基于北斗五频超宽巷组合的单历元定位方法

针对通信能力受限的长基线场景,提出了一种北斗五频弱电离层超宽巷定位方法,并给出了对应的减少带宽占用的参考编码模式。通过分析整系数线性组合对波长、大气延迟及测量噪声的影响,确定了选取最优组合的约束条件,并搜索得到BDS-3的长基线单历元定位最优超宽巷组合(0,1,3,-1,-3);在此基础上进一步利用弱电离层窄巷组合噪声因子小的特点,提出了利用窄巷观测量平滑超宽巷观测量噪声的多历元平滑定位方法。结合上述定位方法,给出了一种减少编码带宽的差分播发策略。利用三条不同长度基线开展了实验,结果表明弱电离层超宽巷组合单历元定位精度平面优于0.25 m、高程优于0.45 m,模糊度固定率高于98.5%;平滑后的定位精度平面优于0.1 m、高程优于0.25 m,实现三维定位精度优于0.15 m所需的收敛时间均值小于5 min。

基于三频观测值中长基线快速动态定位方法

针对全球卫星导航系统(globalnavigationsatellitesystem,GNSS)的中长基线快速动态定位,提出了一种基于三频组合观测值的实时动态差分(real-timekinematic,RTK)卡尔曼滤波定位方法,以位置参数和宽巷组合观测值的双差模糊度为状态向量进行参数估计,采用最小二乘模糊度降相关平差(LAMBDA)方法搜索固定模糊度,以改正后的超宽巷组合观测值为高精度“伪距”,以宽巷组合观测值作为载波相位进行定位解算。通过香港地区和河南省境内的两组中长基线实验数据,详细分析了该方法在中长距离下的快速动态定位解算性能。实验结果表明,采用该方法宽巷模糊度可实现单历元固定,在静态固定率达到约100%,动态情况下固定率也可以达到约65%,达到了快速高精度定位解算的要求,平面位置精度均能实时达到厘米级。

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。

宽巷载波相位模糊度小数偏差时变特性分析

对使用序贯最小二乘估计非差宽巷FCB的方法进行论述,指出其不足在于事先假定了单天内的(接收机端和卫星端)宽巷FCB稳定不变,而对其时变性质缺少讨论与分析。处理了全球350个IGS测站共10d的GPS观测数据,从站星非差FCB、站间单差FCB序列两方面对接收机端宽巷FCB的时变特性进行详细的分析和讨论。数据处理结果表明:①在没有周跳的连续弧段内非差宽巷FCB的历元平滑结果具有较好的稳定性,使用不少于90个历元(45min)的数据即可收敛到0.1周以内保持精度稳定,因此,建议计算非差宽巷FCB的最短弧段不应少于45min;②接收机端宽巷FCB在每一天内随时间变化速率不一样,一天内最大变化量可以达到0.3周,并且接收机重启会使其重新赋值,破坏FCB值的连续性。关于接收机端宽巷FCB时变特性的分析表明文献[4—5]等的序贯最小二乘法所依据的假设前提并不可靠。为获得更高精度的非差卫星宽巷FCB估值,对于接收机重新启动的观测数据,需要新增一个接收机FCB参数;而对于接收机FCB的时变特性,可以在估计时将其作为随机游走过程进行估计。

一种改进的双频单P码周跳探测与修复方法

由于目前绝大多数接收机均很难获取精密P码,仅能获取L2频率上的交叉相关P码,因此经典的双频单P码相位/伪距组合(1,-1)、(-7,9)对周跳的探测和修复能力均明显减弱。针对这一问题,提出了一种顾及伪距多路径效应变化的双频单P码周跳探测与修复方法,该方法可实时消除伪距中多路径效应的历元间变化,解决了传统方法在修复周跳时噪声较大的问题。试验表明,新方法中历元间的宽巷变化在1周的分辨率水平,修复周跳的效率和可靠性有较大提高。

VRS网络RTK关键算法与技术及精度分析

针对VRS的特点,对VRS算法中的两个关键问题及技术进行了研究,提出了一种经过改进的模糊度在线解算方法:首先用伪距宽巷组合计算出宽巷模糊度;再利用无电离层约束组合解算L1模糊度浮点解;最后用LAMBDA算法搜索和固定L1、L2模糊度。验证其准确性和可靠性。同时研究分析低阶曲面模型生成综合误差算法,证明其准确性及可靠性。提出了利用虚拟站与主参考站的综合误差虚拟生成虚拟参考站观测值的算法。研究采用Ntrip协议进行网络差分信息的传输。最后,通过实地试验测试验证了自主开发的VRS网络差分系统的准确性和可靠性,其VRS/RTK定位结果的外符合精度为:网内X方向为2cm,Y方向为4cm,Z方向为6cm,符合精度要求。证明了该系统能够实现24小时无人值守稳定安全运行。

一种INS辅助的PPP周跳探测方法

PPP/INS组合导航系统中,接收机载波相位观测值由于接收机高动态、卫星低仰角、信号被遮挡等原因,往往发生周跳。周跳不仅会影响PPP定位精度,而且可能会导致模糊度参数重新初始化以致数十分钟才能重新收敛。针对以上问题,本文提出利用惯性导航系统(INS)辅助PPP宽巷周跳探测的新策略,通过具有短时高精度的INS信息,消除宽巷组合中的站星几何位置,克服传统MW方法中码伪距噪声及多路径误差的影响。试验表明,INS辅助的宽巷周跳探测方法能够精确识别各种宽巷小周跳。将该方法与无几何距离(GF)组合方法相结合,可以实现对双频等周周跳和特殊周跳(5/4、9/7等)的探测,具有较高探测精度,并可应用于实时周跳探测。

一种GPS三频非差周跳探测相位组合的优选方法研究

基于多频伪距/载波组合周跳探测原理,研究了三频相位组合周跳检验量的优化选取模型,以组合周跳方差最小为标准,组合相位的波长为约束条件,选取得到了一种适用于GPS的线性无关的相位组合作为周跳检验量。利用GPS三频实测数据,对组合检验量探测周跳的性能进行了测试。结果表明,该相位组合法可以有效地探测出各频率发生的周跳。

面向城市复杂环境的3种多频多系统GNSS单点高精度定位方法及性能分析

城市智能交通、自动驾驶等对高精度动态定位的需求为分米级甚至厘米级,但在城市复杂环境下信号遮挡、衰减和多径频繁发生,GNSS定位的可用性和精度严重降低。本文充分利用现有可用的多频多系统GNSS(GPS/BDS/Galileo/QZSS)数据,采用最新提出的单历元PPP宽巷模糊度固定方法(PPP-WAR),并与传统PPP方法和广域伪距增强精密定位方法进行对比试验,分析了这3种单点高精度定位方法在大都市高楼密布道路、小城镇狭窄道路和工业区开阔道路3种不同信号遮挡条件下的车载动态定位性能。结果表明,目前城市环境中的三频数据完整性高达94%以上,可满足基于多频GNSS单历元定位的需求。粗差阈值设定为3 m时,单历元PPP-WAR解在小城镇狭窄道路的水平定位误差RMS为0.41 m,达到了分米级定位精度,比广域伪距增强精密定位解和传统PPP解分别提高了53.9%和21.2%;3种方法在大都市高楼密布环境下的定位可用性均高于70%,在另外两种城市环境下的定位可用性均高于90%。粗差阈值0.5 m时,单历元PPP-WAR方法和传统PPP方法在小城镇狭窄道路环境中可用性依然可达~70%。单历元PPP-WAR方法受城市环境中4种典型地物(地下通道、高架桥、行道树和高楼)的影响最小。总之,在干扰因素多的城市复杂环境中单历元PPP-WAR方法更具优势,在干扰因素少的城市开阔环境中传统PPP方法更优。

双频去相关单历元动态解算整周模糊度研究

针对GPS实时动态精密相对定位应用背景,提出一种整周模糊度实时求解方法。采用宽巷组合载波相位双差、伪距双差观测信息建立观测模型;对浮点模糊度协方差阵进行一次Cholesky分解,构造了浮点转换矩阵,使浮点模糊度完全去相关;推导确定整周模糊度的搜索空间;利用最小残差平方和搜索准则,确定单历元整周模糊度,并用OVT检验方法,对不同历元得到的整周模糊度进行一致性检验。结果表明,观测量误差均方差取值对整周模糊度搜索空间和成功率有较大影响,附加OVT检验的双频去相关单历元动态解算整周模糊度方法正确可行。

GLONASS频间码偏差特性分析及其在宽巷模糊度固定中的应用

受接收机类型、固件版本和天线的影响,GLONASS IFCB变化规律复杂且难以有效改正,导致GLONASS HMW组合包含系统性偏差,无法用于GLONASS宽巷模糊度固定。本文提出一种基于GLONASS HMW组合观测值残差的站间IFCB估计方法,并对站间IFCB变化特性进行分析。结果表明,站间IFCB长期稳定,少数相同类型硬件(包括接收机类型、固件版本和天线)站间IFCB可达0.5m。为削弱伪距多路径效应对站间IFCB估值的影响,基于一个轨道重复周期的观测数据求得一组站间IFCB对实时观测值进行补偿,实现HMW组合平滑序列直接用于GLONASS宽巷模糊度实时固定。进行站间IFCB补偿后,基线宽巷模糊度固定正确率均在98%以上。

基于北斗三频宽巷组合的RTK单历元定位方法

为发挥北斗三频超宽巷或宽巷模糊度易于固定的优势,提出一种利用宽巷观测值的北斗单历元定位方法。首先使用载波伪距组合求解最容易固定的(0,-1,1)组合模糊度,其次基于模糊度已固定的(0,-1,1)组合观测值通过CIR方法单历元求解第二个宽巷模糊度(1,-1,0)组合模糊度。(1,-1,0)组合观测值噪声和电离层延迟综合影响最优,因此基于(1,-1,0)组合观测值进行单历元坐标解算。实验结果表明,文中提出的单历元定位方法,能够依据单历元数据最终成功解算出地面点坐标,统计精度为平面2.2cm,高程5.4cm,在满足部分领域应用要求的情况下提高效率和抗干扰能力。

BDS单参考站载波相位差分定位方法

为了进一步提高BDS单参考站的载波相位差分定位精度,利用单参考站提供观测值的非差误差改正数对用户观测值进行改正,然后利用北斗系统B1、B2双频观测数据实现单参考站载波相位差分定位:首先利用B1、B2载波相位观测值组成单差载波相位宽巷观测值,采用搜索算法固定单差宽巷整周模糊度;之后建立宽巷及B1的单差观测方程;再利用搜索算法固定载波相位的整周模糊度。实验结果证明利用单参考站非差误差改正数的BDS载波相位差分定位能够完成单差模糊度解算,精度可达到cm级,而且实现效率高、用户端定位算法简单。

应用单历元模糊度算法解决实时GPS水汽探测技术中模糊度问题

首先简要介绍实时水汽探测技术的原理,然后采用详细的推算过程将求水汽量转化为求宽巷模糊度的问题,并利用双频P码求出宽巷模糊度。运用实例模拟分析双频P码求宽巷模糊度的精度,解释宽巷模糊度的精度随卫星高度角变化的原因。

GPS网络RTK星形多基线模糊度解算方法

为了克服三角形结构网络RTK模糊度解算存在的缺陷,提出了一种基于星形的多基线模糊度解算方法。采用消电离层伪距组合和双频相位组合法快速固定宽巷模糊度,消除了基线长度变化对宽巷模糊度固定的影响,且不需要高精度的P码;在此基础上,利用星形解算单元建立多基线解算模型,求出星形单元中最短基线L1模糊度固定解,同时,利用卡尔曼滤波同时估计中心站的天顶对流层延迟,作为其它基线的模糊度解算的先验条件,提高长基线模糊度初始化的速度和可靠性。该方法相对于常规单基线方法模糊度固定时间节省约50%,提高了网络RTK系统对低高度角卫星和长基线模糊度固定的处理能力。

基于分步无电离层组合的北斗三频长距离参考站间宽巷模糊度解算方法

针对北斗三频长距离参考站间宽巷(含超宽巷)模糊度解算中存在的问题,分析了影响宽巷组合(WLC)法、载波伪距组合的无几何无电离层(GIF)法及分步无几何(TCAR)法的主要因素及各自的局限性.在此基础上,基于参考站间基线已知的特性,提出了一种分步解算的无电离层(SIF)方法.首先采用载波伪距组合求解(0,-1,1)超宽巷模糊度,利用模糊度已固定的(0,-1,1)载波观测值与第2个宽巷/超宽巷观测值组成载波无电离层组合,同时分析了残余几何项误差对模糊度解算的影响.最后采用了一组长度为265 km的实测北斗三频基线数据进行了实验验证.实验结果表明,所提SIF方法能够有效消除长基线情况下电离层延迟的影响,同时受观测值噪声的影响较小.

海基JPALS的多参考一致性检验算法

针对舰载参考站的移动特性提出了海基联合精密进近着陆(舰)系统(JPALS)的多参考一致性检验(MRCC)算法。首先,利用舰船上的惯导系统输出的姿态信息和舰船尺寸测量数据,将每个参考站的原始伪距和载波相位观测量从其天线位置转换到舰船参考点上;然后,对转换后的各参考站几何无关组合观测量进行均值滤波,得到其宽巷模糊度估计值;最后,计算转换后的各原始观测量和宽巷模糊度估计值的B值。在无故障情况下,这些测量值的B值分布在一定范围(阈值)内,但在参考站故障、严重多径或无线电干扰等情形下,B值可能超出阈值。通过模拟实验采集数据,并计算B值幅度和阈值,结果表明,通常情况下各观测量的B值幅度很小,当某个参考站的接收测量值出现异常时,可以检测到其B值超过阈值。研究表明,该算法满足海基JPALS的多参考一致性检验完好性风险指标要求。

基于北斗的建筑形变监测系统设计

北斗具有全天候、高精度、实时、自动化程度高等特点,相对常规位移监测方法,其具有明显的优越性.基于北斗载波相位差分定位技术,设计一套建筑形变监测系统,系统以处理北斗数据的监测平台为核心,平台数据解算采用北斗双频宽巷模糊度分组的单历元算法.测试结果表明系统能够实现厘米级精度的建筑位移形变监测.

基于北斗三频的BDS/GPS宽巷模糊度逐级单历元固定方法

利用北斗三频超宽巷模糊度波长较长易于固定的优势,提出一种基于北斗三频的BDS/GPS宽巷模糊度逐级单历元固定方法。首先利用载波和伪距组合固定BDS(0,-1,1)和(1,4,-5)两个超宽巷模糊度,根据固定后的超宽巷模糊度变换得到BDS宽巷模糊度(1,-1,0),然后将BDS宽巷模糊度作为约束条件与GPS宽巷观测方程联立得到GPS宽巷模糊度浮点解和其方差协方差阵,最后采用LAMBDA算法实现GPS宽巷模糊度的固定。实验结果表明,BDS超宽巷组合可实现100%固定,采用BDS约束GPS宽巷模糊度固定时ratio值均大于2,大于5的占97.8%以上,因此文中提出的方法可实现BDS/GPS双系统宽巷模糊度单历元固定,有效提升GNSS模糊度解算的时效性。

VRS系统流动端单历元整周模糊度搜索

为了实现VRS系统虚拟参考站和流动端单历元模糊度快速搜索,采用宽巷相位和C码伪距观测值组成联合双差观测方程,用改进LAMBDA方法搜索宽巷载波双差模糊度,并提出双频相位观测值组合模型逐星固定L1和L2双差模糊度,研究结果表明:该方法具有很高成功率和效率,单历元定位精度优于3 cm,该研究实现流动端单历元实时高精度动态定位。