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.

Precision Analysis and Parameter Inversion in the Stepwise Deployment of a Mixed Constellation

Along with the planning and implementation of the COMPASS satellite navigation system, first as a regional then a global system, there is a need to probe into the positioning performance of the mixed constellation in the stepwise deployment scheme. Both the increase in the number of the MEO satellites in the constellation and the decrease in the user equivalent ranging error of the GEO satellites will improve the overall positioning performance of the system. Using the weighted dilution of precision as the evaluation criterion, we study the theoretical relationship between the internal parameters and the positioning precision during the evolution of the system. On one hand, the influence of each factor on the positioning performance is quantitatively analyzed under the circumstances of various constellation deployment schemes and user types. On the other hand, for given positioning performance indices, simulations are carried out to present the inversion of parameters. Our conclusions provide useful suggestions to the system design and stepwise deployment scheme of satellites.

基于最小PDOP的跟踪仪顺次多站测量站位优化

工业机器人进行大型构件加工时,精确测量机器人与大型构件的相对位置关系是保证加工质量的关键。采用单台激光跟踪仪顺次多站法进行测量时,为了提高测量精度,充分考虑了激光跟踪仪的位置误差,对激光跟踪仪站位优化进行了研究。首先,探讨了激光跟踪仪测量误差主要来源,分析了顺次多站法测量原理;然后,基于最小位置精度衰减因子(PDOP)的方法进行了激光跟踪仪站位的优化,并给出了各站位位置测量精度最优的求解算法。最后,进行了站位优化前后的验证实验,结果表明:优化站位后测量系统的测量精度可提高50%以上,验证了站位优化方法的有效性。

Reference satellite selection method for GNSS high-precision relative positioning

Selecting the optimal reference satellite is an important component of high-precision relat/ve positioning because the reference satellite directly influences the strength of the normal equation. The reference satellite selection methods based on elevation and positional dilution of precision （PDOP） value were compared. Results show that all the above methods cannot select the optimal reference satellite. We introduce condition number of the design matrix in the reference satellite selection method to improve structure of the normal equation, because condition number can indicate the ill condition of the normal equation. The experimental results show that the new method can improve positioning accuracy and reliability in precise relative positioning.

基于PDOP贡献度的分步式迭代优化选星算法

全球导航卫星系统(Global navigation satellite system,GNSS)是民航所需导航性能(Required navigation performance,RNP)程序的重要导航传感器。GNSS的定位精度决定了民用飞机是否能够满足RNP飞行要求。由于飞机上接收机的计算能力有限,计算延迟可能会降低定位精度。为了满足高精度要求,计算延迟引起的误差不能再被忽视。本文提出了一种基于位置精度因子(Position dilution of precision,PDOP)贡献的两步迭代卫星选星算法优化,可以有效减小计算延迟并提高RNP程序下的定位精度。仿真结果表明,该方法在实时性方面优于传统算法,对确保民用飞机飞行安全具有重要意义。

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。

DOP值进行GNSS相对定位预报的适用性研究

基于GNSS伪距单点定位和相对定位的基本原理,推导了绝对定位精度因子DOP值和相对定位精度因子RDOP值的表达式,分析了两种精度因子的相互关系及变化规律,并给出了DOP进行GNSS相对定位预报的适用范围。试验结果表明:DOP与RDOP具有相似的变化趋势,但局部不一致;随着观测的非共视卫星数量的增加,卫星几何强度不对称性的增大,DOP值进行相对定位预报偏差会逐渐增大,故宜采用RDOP值进行相对定位精度预报。

基于伪卫星的北斗双星导航系统DOP值

在分析北斗导航定位系统原理的基础上，探讨了利用伪卫星来提高其定位精度的方法。采用2颗～4颗伪卫星辅助北斗定位系统对用户进行导航定位。仿真结果表明，伪卫星辅助的导航定位系统能改善卫星几何布局，减小DOP值。增加伪卫星的数目能提高定位精度；合理布局现有伪卫星能进一步提高定位精度。

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。

面向高轨空间的北斗导航性能增强星座选型研究

由于高轨空间超出北斗卫星导航系统的正常服务区域,导航信号微弱、可见性差,难以实现高轨飞行器全程稳定可靠的导航定位服务。提出了以空间卫星为时空基准传递平台,向高轨空间区域发射导航信号,从而提高高轨飞行器导航性能的方法,并展开面向高轨空间的北斗导航性能增强星座选型研究。基于卫星可见性、精度衰减因子(DOP)、信号接收门限和所需增强卫星数目等评估指标,仿真分析了基于LEO星座、MEO星座和HEO星座的北斗导航增强性能。

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。

一种构造WDOP中加权矩阵的新方法

加权几何精度因子(WDOP)是影响导航接收机定位精度的一个度量。从WDOP值的研究入手,讨论了其值不仅与卫星/用户几何布局有关,还与加权矩阵相关。提出了一种基于灰色关联分析法和广义延拓逼近法来构造加权矩阵的新方法,讲述该方法的原理和具体实现过程,并以GPS导航系统为研究对象,在GPS软件接收机研究平台上进行仿真实验,对实验结果从准确性和稳定性两方面进行了比较分析。仿真结果表明使用这种方法构造的加权矩阵进行定位,定位结果准确度高,稳定性好。

基于节点贡献度评估的集群无人机协同导航方法

针对集群无人机协同导航中传统构型优选效率低、实时性差等问题,提出了一种基于节点贡献度评估的集群无人机协同导航方法。推导了基于测距/测角信息的协同精度因子(CDOP)计算方法。并以CDOP为指标,提出了一种节点贡献度计算方法。采用模糊综合评价法,以贡献度和测距/测角误差为因素集,提出了节点贡献度综合评估方法。该方法综合考虑节点构型、量测误差等因素,实现了最优构型下的量测信息快速筛选。将筛选后的量测信息与INS位置估计融合,实现集群无人机的协同定位。仿真结果表明,相较于快速选星经验方法,所提出的算法定位精度明显提升,定位误差小于1 m的误差累积分布由15.4%提高到了49.1%。同时,在与改进粒子群优化算法精度相当的情况下,计算效率提升了2.96倍。

VLBI观测对转发式测距GEO卫星定轨精度的贡献分析

联合甚长基线干涉测量(very long baseline interferometry,VLBI)时延数据与转发式(orbit determination by transfer tracking,ODTT)测距数据能够有效提高地球静止轨道(geostationary earth orbit,GEO)卫星定轨精度。参照位置精度衰减因子(position dilution of precision,PDOP)的改变,研究不同VLBI基线时延数据与转发式测距数据的联合对GEO卫星定轨精度的改善,可为特定条件下联合观测时VLBI基线的最优选择提供参考。基于中国科学院国家授时中心宽带VLBI系统和转发式测轨系统的实测数据,开展中星12号GEO卫星的定轨试验。试验结果表明定轨精度的提高与PDOP的降低成正相关。相比于转发式单独定轨,联合VLBI系统中的喀什—三亚基线,PDOP降低了3.00,定轨精度提高了11.48%;联合VLBI系统中的吉林—喀什基线,PDOP降低了3.38,定轨精度提高了14.73%;联合VLBI系统中的吉林—三亚基线,PDOP降低了6.90,定轨精度提高了19.75%;联合VLBI系统中的吉林—三亚和吉林—喀什两条基线,PDOP降低了9.94,定轨精度提高了27.23%。

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。

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。

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。

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。

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。