基于分区矢量相加的BDS选星优化方法

为选择恰当的可视星,在矢量求和与最大多面体体积选星算法的基础上,提出了基于分区矢量相加的选星优化方法。该方法根据可见星在站心坐标系的高度角和方位角大小,将其划分为顶座区域和若干个底座区域;在各个底座区域选取底座星,并求解其矢量和,选取矢量和最小的三组底座卫星;对三组底座星和顶座区域的顶座星进行优化组合,选取GDOP值最小的一组作为定位解算卫星。仿真计算结果表明,此选星优化方法,在保证较高精度的导航定位要求下,能够实现快速选星。     

基于几何分布和差分进化的双模导航选星算法

基于双系统集成场景,对几何精度因子建模.针对传统算法实时性低的问题,提出了一种基于卫星几何分布和差分进化的选星算法.根据仰角分布和系统种类,确定卫星组合几何分布;通过设置不同的适应度阈值和根据剩余卫星数目,自适应改变种群大小,实现了快速选星.仿真结果表明,所提算法与传统算法相比,差值范围为0~0.25,单时刻百次选星平均耗时为传统算法的8.09%,该算法可应用于可见卫星数目增加的双模导航场景中.     

抗差自适应EKF在INS/GNSS紧组合中的应用

针对惯性/卫星紧组合导航中卫星观测数据存在粗差,影响组合导航系统定位精度,同时考虑到卫星少于4颗和卫星几何分布不佳对预测残差构造自适应因子的影响,提出了一种抗差自适应EKF紧组合算法。该算法给出惯性/卫星紧组合状态方程与观测方程,抗差等价权因子和预测残差法构造自适应因子的计算公式,并给出卫星少于4颗和卫星几何状态分布不佳情况下自适应因子的计算方法。通过车载实测数据对算法进行验证与分析,实验结果表明,基于抗差自适应EKF的惯性/卫星紧组合算法可有效削弱卫星粗差观测值的影响,在可见卫星数少于4颗和卫星几何分布不佳的状态下,依据该算法获取的系统导航精度得到进一步提高。     

一种用于提高定位精度的选星算法

在分析几何布局选星算法原理及选星效果的基础上,提出了该选星算法的改进算法。该方法将几何布局选星算法与准最佳选星算法结合起来,不仅改善了几何布局选星算法的选星效果,而且保留了几何布局选星算法计算速度快、可用于单星座定位系统和多星座定位系统的优点。仿真结果表明:通过改进算法能够得到逼近最佳几何精度因子法的选星结果,相对于几何布局选星算法只增加了计算几何精度因子(GDOP)值的较小工作量。     

三颗星的AGNSS增强定位方法研究

为了提高辅助全球导航卫星系统（AGNSS）的定位性能,实现用户在捕获卫星数不满足解算条件下进行有效定位,论文对只有三颗可见星情况下的定位方法进行了研究。研究中采用AGNSS定位系统结构,以加快卫星捕获并提供辅助数据,通过两次观测数据的组合完成定位解算,并分析无卫星重复、有卫星重复以及两次观测间隔时长等因素对精度因子、定位性能以及置信度的影响。通过定位验证可知,随着两次观测间隔时长的增加,定位性能越来越好。当间隔时长为2min时,无卫星重复时的定位精度为2.22m,一颗星重复时为3.21m,两颗星重复时为16.76m,三颗星完全重复时为38.72m,其精度完全可以满足用户对位置的需求,增强了AGNSS定位性能。     

BDS/GPS整周模糊度实时快速解算

研究了组合系统模糊度解算的模型和组合系统的选星算法,建立组合系统的宽巷载波相位双差观测方程,使用最小二乘模糊度降相关平差(LAMBDA)算法搜索解算宽巷双差整周模糊度,将确定的宽巷双差整周模糊度代入单频载波相位双差观测方程中,解算单频载波相位双差整周模糊度及坐标改正参数.同时,在整周模糊度解算过程中使用选星算法进一步提高了组合系统的模糊度固定成功率.对中国北斗卫星导航系统(BDS)单系统、全球卫星定位系统(GPS)单系统、BDS/GPS组合系统和选星后BDS/GPS组合系统的数据处理结果进行统计分析.结果表明:BDS/GPS组合系统能够显著提高单系统模糊度固定成功率,而经过选星后的组合系统模糊度固定成功率得到了进一步提高.     

几何精度因子改进算法研究

提出了一种快速计算几何精度因子(GDOP)的改进算法。该算法基于矩阵的QR分解,避免了由于传统算法在计算量和存储量较大导致定位解算实时性降低的问题;进一步分析了水平精度因子(HDOP)以及高程精度因子(VDOP)之间的关系,得出它们的数学表达式和新的计算方法。通过与传统方法比较,本文提出的改进算法在计算GDOP值时,数值稳定性更好、计算复杂度更低、计算效率更高。     

GPS测量在公路控制网建设中的应用

GPS测量利用卫星导航定位系统,测量精度高,速度快.以浙江衢州平山桥至团石公路的控制网测量为例,外业测量采用三角网布设控制网,通过GPS载波相位相对定位测量技术对控制点进行详细测量;内业通过基线解算进行基线向量平差,控制网通过无约束和约束平差,在误差调整后,采用相对动态定位技术进行控制点加密,实现快速、高精度的公路控制网测量.     

利用Marquardt算法进行两颗卫星的AGPS定位

为了在弱信号情况下更有效地实现定位,对辅助全球定位系统（AGPS）中2颗星定位算法进行了研究,采用AGPS定位系统加快卫星捕获和提供辅助数据. 利用Marquardt算法进行位置解算,加入了步长因子,根据目标函数的变化情况自适应调整步长,解决了Gauss Newton算法对病态方程组解算误差较大的问题. 2次观测中当有2颗卫星重复出现时,平均定位偏差由703.24ｍ下降到116. 63ｍ,1颗卫星重复出现时,由108.93ｍ下降到32. 17ｍ,算法运算量增加不多.     

基于双频数据组合的可见星电离层延迟研究

电离层延迟是引起卫星定位误差的主要因素之一,为了有效消除该误差的影响,提出一种基于可见卫星双频数据几何无关组合解算电离层延迟的方法。用卫星双频伪码和载波观测量的差分组合对可见卫星进行电离层延迟建模,然后将组合变换为原始观测量的线性形式进行差分解算,最后演化成对观测量的几何无关组合修正电离层延迟。仿真实验得到某一时间段可见卫星的坐标轨迹、电离层延迟以及模型误差。将各种模型的延迟和误差进行比较,结果发现该方法可不同程度有效修正电离层延迟。     

基于GAMIT-北斗的基线解算方法与实践

随着我国北斗事业的逐渐成型,北斗卫星系统已渐渐融入生活中,使用北斗卫星高精度导航定位成为未来几年的研究重点。简要介绍Ubuntu系统平台的虚拟机搭建,详细阐述基于Ubuntu系统的GAMIT软件安装时的环境配置、安装流程以及路径设置,最后使用最新版本GAMIT/GLOBK10.61软件对多模GNSS实验跟踪网MGEX项目数据进行GAMIT北斗基线解算实现,通过GAMIT-北斗基线解算与GAMIT-GPS的基线解算的多方面对比分析。结果表明,GNSS接收机收到的可见北斗卫星的个数、分布和空间结构都不如GPS,进而导致GAMIT-北斗的基线解算质量略低与GAMIT-GPS的基线解算质量。     

北斗卫星导航定位中PVT解算研究

随着科学技术的快速发展,我国北斗卫星导航定位系统越来越完善,但是仍然存在不足之处,PVT解算可以对接收机后端的信息进行有效处理,通过该解算可以获取相应的时间信息、速度信息以及位置信息.本文首先对北斗卫星导航系统以及导航处理模块功能进行了简要概述,在其基础上论述了相应的计算原理,采用Kalman滤波与PVT结合的方式,改善了定位效果,从而使得定位的精度有所提高.     

拦截卫星相对导航算法研究

空间攻防中,拦截卫星相对目标卫星导航参数的确定,对拦截卫星的拦截轨道设计十分重要.本文针对目标卫星轨道为椭圆轨道且拦截卫星存在机动的情况,研究了拦截卫星的相对导航算法.首先,推导了目标卫星轨道为椭圆轨道时拦截卫星的相对运动方程,并根据星间测量几何关系推导了测量方程;其次,通过引入拦截卫星的机动加速度并考虑其控制误差,设计了改进的扩展卡尔曼滤波器,以提高拦截卫星的相对导航精度;最后,通过仿真验证了算法的有效性,并获得了较好的相对导航精度.     

GPS整周模糊度解算的LAMBDA法及程序实现

对目前GPS模糊度解算方法中搜索效率和成功率较好的LAMBDA的理论进行深入探讨的同时,结合实例对LAMBDA的解算流程进行了研究。利用C#编程语言实现了卫星位置、导航位置、基线向量的浮点解和固定解,以及整周模糊度等未知量的可视化输出,为GPS其它研究工作提供了研究基础。     

基于SINS/BDS/弹道的组合导航

在现有惯导/卫星组合导航系统的基础上,为了进一步提升导航系统的鲁棒性,在不增加硬件基础上,利用构建的弹道模型,提出了一种惯导/卫星/弹道多源导航方案。该方案首先构建弹道模型得到炮弹的飞行轨迹,通过弹道解算得到弹丸的瞬时姿态、速度以及位置等信息;其次,当检测到卫星信号失常时,将弹道解算得到的位置、速度信息作为卡尔曼滤波的观测量,对导航状态量进行修正;再次,每隔一定时间以当前修正后状态量作为初始量,重新构建弹道,重复上述滤波过程。仿真验证结果表明,该方案在卫星信号不同状况下都可以较好地约束导航误差,得到较为精确的导航定位数据。     

CORDIC算法在导航解算系统中的应用

该文介绍了CORDIC算法原理,阐述了CORDIC算法的24位流水线结构设计与实现,给出了算法的仿真结果.根据硬件加速理论与NiosⅡ处理器特性,通过增加自定制指令的方式将CORDIC算法定制为NiosⅡ处理器指令,应用于导航解算系统中,提高导航解算系统的解算速度.     

面向区域导航增强的低轨卫星星座设计

部署低轨导航卫星是对现有卫星导航系统的有效补充,是实现导航增强的重要途径。研究了低轨卫星的星座设计问题,面向区域导航增强的应用需求,采用基于椭圆轨道的星座设计方案,利用卫星在椭圆轨道远地点运动速度慢、覆盖区域大、相对地面滞留时间长等特点,提升其对局部区域的覆盖能力。此外,在Flower星座框架下优化每颗卫星的轨道参数,确保其星下点轨迹重复经过重点区域的中心,延长卫星相对于给定区域的过顶时间。有效改善了过顶时间、覆盖重数、空间几何分布等影响导航性能的关键指标。在以北斗3号系统为导航增强对象的仿真对比中发现,在低轨卫星数量相同的条件下,该文的卫星星座设计方案具有更好的导航增强性能。     

卫星轨道递推的GPU集成式并行加速方法

为克服传统卫星轨道模型预报方法的速度瓶颈,为实现卫星在轨自主规划变轨奠定基础,利用图形处理器(GPU)并行计算方法对多卫星轨道解算进行加速,构建了轨道预报并行计算模块,成功实现了卫星轨道预报的大幅加速.为提高低计算量时解算速度,提出了集成式GPU加速方法,将简化常规摄动模型(SGP4)解算模型整体代入核函数,计算机内存仅需与GPU进行一次调用及数据交互,大大缩短调用核函数时间,较模块化GPU加速方法在中低规模计算量时速度有明显提高.本研究于两种设备上基于统一计算设备架构(CUDA)实现了集成式加速方法并进行了加速试验,在小型嵌入式开发板NIVIDA TX2设备上可实现在5 s内进行500颗星一天时间86 400步的轨道预报,笔记本设备上GPU加速比也可达到中央处理器(CPU)的4.6倍,且加速后精度损失极低.实验结果表明:集成式加速方法适用于中低规模星数(总步数小于400万步)的并行解算任务,模块化加速方法适用于大规模星数(总步数大于400万步)的并行解算任务.     

GNSS超快速网络RTK算法及精度分析

针对GNSS数据解算流程和GPS/BDS/GLONASS多系统网络RTK定位算法,利用C#、C++编程开发GNSS超快速网络RTK解算软件,该软件可在短时间内快速解算用户三维坐标。以地形复杂、主要为山区的广西河池为实验对象,选取广西8个CORS站作为基准站参与计算,采用超快速解算软件解算6个流动站3天不同观测时长的实测数据,并与TBC+COSA_GPS软件作对比分析,结果表明:在流动站观测时长为30 min以内,超快速软件比TBC+COSA_GPS软件解算的坐标值与真值符合较好;当流动站观测时长达到45 min后,超快速软件的解算精度在平面上优于±3 cm,高程上优于±5 cm,但TBC+COSA_GPS软件在各观测时长的解算精度较为稳定。     

Walker星座服务卫星轨道设计

根据Walker星座构型特点,提出了一种用较少数量服务卫星无须变轨为整个Walker星座进行服务的服务卫星轨道设计方法。以轨道面为单位,星座每个轨道面布置1颗服务卫星,服务卫星轨道位于星座轨道共面相交的椭圆轨道,每颗服务卫星无需变轨能与同一轨道面上的所有星座卫星交会。根据多星交会条件推导了服务卫星轨道要素的计算公式。通过算例分析,验证了Walker星座服务卫星轨道设计方法。