UNB3模型的性能分析及在卫星定位的应用研究

卫星导航接收机的定位精度受大气对流层延时估计准确度的影响较大,因此提出在RTKLIB软件中利用UNB3对流层延时模型替代现有的Saastamoinen对流层延时模型,以提高对流层延时的计算精度;通过对比分析的方法,对Saastamoinen模型和UNB3模型的对流层延时的误差精度进行了理论分析,并利用卫星导航实测数据进行对流层延时计算误差和伪距残差的性能对比分析,论证所提出的替代方案的可行性;采用UNB3对流层延时模型的RTKLIB软件的定位精度比现有的定位精度有较好的提升。     

卫星导航定位误差仿真分析

卫星导航定位系统被广泛应用于军事、工业和民用等各领域。计算机仿真方法是研究导航系统性能的一种重要手段。文章从卫星导航测量原理出发,介绍了使用最小二乘估计方法来进行单点定位的卫星导航的仿真定位方法。完成了汽车、飞机、轮船三种载体的运动轨迹的建模,并针对载体的位移、速度的定位误差进行仿真分析。为探索位移误差变化规律,并验证定位误差仿真模型有效性,对卫星屏蔽角、电离层误差、对流层误差多径效应等因素变化进行仿真。并对汽车、飞机和轮船三种载体在运动状态下,可观测到的卫星数量、电离层和对流层延迟以及多径效应引起的误差对卫星导航精度存在影响,进行了仿真对比。结果表明,可观测到的卫星数量、电离层和对流层延迟以及多径效应对卫星导航精度影响较大,载体运动对卫星导航精度影响较小。     

对流层延迟对高超声速飞行器定位误差的影响

对流层延迟与对流层的折射率有关,且随着卫星仰角的减小而增加,在卫星仰角为5°时会产生25 m左右的误差,给GPS导航定位带来不利的影响。系统地分析了对流层延迟特性并对常用的误差修正模型进行了比较。基于Saastamoinen模型提出了一种简易的对流层延迟修正模型,该模型不需测量气象参数,且实验结果表明,简易修正模型可以很好地消除对流层影响,有效地提高了GPS导航定位系统的精度。     

北斗卫星导航系统定位精度研究

定位精度是北斗卫星导航系统最基本的性能指标之一,也是广大用户非常关心的一个指标,也是衡量一个卫星导航系统性能最重要的一个方面。主要从精度的计算方法人手,重点分析了影响精度的各个误差以及误差的修正模型,最后通过实测数据,验证分析了北斗区域卫星导航系统的定位精度情况,得到了较好的效果。     

导航系统全球完好性仿真分析的设计与实现

完好性分析是导航系统分析的重要组成部分,完好性的仿真验证和测试可以降低系统研制的技术风险,是导航领域仿真的一个重要问题.提出了基于用户接收机格网的完好性仿真分析涉及的PAlM算法和RAIM可用性算法等相关算法模型,基于此,设计和实现了导航系统完好性仿真分析系统,最后针对格网分辨率为10°×10°的中国区域格网(24个网格点)进行了完好性的仿真试验分析,验证了相关RAIM算法,讨论了失效卫星对导航系统完好性的影响和基于保护级别概念的完好性计算的不足.     

基于误差分析的导航信号性能评估方法

导航卫星信号性能评估是卫星导航系统性能评估的主要组成部分,与信号有关的系统性能指标包括首次定位时间、静态定位精度、接收灵敏度、抗多径性能、抗干扰性能及兼容互用性;文章在分析卫星导航系统性能与导航信号关系的基础上,建立信号性能相关指标评估模型,并进行定量误差分析,形成一套针对信号性能系列指标的综合评估方法;通过选取卫星导航民用信号进行仿真,验证了此方法的实际适用性,可以为导航信号设计和信号接收技术开发提供有效辅助手段。     

遥感卫星星上时间管理方法

遥感卫星是地球和空间观测的重要方式,时间管理系统是其重要组成部分。以遥感卫星为应用对象,围绕星上时间系统设计和时间管理方法展开分析,建立了统一的星上时间管理模型,重点针对遥感卫星实用的时间管理运行机制进行了梳理与总结,给出了影响时间管理精度的误差模型,为遥感卫星时间管理系统的设计提供参考。进一步通过实验方式对时间管理模型进行了验证,结果表明:采用的时间管理方法和误差模型能够满足遥感卫星高精度时间同步的设计和分析需求。     

基于MEMS-SINS/GPS的组合导航系统设计

针对小型无人机导航系统低成本、微小型、高效性的特点,提出了基于捷联惯导(SINS)\卫星定位(GPS)的组合导航系统设计方案,深入研究了组合导航系统的关键技术;分析了MEMS传感器误差对导航系统的影响,建立了系统误差模型;采用利于工程实现的基于位置、速度误差作为状态向量,以松耦合方式进行集中式Kalman滤波,对SINS/GPS信息进行融合,避免了传统SINS系统状态模型非线性,滤波器设计困难的问题;最后对系统进行了仿真;仿真结果表明,该组合导航系统成功抑制了SINS系统的积累误差,提高了导航精度与可靠性,具有广阔的应用前景。     

基于北斗二代/气压高度表的优化算法研究

研究用高度表的气压高度信息对卫星进行实时改正问题,由于存在卫星星历误差、传播误差等因素影响,直接影响卫星导航系统定位精度和稳定性,单-的卫星导航系统难以满足航空用户的高度定位精度要求.针对北斗二代卫星导航系统和机载气压高度表测高误差的不同特性,提出了一种基于北斗二代/气压高度表组合导航系统的优化算法,并进行了计算机仿真.仿真结果表明,所设计的算法在改善高度定位精度及实用性方面都有很好的效果,并为北斗二代导航系统设计提供完善的科学依据.     

一种MANS自主导航系统的导航精度分析

对基于ＭＡＮＳ导航敏感器的卫星自主导航系统，本文使用编制的计算机仿真软件，通过数学仿真给出了地球，太阳和月球的各种测量误差下的系统导航精度；分析了敏感器的安装误差，卫星轨道的偏心率和倾角，导航滤波器中的卫星轨道动力学模型和滤波器更新周期等对导航精度的影响。     

Simulation of satellite water vapour lidar measurements: Performance assessment under real atmospheric conditions

A lidar simulator has been applied to assess the performances of a satellite water vapour differential absorption lidar (DIAL) system. Measurements performed by the airborne Deutsches Zentrum für Luft-und Raumfahrt (DLR) water vapour DIAL on 15 May 2002 during ESA's Water Vapour Lidar Experiment (WALEX), in combination with PSU/NCAR Mesoscale Model (MM5) output, were used to obtain backscatter and water vapour fields with high resolution and accuracy. These data and model output serve as input for the simulator, allowing for the performance of satellite DIAL under highly-inhomogeneous atmospheric conditions including clouds to be assessed. The airborne measurements show an intrusion of stratospheric air into the troposphere, and MM5 data used above the DLR Falcon airplane flight altitude are characterized by very high upper tropospheric humidity levels, comparable to those associated with strong mid-latitude transport events from the troposphere to the lowermost stratosphere. Results of the simulator reveal that the maximum systematic error does not exceed 5% up to 16 km, except in the presence of thick cirrus and mid level clouds with an optical thickness up to 2 and, occasionally, inside the dry stratospheric intrusion, while the random error is less than 20% up to 16 km when spatial measurement resolutions are applied that follow the World Meteorological Organization (WMO) threshold observational requirements for numerical weather prediction (NWP). The bias is even smaller if a drier upper troposphere/lower stratosphere (UTLS) region from a reference atmosphere is considered. The results confirm the capability of satellite water vapour DIAL systems to retrieve thin structures of the tropospheric water vapour and particle backscatter fields, as well as its capability to provide low bias and random error measurements even in the presence of clouds.     

组合导航系统INS/GNSS/SAR及其降阶模型性能的研究

介绍了高阶组合导航系统惯性导航系统 (INS) /全球导航卫星系统 (GNSS) /合成孔径雷达 (SAR)及其降阶模型. 降阶系统的卡尔曼滤波时间大大缩短了, 但其精度并未有大的降低. 仿真结果证明, INS/GNSS/SAR的降阶模型仍可为飞机提供满意的导航精度.     

自校正滤波器在卫星定位中的应用

设计了一种新的基于ARMA模型的自校正卡尔曼滤波器,对卫星定位误差模型参数进行分段在线估计,根据误差模型估计参数直接求取滤波增益阵.并提出了一种直接计算滤波误差方差阵的方法,对两个不同的定位系统进行信息融合.仿真结果表明,在未知噪声统计特性的情况下,自校正卡尔曼滤波器能有效过滤观测噪声,基于它的信息融合规则能够有效提高定位精度.计算过程简单,并可以在线建模.     

无人飞行器的北斗卫星组合导航算法研究

北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星定位与通信系统,为促进北斗卫星系统在导航方面的运用,降低我国导航方面对GPS的依靠,从而进一步降低成本,提高无人飞行器的导航精度,本文对捷联式惯性导航系统（INS）和北斗定位导航系统的组合导航算法进行了研究,通过惯性导航系统的原理和导航解算的过程,选择惯导系统和北斗系统的速度、位置差值作为观测量,建立组合导航系统的状态方程和观测方程,利用无迹卡尔曼滤波得到惯导系统状态量和惯性敏感器的误差,对惯导系统进行误差补偿,从而实现无人飞行器的高精度导航控制.并使用Matlab进行仿真,得出高精度的模拟输出轨迹.     

卫星自主导航中月亮摄动及其仿真研究

卫星自主导航是卫星控制技术发展的必然趋势，是当今世界航天领域研究的前沿热点之一。该文针对基于组合大视场星敏感器星光折射的卫星天文自主导航方法，应用广义卡尔曼滤波理论，建立了月亮引力摄动下的系统状态模型和系统观测模型。对系统模型进行了状态最优估计周围的线性化和采样周期的离散化，给出了干扰方程。在滤波计算过程中，采用了改进的广义卡尔曼滤波算法，以某地球同步轨道通信卫星为背景，进行了计算机仿真研究。分析和讨论了月亮摄动力对卫星自主导航的影响，给出了其影响的变化规律。研究和仿真结果表明，月亮引力是卫星自主导航的主要摄动因素之一，直接影响卫星轨道倾角的变化，并且卫星轨道越高，影响效果越明显。     

修正钟差和方位误差的X射线脉冲星导航

为了减小的时钟漂移和脉冲星方位误差对自主导航系统的影响,提出了一种考虑钟差修正和方位误差的脉冲星导航方法。X射线脉冲星导航以脉冲到达时间为量测量,同时将星载时钟钟差和方位偏差造成的系统偏差作为增广状态构成状态变量,建立导航系统,利用无迹卡尔曼滤波器(Unscented kalman filter, UKF)进行状态估计。仿真结果表明,该方法可以抑制方位偏差对导航的影响,控制星载时钟钟差,同脉冲星导航相比,该方法提供更高的导航估计精度。     

高旋弹卫星导航接收机半实物仿真

半实物仿真是测试卫星导航接收机在高旋外弹道环境条件下工作性能的有效手段。为测试卫星导航接收机在高旋外弹道环境条件下的性能,阐述了二维弹道修正引信实现弹道修正的工作原理和北斗卫星导航接收机的基本工作原理;建立了高旋7自由度弹道模型;设计了半实物仿真系统,编写了仿真模型,并在RT-LAB实时仿真平台上运行;分别在非旋转条件和旋转条件下对卫星导航接收机进行了半实物仿真测试,仿真测试结果显示仿真机数据与弹上机转换后数据曲线重合。实验表明：半实物仿真系统可有效检验高旋炮弹卫星导航接收机功能和准确度。     

基于UWB辅助的多无人机惯导定位误差校正方法

针对卫星导航拒止的复杂环境下多无人机编队飞行只依赖惯性导航无法长时间导航的问题,提出一种超宽带（Ultra Wide Band,UWB）辅助的惯导定位误差校正方法。给出UWB测距原理的同时建立了无人机机体坐标系下的惯导相对距离解算模型;在惯导误差模型的基础上,以惯导误差和UWB测距信息分别作为状态量和观测量,设计出惯导误差校正的扩展卡尔曼滤波模型;以两架无人机为例对算法进行仿真验证,仿真结果表明相较于纯惯导定位,该方法在东北天三个方向的最大定位误差不超过1 m,速度均方根误差值不超过0.01 m/s,很好地抑制了惯导系统速度和位置的误差发散,为解决无人机编队在卫星拒止环境中的定位问题提供参考思路。     

基于天文/GPS的HEO卫星自主导航方法

为了实现大椭圆轨道(HEO)卫星高精度自主导航,提出一种将直接敏感地平天文导航与全球定位系统(GPS)相结合的组合导航方法.首先,分析卫星轨道??2运动模型及其所受空间摄动,建立卫星轨道动力学模型;然后,分析单一使用天文导航和GPS的优缺点,根据HEO卫星对GPS的可见性,提出在远地点只采用天文导航,而在近地点采用以天文导航为主、适时引入GPS信号进行位速测量辅助修正的方法.通过计算机仿真和结果分析表明了所提出的设计方法导航精度比单一天文导航提高72.4%～85.6%.