Research on ambiguity resolution aided with triple difference

The ambiguity resolution in the field of GPS is investigated in detail. A new algorithm to resolve the ambiguity is proposed. The algorithm first obtains the floating resolution of the ambiguity aided with triple difference measurement. Decorrelation of searching space is done by reducing the ambiguity covariance matrix＇s dimension to overcome the possible sick factorization of the matrix brought by Z-transformation. In simulation, the proposed algorithm is compared with least-squares ambiguity decorrelation adjustment （LAMBDA）. The result shows that the proposed algorithm is better than LAMBDA because of lesser resolving time, which approximately reduces 20% resolving time. Thus, the proposed algorithm adapts to the high dynamic real-time applications.

GNSS卫星轨道机动探测技术进展

针对轨道机动探测是各种空间任务的共性关键技术,是全球卫星导航系统(GNSS)精密定轨定位数据处理的首要工作,在卫星导航领域具有重要的研究意义,尤其是中国多星座构型的北斗卫星导航系统,轨道机动频繁,影响更为严重的现状,研究分析全球卫星导航系统(GNSS)卫星轨道机动探测技术的进展:概述轨道机动的概念、机动方式和机动时间;归纳整理目前GNSS卫星轨道机动探测中常用的技术方法,包括基于卫星轨道的探测方法、基于卫星广播星历的探测方法以及基于观测值的探测方法;总结各类卫星轨道机动探测方法的特点,并统计分析GNSS卫星的轨道机动频次与时段,指出随着GNSS卫星轨道机动探测方法的不断完善,实时及事后卫星轨道机动探测问题都得到了显著改善,促进了GNSS服务性能的进一步提升;最后,总结现有轨道机动探测方法的优势与局限性,展望GNSS轨道机动卫星数据处理中尚须进一步解决的重要问题。

基于北斗定位的铁路现场安全防护系统定位技术研究

为了解决传统铁路现场作业人员安全防护系统所暴露出的作业人员及列车位置信息不能及时实时获知、防护状态交互性缺乏等问题,提出一种基于北斗卫星定位技术的安全防护方案,通过卫星定位技术实时定位现场作业人员及列车的位置信息,传送给车站管理系统,经系统分析将相关信息传送至现场作业人员手持终端设备,根据实际情况发出列车预警信息,从而实现安全防护的目的。聚焦防护系统高精度定位技术,分析卫星定位原理、分类及高精度卫星定位算法原理,基于STC15W4K56S4单片机搭建定位数据采集系统,为验证定位算法的精度,借助串口调试工具在上位机对比2种高精度定位算法:载波相位差分和伪距差分的定位精度。试验结果表明,载波相位差分定位算法具有更高的定位精度,可达厘米级,完全满足铁路现场作业人员安全防护的定位需求。

欠采样下的多频带通信信号高精度载频估计

为根本解决当前主流的基于调制宽带转化器(MWC)的欠采样频率估计方法存在的3个问题,即采样通道数目多、载频估计精度低、信源频带分布稀疏度条件高,该文提出基于互素谱相位差校正的通信信号载频估计方法。通过将两路互素欠采样取代多路调制宽带转化器欠采样,克服了其耗费欠采样通道数目多的缺陷;基于此,既推导出全景谱谱峰位置与两路互素输出IDFT支路序号对的映射关系,又推导出相邻快拍下该序号对的IDFT相位差与载频值的解析关系,从而克服了主流方法的载频估计精度低的缺陷;通过将最小尺寸全相位滤波器对半分解方法融入原型滤波器设计,构造出两路并行互素谱分析器,还彻底克服了对信源频带分布稀疏度条件高的依赖。仿真表明,相比于主流方法,该文方法仅需耗费不足其1/2的样本数量,载频估计的相对误差降至其1/20以下。

基于北斗定位的铁路现场安全防护系统定位技术研究

为解决传统铁路现场作业人员安全防护系统所暴露出的作业人员及列车位置信息不能及时实时获知,防护状态交互性缺乏等问题,本文提出一种基于北斗卫星定位技术的安全防护方案,通过卫星定位技术实时定位现场作业人员及列车的位置信息,传送给车站管理系统,经系统分析将相关信息传送至现场作业人员手持终端设备,根据实际情况发出列车预警信息,从而实现安全防护的目的。文章聚焦防护系统高精度定位技术,分析了卫星定位原理、分类及高精度卫星定位算法原理,基于STC15W4K56S4单片机搭建了定位数据采集系统,为验证定位算法的精度,借助串口调试工具在上位机对比了两种高精度定位算法一载波相位差分和伪距差分的定位精度,试验结果表明,载波相位差分定位算法具有更高的定位精度,可达厘米级,完全满足铁路现场作业人员安全防护的定位需求。

北斗系统多频载波相位整周模糊度解算方法研究

研究利用LAMBDA方法来解算三频载波相位BDS系统和GPS系统整周模糊度并分析其固定精度情况。通过采用2 km、5 km、8 km、10 km和12 km五条基线进行单系统解算对比,实验结果表明,无论是BDS还是GPS,在进行单系统RTK解算中,N方向坐标偏差变化幅度较其他两个方向变化都是最大的;在进行5 km的基线解算中,BDS三个坐标方向偏差基本保持在-0.2~0.4 m之间,相对于GPS系统较好;5 km的基线解算中,GPS系统三个方向坐标偏差值基本在-0.1~0.1 m之间,较BDS系统稳定且精度高。2 km基线的时候在200历元左右GPS固定精度明显优于BDS,5 km的时候GPS在1 000历元左右模糊度固定精度明显要比BDS高,但是随着基线长度的增加,GPS系统模糊度固定精度逐渐趋近,直至小于BDS系统。

北斗实时百皮秒级单差时频同步方法

高精度时频传递与时间同步服务已成为全球导航卫星系统应用领域的研究热点,国内外学者围绕GNSS高精度时频同步模型算法及相关应用等方面开展了诸多研究。本文提出基于载波相位的差分高精度时间传递模型,实现基于北斗卫星导航系统的实时百皮秒级单差时频同步。以中国计量科学研究院的光纤链路为参考,北斗时间同步精度优于时频同步系统的实时秒脉冲时间同步精度优于100 ps;在7 d的测试时段内,链路的时间稳定度优于70 ps;链路频率万秒稳定度可达10-15量级,频率长期稳定度可达10-16量级。利用BDS进行单差时频同步的频率稳定度与GPS相当,对开展BDS在时频领域的下一步推广应用提供重要的参考意义。

BDS-3单频三种差分定位方法的性能初步评估

为进一步分析北斗三号全球卫星导航系统(BDS-3)B3I、B1C、B2a和B1I单频差分定位精度,利用全球14个MGEX测站构成基线长度在30km以下的7条基线2022-09-01到2022-09-30共30d观测数据,在评估可视卫星数和信噪比基础上,初步评估了BDS-3B3I、B1C、B2a和B1I单频伪距差分、载波平滑伪距差分和载波相位差分定位精度。结果表明:数据质量方面,BDS-3B3I、B1C、B2a和B1I可见卫星数和信噪比基本符合解算需求;差分性能方面,B1C和B2a相当,B3I和B1I略差;伪距差分E、N、U方向优于0.6m,点位精度优于0.8m,单频平滑效果B1C优于B3I、B1I和B2a,在E、N、U方向分别平均提升21.34%、22.2%和17.17%。设置平滑值和原始伪距阈值定位精度得到较好的提升;BDS-3载波相位差分B3I定位精度优于7 cm,B1C定位精度优于5 cm,B2a定位精度优于6 cm,B1I定位精度优于5cm。总体定位精度随着基线长度逐渐下降,单频伪距差分定位精度达到分米级,载波平滑伪距中短基线定位精度相较于伪距差分能够提升40%,长基线提升20%,载波相位差分为用户提供厘米级定位精度。

顾及载体航向约束的单站BDS-3相位测速模型

速度是载体运动状态的重要表征,高精度定速能力是BDS-3系统高性能服务的重要体现。针对传统单站历元间相位差分模型易受误差积累与观测环境影响等问题,本文提出了顾及载体航向约束的单站BDS-3相位测速模型。首先,在传统BDS-3历元间相位差分方程矢量分解的基础上,构建载体位移增量微分表达式,联合非差模型与微分方程综合估计载体速度;其次,利用载体水平面内位移矢量与航向角之间的相关性,建立顾及航向角约束的N与E方向位移参数约束条件;最后,综合3组独立的函数方程进行载体速度分量逐历元解算。通过静态与动态试验表明,静态条件下,BDS-3相位不同方向均可实现mm/s的测速精度,相较于传统历元间差分模型,E与N方向分别提升了62.9%和87.5%,且有效避免了水平方向测速误差的积累效应,但U方向由于缺少约束导致精度提升不显著。动态条件下,BDS-3相位测速在直线运动状态水平面内可获得mm/s级的测速精度,且E与N方向较传统历元间差分模型分别提升了35.2%和21.8%,而转向状态E、N、U方向测速精度分别为2.81、2.03和1.91 cm/s,较传统模型分别提升了41.2%、45.9%和56.2%。因此,本文提出的顾及航向约束的单站相位测速模型可有效地提升BDS-3系统测速性能。

利用旋转双天线载波相位双差的欺骗干扰检测技术

有效的欺骗干扰检测是防止卫星导航接收机被欺骗干扰攻击的前提。提出了一种基于旋转双天线载波相位双差的卫星导航接收机欺骗干扰检测技术,在对接收机双天线匀速旋转时输出载波相位测量值进行载波相位双差处理后,利用广义似然比检验实现了对单一发射天线输出欺骗干扰信号的检测。进一步分析了旋转半径和数据长度对检测性能的影响,并与旋转单天线和天线阵载波相位双差欺骗干扰检测方法的性能进行了对比。最后,通过蒙特卡罗方法进行了仿真验证,结果表明了该检测方法和检测性能分析的正确性。

多频GNSS跟踪站接收机观测量相关性分析

为了验证多频GNSS跟踪站接收机观测数据的质量和相关性,为GNSS跟踪站接收机后续研制做出贡献。基于多品牌多频GNSS跟踪站接收机比测试验,评估了观测数据的伪距噪声,对伪距噪声序列、伪距零基线双差序列进行自相关分析,进而对P-L序列从时域和频域角度进行滤波周期分析,验证了多频GNSS跟踪站接收机观测数据的相关性。试验结果表明:多频GNSS跟踪站接收机观测噪声满足相应标准,不同品牌跟踪站接收机的伪距观测量具有不同程度的自相关性,为削弱观测数据的伪距噪声,不同品牌跟踪站接收机对伪距数据做了不同周期的Hatch滤波处理。

集群编队条件下通导一体高精度时间同步方法

针对集群编队条件下对高精度时间同步的需求,对通导一体高精度时间同步方法进行了研究,将卫星导航系统与数据链系统进行深度融合,提出了动基座条件下基于卫星导航载波差分算法的节点间高精度时间同步算法。该算法通过协同时间驯服的方式来抑制两次定位间隔间受钟漂影响导致的节点间时间同步误差发散以及节点间时钟修正不同步导致的时间同步误差,提升了编队组网条件下节点间的时间同步精度。最后,通过仿真对算法进行了验证。结果表明,时空同步精度可以达到1ns,可有力支撑未来集群编队作战、高精度协同探测、高精度协同制导等典型场景下对节点间高精度时间同步的需求。

RTK在不同场景下的定位精度分析

重点论述了RTK定位的基本原理,着重介绍几种定位精度的影响因素,并通过案例分析和总结了各类因素对RTK定位精度的影响情况,从而大致了解GNSS的定位水平,其成果在一定程度上对CORS系统的建立起到了重要的参考作用。

卫星导航定位欺骗式干扰对抗思路及策略研究

欺骗式干扰对卫星导航定位的威胁与日俱增,已成为作战中的主要干扰样式,亟需开展对抗研究。结合欺骗式干扰的类别和典型案例,从技术层面深入分析了欺骗式干扰实现的方法途径,指出同频入侵、修改信号参数是其实施攻击的2个必然要素。针对同频入侵,创新引入宽窄巷组合技术实现定频向变频转换,创造虚拟的拍频信号规避干扰影响;再针对修改信号参数的攻击点,提出在宽窄巷组合基础上耦合载波相位差分思想,通过单差、双差判别剔除干扰,增强抗干扰效能。以此构建欺骗式干扰总体对抗思路,分别设计了基于卫星接收机自身、地面基准站辅助、双天线测量、不同卫星间多频信号等四种对抗架构,并对具体策略进行了推导论证。同时,结合四种架构特点,对各自的应用场景和效能进行了分析和评估。研究成果可为欺骗式干扰对抗提供一种新颖的思路,对相关工程应用具有一定的参考价值。

基于云RTK的无线电测向定位示准测试技术

无线电监测设备测向定位示准测试过程中,全站仪人工测量工作量大,普通电台实时动态(RTK)载波相位差分定位技术传输距离近,设备性能人工抽验检测样本数量少。为解决上述问题,提出一种基于云RTK的多平台通用型测向定位示准测试技术。结合云RTK技术、小型化信号辐射源和软件自动测试技术特点,利用移动网络和云服务器实现各个设备之间的数据信息交互,通过软件自动测试技术控制信号辐射源信号参数和方位、俯仰、距离等示准参数设置,自动完成被测设备的测试数据分析和性能判定,输出性能评估报告,从而提高工作效率,为无线电监测设备性能检测和评估工作提供一种新的思路。

基于群周期相位比对的GPS载波相位测量方法

GPS载波相位测量是当前国际时频测量与传递领域的研究热点。针对高精度时间传输及精密导航定位的需求,提出了一种基于群周期相位比对的GPS载波相位测量方法。利用L1和L2波段的稳定性特征,引入高分辨率异频相位处理思想,通过分析两载波信号之间固有的频率或相位关系,将群周期相位比对理论应用于GPS载波相位测量中,结合高精度异频相位检测方法,实现星地之间的精密测距及准确定位。实验结果证明了该方法的合理性和科学性,与传统的载波相位测量方法相比,提高了整周模糊度的解算精度,消除了数学模型的误差来源,降低了成本,简化了电路结构,提高了定位精度。该方法将为高精度时频传递与导航定位等高科技领域提供相位处理及时间同步方面的理论指导和技术支持,具有广阔的应用前景。

惯性信息辅助的卫星导航欺骗检测技术

针对转发式卫星欺骗信号传播方向同真实卫星信号的差异,提出一种在惯性信息辅助下,利用载波相位双差观测量进行欺骗信号检测的技术。根据转发式欺骗的特点,推导欺骗条件下的载波相位双差观测方程。利用INS提供的姿态信息,建立载波相位双差与接收机天线基线矢量的关系。将载波相位双差观测值和预测值的差值作为欺骗检测的检验统计量。从故障检测的角度进行检测概率分析,当载波相位双差预测值达到0.3周时,假定虚警概率为0.01,可在单个测量历元内到达99.99%的检测概率。最后通过仿真分析验证了惯性信息辅助下欺骗信号检测的有效性。

天线阵载波相位双差的欺骗干扰检测技术

针对采用单一发射天线的导航信号欺骗干扰,研究了基于天线阵载波相位双差的欺骗干扰检测技术,采用代数方法证明了三元非线阵是进行导航信号到达角无模糊解算的最少阵元数和阵型要求,并以相应阵型为基础,提出了基于天线阵载波相位双差的欺骗干扰检测量构造方法,给出了检测性能的分析方法,定义了用于限制检测性能下降的最小检测门限。采用蒙特卡洛方法对所提检测方法的检测性能进行了仿真,结果验证了理论分析的正确性。

GPS/GLONASS相位差分的数据处理方法

由于GLONASS与GPS在系统上存在差异 ,致使GLONASS的载波相位差分的数据处理与GPS的有明显的不同 ,必须使用特殊的方法。本文给出了GPS、GLONASS及GPS/GLONASS联合相位差分的数学模型和一种数据处理方法 ,并对实测数据进行处理 。

北斗载波相位时间差分/SINS紧组合技术与实验研究

说明北斗系统有源定位模式的不足,提出一种基于载波相位时间差分的北斗/SINS紧组合导航技术,即以导航卫星载波相位信号的时间差分作为Kalman滤波器的观测量,建立工作于无源方式的北斗/SINS紧组合导航系统。介绍载波相位时间差分的基本原理和数学模型,设计组合导航滤波器。通过动态和静态实验对算法的正确性和精度进行验证。实验结果表明,SINS的位置和速度误差积累受到有效的抑制,导航精度明显提高。