地和高山地等大量地形数据进行测试验证,仿真结果表明:在地形匹配概率大于90%时,速度误差小于2.2 m/s,航向角误差小于0.6°,高度表噪声标准差小于16.4 m.

新型GNSS信号波形设计

在发射带宽严格受限的约束下连续函数波形信号较传统矩形波形表现出了较高的频谱利用率优势和优良性能,很有可能应用到未来的全球卫星导航系统(GNSS,Global Navigation Satellite System)信号体制中.在建立导航信号波形设计准则的理论模型基础上,研究了7种可能适用于未来GNSS系统的新型信号波形,在典型的宽/窄发射带宽条件下,通过仿真评估了传统GNSS信号和新型GNSS信号的精度、抗多径、抗干扰等性能,优选出BOCc和MSK两种适用于不同环境的信号波形:在频谱资源充足的情况下,BOCc信号具有最优的导航性能;在频率资源受限的情况下,MSK信号兼容性好,抗干扰能力强,拥有较好的导航性能.最后,结合两类信号波形的优缺点提出了我国新一代卫星导航系统信号波形设计的建议.

车载导航型GPS接收机的性能分析

结合一般GPS接收机性能分析要求,针对导航型GPS接收机主要用于车载动态导航定位的特点,提出了主要包括一般性能检验、导航精度测试、不同环境下的导航性能测试等较为全面的车载导航接收机的性能综合分析方法。基于此方法对一款导航型接收机进行了综合性能测试,得出了有益的结论。

IGSO/GEO卫星对北斗系统导航性能的贡献分析

北斗卫星导航系统作为全球四大系统之中是唯一采用IGSO/GEO/MEO异构星座的导航系统。通过STK仿真分析IGSO/GEO/MEO星座和MEO星座的卫星可见数、位置精度衰减因子和定位精度等指标,确定IGSO/GEO卫星在单站和全球情况下对北斗星座导航性能的影响,给出IGSO/GEO卫星对北斗导航性能增强的区域。这对IGSO/GEO卫星应用于导航系统起到一定理论支撑作用。

高精度地磁场模拟系统的设计与研究

根据地磁导航半实物仿真中磁场环境仿真需求,建立了高精度地磁场模拟系统,通过试验说明了系统中建立零磁空间的必要性并验证了磁屏蔽筒的屏蔽效果,同时对系统的准确性和实时性进行了试验研究。仿真结果表明,在考虑响应时间的前提下,系统能够准确实时地模拟飞行航迹上的地磁总场值,能够为地磁匹配导航半实物仿真提供真实可信的磁场仿真环境。

GNSS空间信号精度评估方法

空间信号(SIS)精度是卫星导航系统的性能之一。针对目前精度评估模型存在的问题,提出了分段式SIS用户测距误差(URE)评估模型,并研究了SIS用户测速误差(URRE)、用户测加速度误差(URAE)评估模型,利用广播星历和精密星历评估了GPS和BDS的SIS精度性能。结果表明,除BDS C02卫星的URE以及GPS PRN10卫星的URAE略大以外,其余GPS和BDS卫星的SIS URE,URRE和URAE均符合各自系统的指标,验证了所提精度评估方法的有效性。

BDS在南极地区的导航服务分析

针对现有BDS在南极地区的导航服务性能研究缺乏实测数据,主要依赖仿真进行分析的问题,采用第29次南极科考中"雪龙号"采集的BDS观测数据,对BDS区域系统在南极地区的导航服务性能进行研究:主要分析BDS在南极的信噪比、周跳及电离层延迟等数据质量;并通过解算获得南极地区BDS的精度衰减因子、精度等定位性能。结果表明:在中山站附近地区BDS的数据质量和服务性能与标准服务区相比较差;仅采用BDS单系统定位能够在90%以上的时段保证20m的精度,能满足基本的导航需求。

GAGAN系统在北京地区定位性能测试与评估

印度GPS辅助型静地轨道增强导航系统(GAGAN)是印度政府支持建设的GPS星基增强系统,主要服务于航空飞行应用,可以为印度及周边地区用户提供导航定位增强服务。介绍GAGAN系统的工作原理及服务范围,并在中国北京地区进行了实测分析,对GAGAN系统可用性、连续性和定位精度进行了评估,比较分析了GSAT-8和GSAT-10两颗卫星的服务性能。实测分析表明,在北京地区,全天24小时可以接收GAGAN系统的增强信号,水平方向定位精度优于5.9m(95%),且GSAT-8和GSAT-10卫星的增强服务性能基本一致。

面向NPA的北斗系统PNT性能评估体系研究

依据当前"5GEO+6IGSO+3MEO"星座配置下的北斗卫星导航系统(BDS),结合民航非精密进近(NPA)的应用需求,提出适合BDS定位、导航和授时(PNT)服务层的性能评估指标体系及关系模型,给出BDS关键PNT性能指标的评估方法。通过首都国际机场BDS实测数据的整理分析,对精度、完好性、连续性以及可用性等PNT性能指标进行了定量评估。

北斗卫星导航系统的定位效能评估方法

北斗卫星导航系统作为全球卫星导航系统之一,应用领域非常广泛,且具有重大意义。针对当前北斗卫星导航系统的导航效能评估方法缺乏问题,提出了一种基于地面卫星可见性和定位精度的导航效能评估方法。首先,通过分析典型空间环境、地面环境、导航终端要素,构建导航典型应用场景模型;然后,针对典型应用场景,利用地面可见性和定位精度,提出了导航定位效能评估方法;最后,通过仿真验证了所提方法的有效性。结果表明,该方法对典型场景下导航定位解算结果能准确地进行评估。

地基区域导航性能评估系统设计与应用

地基区域导航是区域导航实施的重要组成部分,地基区域导航运行需要对导航设施覆盖范围及其精度的有效性进行评估,从而保证此导航方式下运行的有效性和安全性。介绍了地基区域导航系统的基本计算原理、网络结构布局、系统设计方式,以及系统的数据管理、导航性能分析评估、数据交换等方面的功能,并结合具体机场对应用案例进行了分析。从而给出了一种针对地基区域导航性能评估问题的解决方案。

BDS系统下RAIM算法可用性及结果分析

本文介绍了接收机自主完好性监测(RAIM)算法的可用性、故障检测及故障排除的原理及方法流程,结合BDS系统下定位精度的需求,通过仿真计算,得到了BDS系统下RAIM算法的可用性结果,并分析了DOP值对RAIM算法可用性及实际导航性能(ANP)的影响。