削弱磁暴对PPP影响的周跳探测阈值模型

为了减少磁暴环境下全球卫星导航系统(GNSS)载波相位观测值的周跳误探率,从而提高GNSS精密单点定位(PPP)性能,提出一种可削弱磁暴对PPP影响的周跳探测阈值模型:利用不同磁暴强度下15个磁暴日的国际GNSS服务组织(IGS)站总计3524组观测数据构建顾及电离层扰动指数(ROTI)的周跳探测阈值模型,简称ROTI_CSTM;并通过采用强磁暴、中磁暴、弱磁暴下全球158个IGS跟踪站观测数据对ROTI_CSTM模型进行PPP实验验证。结果表明,相比于常用的图尔博·埃迪特(TurboEdit)周跳探测阈值,采用ROTI_CSTM的全球定位系统(GPS)PPP在弱磁暴、中磁暴、强磁暴环境下的水平方向定位精度可分别提高16.98%、17.06%和52.44%,在高程方向的定位精度可分别提高25%、16.39%和59.43%;相比于甘普(GAMP)软件的阈值模型,在弱磁暴、中磁暴、强磁暴环境下的水平方向定位精度可分别提高4.04%、11.40%和20.90%,在高程方向的定位精度可分别提高5.37%、7.75%和26.23%。

地磁暴对伪距单点定位的影响分析

地磁暴是地球近空间环境中经常发生的一种自然现象,为了分析地磁暴这一自然现象对全球卫星导航系统(GNSS)伪距定位性能影响情况,基于国际GNSS服务(IGS)的5个测站观测数据对2023年3月24日地磁暴事件发生前后GPS定位的伪距单点定位性能进行分析。结果表明:在发生地磁暴现象时,电离层GPS-K8改正模型的精度显著下降,影响单频基本导航用户的定位结果,但伪距单点定位精度仍在标准范围内。

地磁导航定位技术原理与方法综述

地磁导航定位是多源融合导航定位技术体系中重要的技术手段之一,具有适用范围广、抗电磁干扰能力强、可全天时全天候工作等优点,为运动载体特别在地下、水下等卫星信号接收受限的场景提供一条无源被动的自主导航定位技术途径.然而地磁场导航定位的实现过程通常因其应用的载体和场景不同而存在一定差异,本文将根据地磁导航定位的不同应用场景进行分类阐述,对其相应的原理与方法进行综述,以期助力地磁导航定位技术领域的后续推进.

导航定位中高精度区域地磁场融合式插值建模

高精度区域地磁场建模是组合导航定位中的关键技术,针对目前Taylor多项式建模、Kriging插值建模局部数据失真、分辨率不高等问题,提出了基于变异参数矩阵阈值识别的融合式插值建模算法。自动区分数据变化剧烈区域和平缓区域,智能选择相适应的建模算法,设计了融合式模型边界衔接数据修补完善算法,提高了区域地磁场分辨率,实现了整体数据平滑过渡。不同区域地磁场建模仿真实验表明,所提算法的模型分辨率优于Taylor多项式算法和Kriging插值算法,区域数据误差均方差至少降低了56%,具有一定的实用价值和应用前景。

地磁定位导航应用和效能分析

地磁定位导航作为多源融合导航定位技术体系中重要的技术手段之一,具有适用范围广、抗电磁干扰能力强、可全天时、全天候工作等优点,为运动载体特别在地下、水下等卫星信号接收受限的场景提供了一条无源被动的自主定位导航技术途径.本文对地磁定位在不同的场景和平台下的应用、实现过程进行了详细描述,分析了影响地磁定位应用的关键技术并给出了技术途径,对地磁定位技术的应用效能进行了评估和验证.

基于惯导辅助地磁的手机室内定位系统设计

目前的室内定位技术大都是需要建立足够多的信号节点,这种有源信号受建筑物干扰衰减快导致其定位精度不足。为了避免这些存在的问题,通过深入研究室内定位方法,提出了基于惯导辅助地磁匹配的适用于手机移动终端的室内定位方法。有别于传统的室外定位系统,本文利用地球磁场在不同点的差异化信息,并通过选择适当的地磁匹配算法,可以实现不依赖于外部设备的移动个体室内定位,同时通过惯导辅助地磁的组合定位方式有效增加地磁信息匹配效率,能获得较高的室内定位的精度。最后设计了基于android平台的手机室内定位软件,可利用手机内置的传感器设备实现室内定位功能,仿真及实验显示该定位方法是有效的。

一种基于地磁场曲面线性化拟合的快速导航定位方法

地球主磁场随空间变化平缓的特性会令绝大多数已有的地磁导航方法陷入困境。针对这个问题,提出了一种全新的地磁场导航定位方法,即在局部区域内用线性平面拟合磁场曲面,进而通过求解线性方程组来获得磁场测量点的位置估计区域。同时为了减少线性化误差的干扰从而实现精确定位,进一步给出了基于多级子图的导航定位方案。相较于已有的地磁场导航方法,提出的方法不仅不依赖变化剧烈的地磁异常场,更能使运算速度大幅提高,存储量大幅降低,且不需要长时间的路径累积来收敛,并能够实现大范围区域内的快速搜索定位。最后以IGRF模拟全球磁场进行仿真实验,证明了此方法的有效性。

基于模糊AKF地磁辅助导航的采煤机定位方法

针对惯导在采煤机定位时产生累积误差以及实时定位精度低等问题,提出了基于模糊自适应卡尔曼滤波(AKF)惯性地磁辅助惯性导航的采煤机动态定位方法。通过迭代最近等值点(ICCP)算法将惯导与地磁辅助技术组合,并引入模糊自适应的卡尔曼滤波方法,实现了在线自适应调整测量噪声方差阵。通过对采煤机进行定位仿真分析,结果表明:可克服惯导定位误差随时间累积的缺点,实现了采煤机实时高精度定位。

利用不充分磁场信息导航的新方法

以中国东南沿海海域磁场为研究对象,以分辨率为3′×3′的国际地磁参考场数据作为背景场,采用最小二乘法拟合出海域的局部地磁场模型,反解出地磁场的最佳定位模型,并进行了仿真分析,由最终的仿真计算结果可以看出,在研究区域范围内,模型定位的纬度均方误差小于1.2nmile,经度定位均方误差小于4.8nmile.针对舰船使用的磁罗经调试时间长,误差补偿费用高的弊端,将磁场定位模型应用于磁罗经的磁差补偿.仿真结果表明,利用磁场本身的信息也可得到很理想的补偿效果.

基于地理信息的火炮综合导航系统方案设计

采用单一的导航方法,其精度和可靠性无法满足未来火炮导航技术发展的需求,基于地理信息的综合导航定位方法是未来发展的一个重要方向,因而得到了广泛的关注。以传统导航方式的优缺点及开展基于地理信息的综合导航定位技术的必要性为出发点,在讨论地理信息导航方法在国内外的发展概况的基础上,提出了基于地理信息传感器和同步定位与地图创建构成的地理信息导航综合导航硬件设计方案,并给出了存在的问题和涉及的关键技术。

平缓地磁场区域地磁导航解决方案

针对基于卡尔曼滤波的地磁场导航方法在平缓地磁场区域因系统不可观导致滤波失效问题,提出了解决方案.该方案用线性化平面拟合平缓磁场曲面,用磁场的矢量性构造线性方程组,用多级子图实现快速精准的位置估计,并在此基础上构造滤波器.理论分析和仿真结果证明,该方案可有效解决传统方法的滤波发散问题.

基于PDR和地磁融合的室内定位算法

为了提高室内定位精度,在分析PDR和地磁融合各自特点的基础上,提出了基于PDR和地磁融合的室内定位算法。为了快速排除非匹配区,缩小匹配区域,利用PDR短期精度高的特点,以PDR定位结果的2个步长作为地磁搜索区域,再利用相关地磁匹配算法求解最佳匹配点。实验结果表明,基于PDR和地磁融合算法可实时动态补偿PDR的定位误差,系统能够获得较高的定位精度。

改进的动态差分优化网络的室内分级定位方法

针对指纹定位方法中单一指纹信息特征有限,以及在提升定位精度时,因增大指纹库造成指纹匹配复杂度增加,导致定位效率不高等问题,提出一种改进的动态差分优化网络的室内分级定位方法:离线阶段,在无线保真(WiFi)指纹中引入三轴地磁强度特征,增加定位区域的局部特征信息,并将指纹样本通过k均值聚类算法(k-means)进行聚类切分,形成区域指纹库,各区域指纹库分别利用改进的动态差分优化埃尔曼神经网络(IDDE-ENN)模型,训练得到每个区域的精细定位模型;在线定位阶段,根据用户的定位数据与区域指纹库的聚类中心匹配,在减少指纹搜索复杂度的同时,实现了区域级定位,然后通过该区域的定位模型对用户进行精细定位。实验结果表明,该方法在线定位阶段的平均定位误差为1.67 m,验证了该室内定位模型的有效性。

飞行器编队PSO多维地磁匹配算法

针对在地磁变化缓慢区域,一维地磁匹配导航匹配概率低、使用范围有限的情况,在飞行器组网飞行的背景下,提出了基于粒子群优化算法(PSO)的多维地磁匹配算法。在一维地磁匹配模型的基础上,搭建了主从式组网地磁匹配模型,利用多飞行器空间约束,将平均绝对值误差法则从一维计算拓展至高维匹配,使用匹配成功率、匹配定位误差和算法适应度3个维度对定位有效性进行评价。仿真结果表明,多维地磁匹配能够在短周期内得到较高的匹配概率和匹配定位精度,在相同的匹配点下,多维地磁匹配的匹配概率比一维地磁匹配要高10%。

面向车辆导航的多用户云端地磁匹配定位技术研究

针对车辆在经过隧道、地下车库等环境时,GNSS信号中断导致GNSS/MIMU组合导航系统定位失效的问题,研究了地磁匹配定位算法,利用地磁匹配输出的绝对位置信息实现对组合导航系统的修正。针对地磁匹配算法运行过程中数据计算量、存储量大以及实时性高的要求,研究了多用户接入与云-端实时双向通信的云定位关键技术,搭建了一种面向车辆导航的多用户地磁匹配定位的云平台。经测试,所设计的云定位架构可实现多用户同时在线接入定位,单用户定位平均传输延迟在80 ms左右,满足定位的实时性和稳定性要求;基于云平台进行实际车辆地磁匹配定位实验,精度可达到3 m,满足城市环境车辆定位的要求。

矿用智能传感器自主定位研究

针对智能传感器物联网特性要求,采用地磁辅助的惯导/北斗组合定位算法,研制了自主定位模块,介绍了模块构成及电路;硬件设计采用了低功耗和国产化设计,软件采用了零速修正算法、四元数法、地磁辅助修正算法,实现了智能传感器移动轨迹存储和反演。经试验验证,移动轨迹和实际环道吻合度较高,在378 m环道实测距离375.01 m,相差2.99 m,相对误差0.8%。

基于地磁/惯性算法的行人导航系统设计

设计了以52单片机为控制器的简易行人导航系统,利用MPU6050运动处理传感器计算实时三轴加速度、速度,采用QMC5883L弱磁通传感器得到实时航向角。这些采集到的数据经过处理即可获取行人的位置数据、行走方向、行走速度,并通过LCD12864将数据显示出来,实现行人位置及运动状态的实时定位。通过对系统实物进行测试,得到了基本的行人导航所需简易信息参数,验证了本设计的正确性。

基于EKF的同时定位与构图在潜艇地磁导航中的应用

潜艇地磁导航不产生如惯性导航的误差积累问题,是一种有效的自主导航定位手段。但是目前地磁导航定位主要是基于先验地磁图的匹配导航,在实际操作中要获得较为精确的先验地磁图是极其困难的。基于扩展卡尔曼滤波(EKF)的同时定位与构图算法(SLAM)可以在不需要先验地磁图的基础上实现潜艇导航定位。将这一算法应用到潜艇地磁导航中,再结合人工布设磁标的方法可以实现潜艇不依赖于先验地磁图的地磁导航定位。