星基增强系统码噪声和多路径误差处理方法研究

星基增强系统(Satellite-Based Augmentation System,SBAS)利用伪距测量校正值实现对导航卫星的差分完好性增强,码噪声和多路径误差处理精度是影响系统服务性能和用户定位精度的重要因素.本文详细介绍了三种不同的原始伪距码噪声和多路径误差处理方法,包括单频平滑方法、码噪声和多路径改正方法(code noise and multipath correction,CNMC)以及广域增强系统(Wide Area Augmentation System,WAAS)使用的码噪声多路径方法(code noise multipath,CNMP),并通过正式运行的SBAS数据,验证了不同的码噪声和多路径误差方法对于用户定位精度的影响.结果表明:CNMP能够有效消除SBAS服务性能评估中的原始伪距码噪声和多路径误差影响,相较于CNMC方法,全球参考系统(wide-area reference station,WRS)站点95%水平定位精度提升0.2 m,95%垂直定位精度提升0.47 m.

自适应卡尔曼滤波在载波相位平滑伪距中的应用

对于高精度GPS定位,应用传统的载波相位平滑伪距算法会使定位的连续性和精度受到影响,在高动态GPS环境中甚至无法正常应用.基于标准卡尔曼滤波算法假设,利用极大似然准则推导了一种新的应用于载波相位平滑伪距的自适应卡尔曼滤波算法,这种滤波算法利用新息序列分别对系统过程噪声方差和量测噪声方差进行实时估计和调整,得到适用于动态定位的载波相位平滑伪距所需的最优平滑时间常数.在相关理论分析的基础上,对自适应卡尔曼滤波算法的稳定性进行了分析.动态定位仿真结果表明,与传统的载波相位平滑伪距算法相比,自适应卡尔曼滤波算法可以有效改善定位的精度和稳定性.

GPS相位平滑伪距严密定权及其在卫星编队飞行相对定位中的应用

为提高GPS码伪距解算卫星编队飞行的相对定位精度,采用了序贯双频消电离层组合相位平滑伪距双差的方法。采用综合考虑相位与码伪距精度比值和平滑历元次数进行定权的形式,克服了在GPS新星升起后因没有充分考虑相位平滑伪距权而引起的的解算结果中出现“突刺”的问题。从文中仿真的卫星编队飞行的例子来看,采用这种定权方法可以去除多处出现的“突刺”,并且解算效果比较平稳,平滑40～70个历元(采样率1Hz)后,可以达到1～2dm的相对定位精度,证明这种方法是有效的。

GPS载波相位平滑伪距精度分析与应用探讨

分析了载波相位平滑伪距在动态短基线解算、精密单点定位、动态长基线解算的精度,提出了载波相位平滑伪距在多种高精度定位中的应用。

基于载波相位的GPS码伪距平滑算法设计

文中给出了全球定位系统接收机可获取观测量的误差估计，基于此讨论了平滑算法的性能。平滑算法的精度与接收机性能，权重因子和平滑递归的次数有关。给出了载波相位平滑伪码伪距的具有最快的噪声对消的递归算法结构，并且对其性能进行了评估。当递归次数大于１００，码伪距和载波相位的测量精度分别为５．６ｍ和５ｍｍ时，具有最优加权系数的平滑算法可提供优于３０ｃｍ的伪距测量精度。

基于观测值加权相位平滑伪距的北斗伪距差分定位

在区域差分增强中,常利用相位平滑伪距来减小多路径效应及伪距观测噪声的影响,而现有的码相无发散平滑方法仅仅利用了单频伪距信息。为进一步降低多路径效应的影响,提高北斗伪距差分定位的精度,提出基于观测值加权的相位平滑伪距方案。利用实测的北斗数据对该方法进行验证,明显改善了定位精度。

射频与基带参考时钟不同源对GPS载波相位平滑伪距定位的影响

无论GPS接收机的射频和基带参考时钟是否同源,都不会影响伪距定位。然而,对于载波相位平滑伪距定位,本文的理论分析表明:在新增卫星时,射频和基带参考时钟不同源将使新增星和原有星的平滑伪距钟差产生偏差,进而导致大幅度定位误差。在时钟同源和不同源两种条件下,利用自研的GPS基带芯片"航芯2E",开展了大量硬件实验,验证了理论分析的正确性。论文得出的载波相位平滑伪距定位的接收机其射频和基带参考时钟必须同源的结论,对于GPS射频和基带芯片的模块化、系列化的规划和设计具有指导意义。

电离层异常状态下的自适应平滑滤波算法及性能分析

卫星导航星基增强和地基增强系统用户终端采用相位平滑伪距的方法,以提高定位精度。通常平滑窗口时间为100 s,这在正常情况下是适合的;但在电离层发生波动情况下,采用这种平滑窗口会使得定位解算结果产生偏差。针对这个问题,采用基于码载偏离度实时估计的方法,自适应确定相位平滑伪距窗口时间,并对该算法的性能进行了计算分析。分析结果表明:基于码载偏离度实时估计的自适应平滑滤波算法能够计算并确定最佳相位平滑时间。该方法相对于传统的100 s平滑时间能够有效提高定位精度,并且避免滤波发散。

GPS伪距双差方法比较分析

在文献[1]研究的理论背景下,研究将文献[1]中方法运用于GPS控制网中时需要解决的关键问题-获取基线偏差小于0.7m的基线初始值。为此,对简单伪距双差,精密星历伪距双差和载波相位平滑伪距双差进行了分析。用自编软件解算了实测基线,得出3种方法在15min时间内都可以获得偏差小于0.7m的基线向量初始值,其中载波相位平滑伪距双差的结果最理想。

GBAS中抑制电离层异常的改进自适应Hatch滤波算法

针对单频地基增强系统(Ground Based Augmentation System,GBAS)中电离层异常时Hatch滤波器平滑精度降低问题,系统分析了电离层延时对Hatch滤波器平滑精度的影响,提出一种改进自适应Hatch滤波算法。根据卫星信号计算码载偏离度,并利用二阶线性时不变低通滤波器抑制码载偏离度高频信号,以实现电离层异常实时检测;建立平滑后伪距误差均方根与电离层延时变化率、伪距测量噪声标准差以及平滑时间三者之间的函数模型,并由此确定出Hatch滤波器最优平滑时间。利用GBAS原理样机进行验证实验,结果表明:自适应Hatch滤波算法能够根据卫星信号电离层延时变化率确定滤波器最优平滑时间,且当电离层异常时,自适应Hatch滤波器机载位置误差最大由1.15 m减小为0.43 m,从而验证了所提算法的有效性。

确定GPS接收机码间偏差的一种新算法

针对目前求解GPS接收机码间偏差(B)的主要方法(球谐函数模型法、曲面拟合模型法等)存在计算繁琐和效率不高等问题,研究并提出一种新的计算方法,即利用双频载波相位平滑伪距数据以及CODE提供的全球电离层VTEC地图和卫星B值,通过旋转地图内插VTEC以及伪距差分进行单站GPS接收机B值的解算。采用此方法和IGS跟踪站的观测数据解算GPS接收机的B值,并与CODE提供的跟踪站的B值进行比较,结果表明,这种新算法能够以优于0.4ns的精度确定GPS接收机的B值。

卫星导航局域差分系统的载波平滑技术

本文描述了局域差分系统的基本原理,分别给出并实现了差分系统中地面系统和用户系统的载波平滑码伪距方法,通过实验分析,无载波平滑算法时定位误差的方差为0.52m,而有载波平滑算法时定位误差的方差仅为0.13m,定位精度提高了75%。

相位平滑P1码伪距及其单点定位精度分析

针对C/A码、P1码、P2码伪距的精度问题,利用郑州J3JG站实测数据进行计算,结果表明:该站接收机产生3种伪距的精度从高到低依次为P1码、C/A码、P2码。在此基础上,利用相位观测值对精度最高的P1码伪距进行平滑,采用自编程序,对相位平滑P1码伪距的单点定位精度进行研究。实验结果表明:相位平滑P1码伪距的单点定位结果较P1码伪距的定位结果更稳定,X、Y、Z方向的平均误差和RMS值也较P1码伪距有明显提高。

载波相位平滑伪距算法研究与精度分析

伪距测量值是GPS接收机最基本的距离测量量,对导航定位的精度具有重要影响,通过一些方法提高伪距精度可以有效改善定位精度,而载波相位平滑伪距是提高伪距精度的一种简单有效的方法。文章在阐述平滑伪距原理的基础上,介绍了一种载波相位平滑伪距技术,并详细分析了平滑窗口、周跳判断门限的选取对该技术平滑效果的影响。以高动态数据为例,确定参数的合理取值,进行定位精度分析和伪距精度改进分析,并从统计角度分析了载波相位、伪距及平滑伪距之间的相互关系。结果表明,该方法能够有效提高伪距测量的精度,对提高GPS接收机的实时定位精度具有实际应用价值。

输电线路智能巡检系统中GPS技术的研究与应用

在高压输电线下进行GPS数据录入,不可避免受电磁场等因素的影响,一是导致伪距测量中的误差增大,使定位精度降低;二是干扰GPS信号,影响接收机的捕获和跟踪,造成GPS信号接收失败、精度降低、轨迹数据的丢包、人员巡检的监督功能失效。为此,通过GPS相位平滑伪距方法提高相对伪距观测值精度,通过设计轨迹坐标监测程序对GPS信息数据的存储情况进行定时检测,有效避免轨迹坐标数据的大量丢包,保证人员的巡检轨迹完整,对巡检人员工作起到良好的监督作用,保证高压输电线路智能巡检系统的正常运行。

基于球谐函数建模的单站接收机硬件延迟算法

在电离层建模过程中,要想获取准确的电离层TEC信息,必须剔除硬件延迟的影响。利用4阶球谐函数建立单站电离层延迟模型,求解球谐函数系数的过程中解算硬件延迟值。在建模过程中针对单站模型卫星与接收机硬件延迟较难分离的问题,直接将广播星历中播发的TGD参数作为卫星硬件延迟,观测值采用载波相位平滑伪距,通过实验验证该方法的有效性。

提高GPS智能巡检系统定位精度的研究

为了提高全球定位系统(global positioning system, GPS)智能巡检系统的巡检效率和定位精度, 采用双频接收机相位平滑伪距(carrier smoothed code, CSC)算法。电离层延迟作为伪距测量的主要测量误差、周跳作为载波相位测量的主要测量误差, 在此均予以考虑, 并通过构造伪距观测值和载波相位观测值的组合观测值来消除电离层影响和探测周跳以改进算法。通过误差公式计算可知, GPS的定位精度得到了显著改善。

智能巡检系统中GPS定位方法的研究与改进

为了能使GPS应用于不同的场合,采用结合载波相位观测值和伪距观测值的相位平滑伪码伪距(carrier smoothed code,简称CSC)算法,并通过构造伪距观测值和载波相位观测值的组合观测值来探测周跳以改进算法。

基于载波平滑伪码的高精度航天扩频体制测距技术

在航天扩频测控系统中,伪码测距技术可以有效避免相位模糊,但是码长也限制了其相位测量精度,而载波测距技术则具有更高的相位测量精度。针对扩频测控体制,提出了一种基于载波平滑伪码的高精度航天扩频体制测距技术,该技术利用锁相环获得的载波相位对伪码值进行平滑,在保留伪码测距无相位模糊特性的基础上进一步提升测量精度,从而减小测距接收机的随机误差。仿真结果和试验数据表明:该方法能有效提高星地测距精度,测量精度达到毫米量级,具有很强的实用价值。

北斗系统测距码与载波一致性评估与验证

为验证北斗系统测距码与载波一致性,设计了北斗系统测距码与载波相位一致性监测与评估系统。设计码-载波偏离(Code-Carrier Divergence, CCD)监测器判断电离层异常状态,并基于状态检测结果分别使用Divergence-Free Smoothing (DFree)方法与Ionosphere-Free Smoothing(IFree)方法消除电离层延迟误差;根据三频模糊度分解模型解算整周模糊度,利用三频码伪距/载波相位组合法求解周跳;进行测距码与载波一致性评估与验证。实验数据表明北斗系统大部分卫星不同频率上测距码与载波一致性偏差波动范围较小,不超过6.1 m。