载波相位测量在高精度导航信号监测接收数据处理中的应用

在GPS广域差分系统中,参考站需要进行高精度导航信号监测接收,并获得良好的伪距观测数据。载波相位测量由于其测量精度高且观测噪声小,因此在伪距观测数据处理方面,发挥了重要作用。介绍了载波相位测量在高精度导航监测接收的伪距观测数据处理方面的具体应用,提出了一种综合利用三频电离层残差和裁波相位变化率,来实时可靠地检验并修复周跳的方法。     

北斗卫星导航系统伪距多径分析与仿真

卫星导航系统中伪距测量是否精确直接决定了导航接收机的定位精度.针对卫星导航系统中的伪距测量问题,介绍了伪距测量的原理,分析了伪距测量误差主要取决于钟差、电离层、对流层及多径传播效应引起的误差等,并重点针对多径效应进行分析;针对伪距测量中的多径误差,在定性给出伪距多径效应的基础上,重点对测码伪距多径误差进行了理论分析,建立了信号多径传播效应模型,通过相干超前减滞后鉴别器输出函数给出了测码伪距多径误差的表征方法;最后对测码伪距多径误差进行了仿真分析,分析了多径延时及多径幅度比对多径误差的影响,为伪距测量分析提供依据.     

北斗全球卫星导航系统试验卫星测距信号质量分析

目前,北斗全球卫星导航系统有5颗试验卫星发射试验信号。试验卫星数据质量分析是北斗全球系统信号体制验证的重要内容。基于单测站北斗试验卫星观测数据,采用伪距相位差组合和伪距多径组合方法,初步分析了试验卫星民用信号以及Bs频点信号伪距测量噪声和多径误差。结果表明,倾斜同步轨道卫星伪距测量精度优于中轨道卫星;在各导航信号中,B2a+b信号伪距测量精度最高,具有最优的抗多径性能;B1C信号伪距测量精度最低,抗多径性能最差;Bs信号伪距测量精度较差,但优于B1C信号,且其伪距多径存在一个与高度角相关的系统误差,在高度角最大时可达0.5 m。     

一种基于多普勒频移的GPS自适应滤波算法研究

针对接收机的动态模型对GPS定位精度的影响,提出了一种基于多普勒频移观测的高动态GPS自适应滤波算法。该算法利用GPS伪距测量值以及利用信号载波的多普勒频移所获得的伪距率测量值,在GPS动态滤波中同时观测伪距和伪距率。借助于移动目标的运动矢量模型以及GPS定位误差模型建立了滤波方程。重点讨论了运用该模型进行Kalman滤波的实现过程。仿真实验表明,该模型与传统的方差自适应模型相比,位置精度提高了32%、速度精度提高了25%,应用本文算法能够提高定位精度和改善接收机的动态性能,拓宽高精度、高动态导航的应用范围。     

顾及有色噪声影响的位置域双频载波相位平滑伪距算法

载波平滑伪距技术是一种有效的GNSS数据处理技术,在很多高精度实时定位场合得到了广泛的应用。本文在随机模型中考虑载波相位时间差分观测量中有限冲激响应有色观测噪声的影响,推导出采用递归最小二乘方法的距离域和位置域双频载波相位平滑伪距算法,并利用实测数据验证了新算法的有效性。试验表明,相位平滑伪距能够减小伪距观测值的误差,提高伪距观测量的精度,从而提高定位精度;相对于传统的算法,距离域与位置域滤波的伪距平滑精度均有提高,三维定位误差精度均得到改善;同时表明,载波相位时间差分的有色噪声对平滑效果和定位精度有一定的影响。     

卫星双向载波相位时间频率传递及其误差分析

深入解析了基于码伪距测量的卫星双向时间频率传递(TWSTFT)原理,对其误差进行了分析,其精度主要受码速率的限制,难于满足更高精度要求;文章提出了基于载波相位的卫星双向时间频率传递方法,载波频率高,波长短,从理论上分析了以其作为TWSTFT伪距测量的参数可大幅度提高时间传递的精度;并对TWSTFT载波相位测量存在的误差源进行了初步分析,得出影响最大的因素是转发器误差、电离层误差、多径效应误差及星站相对运动引起的误差,参考GPS载波相位测量中误差消除的方法,对误差的消除方法提出建议。     

珞珈一号低轨卫星导航增强系统信号质量评估

低轨卫星导航信号增强能够弥补现有中高轨导航卫星信号收敛慢、信号弱的不足,在下一代导航定位技术中占有重要地位。武汉大学研制的珞珈一号科学实验卫星搭载了导航增强载荷,能够在轨自动计算轨道和钟差,并自主生成和播发双频测距信号,首次实现了低轨卫星平台的导航信号增强。就珞珈一号卫星导航增强信号的质量,包括信号载噪比、伪距和载波相位测量精度以及单星授时精度进行了评估,结果显示,珞珈一号卫星高仰角的伪距和载波相位测量精度分别优于1.5 m和1.7 mm,能够满足导航信号增强的需求。珞珈一号卫星单星授时的精度在10~30 ns量级,证明了珞珈一号卫星星地测距链路的正确性和有效性。     

多普勒平滑伪距在GPS/INS紧耦合导航中的应用

针对GPS/INS紧耦合导航中GPS伪距观测值精度较低的问题,提出了一种多普勒平滑伪距在GPS/INS紧耦合导航的应用算法。首先给出了GPS/INS紧耦合导航详细的动力学模型和观测模型,在载波相位平滑伪距的基础上推导了多普勒平滑伪距的具体算法和方差-协方差计算公式,并引入遗传算法对平滑因子进行最优估计;然后利用实测数据验证了新算法的有效性。结果表明,平滑算法能够有效提高伪距观测值的精度,从而提高组合导航的定位精度,相对于载波相位平滑伪距,多普勒平滑伪距的精度略有提高,而且多普勒平滑伪距不受周跳的影响,算法的效率更高。与此同时,伪距观测值精度的提高使其与伪距率观测值精度相当,增强了滤波系统的稳定性。     

城市典型环境下单频导航型GNSS接收机多路径误差特性分析

在高大建筑物、树木遮挡等城市复杂环境中,多路径误差和纯反射(NLOS)信号误差难以准确建模,严重影响行人GNSS导航定位的精度和可用性。本文首先对比分析了多路径延迟和纯反射信号延迟的误差特性,然后利用双差观测方程提取多路径和NLOS延迟误差,分析了两种延迟误差对伪距、载波相位和多普勒观测值的影响。通过UBLOX-NEO-M8T单频导航型接收机在建筑物附近和树木遮挡两种观测环境下的实测数据处理与分析,结果表明:载噪比(C/N0)较小时多普勒噪声明显变大。对于M8T导航型接收机,多路径影响严重的环境下C/N0低于30 d BHz,多普勒噪声变大。而NLOS影响严重的环境下多普勒噪声与C/N0之间关系不明显,在较大的C/N0,多普勒噪声仍然很大;在树木遮挡时,主要受多路径效应的影响,引起伪距的误差量级在10~150 m之间,对相位和多普勒的影响不明显;在高楼遮挡时,会出现NLOS信号干扰,对伪距和载波相位观测值的影响相同,延迟量大小与反射点的距离有关,可达到几百米,对多普勒观测值也有明显影响。     

载波相位平滑时间常数对GBAS精度增强的影响

陆基增强系统(GBAS)是利用载波相位平滑伪距差分修正实现对导航辅助定位的. 其中,平滑时间常数是影响载波相位平滑伪距精度的关键参数. 本文分析研究了不同平滑时间下电离层时间梯度和空间梯度对Hatch滤波的影响. 在结合电离层时空梯度和多径效应引起的滤波总误差方差的基础上,推导出自适应的最优平滑时间常数. 分别对GBAS静态和动态两种环境下的定位误差进行实验,实验结果表明,采用本文推导出的自适应平滑时间常数降低了GBAS伪距测量误差,从而使定位精度得到增强.      

基于GPS软件接收机的SINS／GPS紧组合系统仿真

为了系统验证SINS／GPS紧组合系统的性能,基于GPS软件接收机,进行了仿真系统构建。仿真系统由轨迹发生器、GPS中频信号模拟器、IMU信号模拟器、GPS软件接收机、SINS导航解算模块、组合滤波算法和导航性能分析模块等部分构成,其中详细设计了GPS软件接收机中的捕获和跟踪算法、SINS解算以及基于伪距和伪距率的组合滤波算法。仿真结果表明：紧组合导航系统收敛性较好,能够一定程度上抑制惯导系统误差的积累,有较好的导航性能。设计的该系统满足紧组合导航系统性能验证的需要,也为后续的超紧组合研究奠定了良好的基础。     

GPS导航电文核心定位参数发展演变分析

文章总结了GPS空间信号接口控制文件的发展历程,对比了现有3种导航电文类型的电文结构及播发方式, 详细分析了星历参数、钟差参数及完好性参数等核心定位参数的发展演变特点和改进效果. 结果表明:GPS新型导航电文采用增加核心定位参数和减小量化单位的方法,提高了广播星历和钟差产品的精度. 增加两个参数后,地面星历拟合位置误差均方根(RMS)平均值由0.137 m减小为0.025 m. 为适应高精度星历拟合模型,距离量化单位也减小至毫米量级. 通过减小卫星钟差参数的量化单位,预报1 h钟差误差RMS由0.097 m减小至0.042 m.      

Wavelet Shrinkage: High frequency multipath reduction from GPS relative positioning

The wavelet transform is used to reduce the high frequency multipath of pseudorange and carrier phase GPS double differences (DDs). This transform decomposes the DD signal, thus separating the high frequencies due to multipath effects. After the decomposition, the wavelet shrinkage is performed by thresholding to eliminate the high frequency component. Then the signal can be reconstructed without the high frequency component. We show how to choose the best threshold. Although the high frequency multipath is not the main multipath error component, its correction provides improvements of about 30% in pseudorange average residuals and 24% in carrier phases. The results also show that the ambiguity solutions become more reliable after correcting the high frequency multipath.     

3D building model-based pedestrian positioning method using GPS/GLONASS/QZSS and its reliability calculation

The current low-cost global navigation satellite systems (GNSS) receiver cannot calculate satisfactory positioning results for pedestrian applications in urban areas with dense buildings due to multipath and non-line-of-sight effects. We develop a rectified positioning method using a basic three-dimensional city building model and ray-tracing simulation to mitigate the signal reflection effects. This proposed method is achieved by implementing a particle filter to distribute possible position candidates. The likelihood of each candidate is evaluated based on the similarity between the pseudorange measurement and simulated pseudorange of the candidate. Finally, the expectation of all the candidates is the rectified positioning of the proposed map method. The proposed method will serve as one sensor of an integrated system in the future. For this purpose, we successfully define a positioning accuracy based on the distribution of the candidates and their pseudorange similarity. The real data are recorded at an urban canyon environment in the Chiyoda district of Tokyo using a commercial grade u-blox GNSS receiver. Both static and dynamic tests were performed. With the aid of GLONASS and QZSS, it is shown that the proposed method can achieve a 4.4-m 1σ positioning error in the tested urban canyon area.     

卫星导航系统导航信号与导航电文设计中的时间要素

从时间要素考虑，卫星导航系统如何支持用户对卫星钟误差的改正，如何支持用户进行实时、无整周模糊地伪距测量以及如何支持多系统兼容定位等，是导航信号与导航电文设计中必须解决的问题。本文在对国外卫星导航系统导航信号与电文设计进行分析研究的基础上，对这些问题进行了一些探讨。     

基于PXIe总线架构的GPS导航信号模拟源设计及实现

卫星导航信号模拟源为用户终端设备的设计、验证、测试提供输入信号源,是用户终端设备研发和卫星导航信号系统验证的重要工具.早期的射频合成技术产生的信号的精度和通道一致性较差,随后的模拟中频合成技术存在通道间偏差的问题,而目前常用的数字中频合成技术存在相位抖动问题,所以本文基于PXI Express(PXIe)总线的软件无线电架构,设计并实现了一款采用数字基带合成技术的软硬件结合模拟源.模拟源上位机数学仿真软件采用图形化编程语言LABVIEW开发,实现简单,开发效率高,最终生成数字基带合成信号;模拟源硬件则使用美国国家仪器公司(NI)模块化的虚拟仪器,接收并处理上位机产生的数字基带合成信号,最终产生用户终端设备可以接收的全球定位系统(GPS)射频信号.利用频谱分析仪观察模拟源输出信号的频率和带宽,验证了GPS模拟源仿真信号的正确性;利用商用接收机进行定位解算,分析静态和动态场景下的信号质量、定位结果及三轴定位误差,验证了GPS模拟源仿真信号的准确性和有效性.     

两种不同方式智能手机伪距平滑分析

针对智能手机受导航芯片和天线接收器限制、伪距观测值精度不高、粗差较多等问题,本文提出利用各观测量进行历元间求双差,以探测观测值中的粗差并予以剔除,再结合多普勒观测值和载波相位观测值平滑伪距,从数据质量和伪距平滑两方面分析影响智能手机定位精度的原因,说明智能手机载波相位观测值和多普勒观测值平滑伪距的可用性.试验结果表明:...     

卫星信号发射时刻的无偏恢复

卫星信号发射时刻在导航定位中是一个重要的参数,但是在城市峡谷等弱信号条件下,接收机可能完成不了所有卫星信号发射时刻的组装。在伪距定位中卫星信号发射时刻的组装和粗时段导航中卫星信号发射时刻的恢复(有偏)技术基础上,提出一种无偏的卫星信号发射时刻恢复方法,前提是卫星至少能完成一颗星的伪距测量,并且具有150km误差范围内的先验位置和辅助星历。利用BDS B1和GPS L1中频数据在软件接收机平台进行了BDS,GPS信号发射时刻无偏恢复验证实验证明了方法的有效性。