基于改进卡尔曼滤波的卫星导航定位精度优化

为解决卫星导航定位信号因遮挡而出现非视距传播模式,导致定位精度低的问题,研究基于改进卡尔曼滤波的卫星导航定位精度优化方法。改进蛙跳算法寻优设置,优化支持向量机,分类提取存在遮挡信息的卫星导航信号;设计基于改进卡尔曼滤波的卫星导航定位精度提升算法,动态估计存在遮挡信息的卫星导航信号观测噪声协方差,自适应调节信号滤波增益,全面去除信号中的无效定位信息,获得精准卫星导航定位结果。研究结果显示：所提方法使用后,卫星导航定位结果实际位置高度匹配,定位精度明显提升。     

基于粗时段导航与RAIM算法的A-GNSS室内定位

针对GNSS接收机在室内环境中面临的强烈的信号衰减、非视距传播和互相关效应的问题,提出了一种基于粗时段导航和RAIM算法解决A-GNSS室内定位问题的方法,并利用BDS数据验证了该方法的可靠性。结果表明,粗时段导航算法能够提供连续可靠的定位结果,应用于微弱信号环境;基于组合FDE的RAIM算法能够增加定位结果可用率,解决室内卫星信号存在的非视距传播和互相关效应的问题。基于粗时段导航与RAIM算法的A-GNSS定位技术能够应用于室内定位,仿真定位结果水平方向RMS在10 m以内。     

基于加权奇偶矢量的伪卫星辅助北斗定位完好性监测算法

伪卫星能够为导航星座提供额外的观测信号,利用冗余观测量将帮助用户自主完成故障的检测与识别,在部分卫星星座几何分布不良的情况下,仍能获得基本的导航服务。本文针对伪卫星参与定位下的接收机自主完好性问题展开了研究,分析了伪卫星辅助北斗定位模式下的完好性监测算法,给出了相应的故障检测识别算法及用户误差保护级计算方法,分析了相应配置下的算法性能,有效降低了故障检测概率和系统完好性保护级xPL。     

北斗接收机位置解算算法及验证

接收机位置解算作为卫星导航定位中极其重要的一环,所使用算法的正确与否,直接影响到定位精度。文中使用诺瓦泰接收机采集到的北斗星历数据和伪距观测量,对北斗接收机位置解算的经典算法,包括北斗卫星位置的解算算法和最小二乘法接收机位置解算算法,进行了计算及分析验证。结果表明,利用北斗空间控制接口文件所提供的算法计算所得卫星位置三维误差均在10 m以下,使用最小二乘法解算出的接收机位置三维误差均在5 m以下,均满足北斗官方性能规范要求,从而验证了算法的正确性以及可行性。      

GPS导航电文中星历参数量化对接收机性能的影响分析

导航电文包含卫星导航系统中定位解算的基础数据,卫星轨道的计算精度与导航电文中广播星历参数的精度密切相关。电文帧结构中排布的各星历参数量化位数受限于电文传输的信息速率,需要进行详细的设计论证。本文首次专门分析和大量仿真了GPS导航电文中由星历参数的有限量化字长引入的误差对卫星位置计算精度的影响,并通过GPSL1C/A数字中频信号模拟器和软件接收机进行了闭环测试,结果表明NAV格式星历参数量化前后卫星位置的计算偏差在2h的星历有效时间内不超过0.2m;进一步的仿真分析表明其所引入的UERE(用户等效距离误差)偏差不超过0.06m,而对用户定位结果的影响在厘米量级。     

北斗全球导航卫星的运动学解算方法研究

在GNSS中,获取各个可见卫星的位置和速度是卫星导航接收机实现定位、测速和定时的必要条件。介绍北斗全球导航卫星的星历数据参数,依据卫星星历参数,给出了卫星空间位置、运行速度和加速度的数学表达式;研究基于轨道插值的卫星状态估计方法,利用分段三次埃尔米特插值计算卫星位置与速度;采用Matlab软件编制星历参数法与插值法的解算软件,并通过实验仿真验证了两种方法的可行性。结果表明,插值法得到的卫星位置误差可满足导航定位需求,在处理数据量大的情况下,插值法提高了计算效率。     

WiFi辅助的基于坐标搜索格网的卫星定位

针对城市复杂环境下卫星观测数不足情况下的定位问题,并结合"智慧城市"发展过程中无线信号资源日益丰富这一背景,本文提出了典型泛在无线WiFi信号辅助下的卫星定位方法。该方法首先通过WiFi定位获得概略二维位置信息,在此基础上附加先验高程,然后建立坐标搜索格网,应用最小距离误差算法来获得最后的定位结果。仿真实验结果表明,与WiFi定位得到的初始概略坐标相比,基于格网搜索的卫星定位精度有了明显提高,并且可以避免由于卫星分布过于集中而产生的观测方程系数矩阵的病态问题;另外,先验高程误差也会对最后定位结果产生影响,总体趋势是高程误差越大,定位精度越低,但是合理范围内的高程偏差(例如10m以内)仍然可以满足普通导航定位的需求。     

卫星导航定位卡尔曼滤波时延平滑方法研究

为进一步提高卫星导航定位精度和性能,介绍和讨论了卡尔曼滤波延时平滑方法,并建立了一种卡尔曼滤波延时平滑定位模型与算法。与经典卡尔曼滤波类似,该算法同样具有状态系统与测量系统两类方程,能够根据后续历元测量值及定位结果向前进行逆向预测与更新,从而达到对整体定位过程再次平滑的目的,更大程度地获得定位结果跟随性与平滑性之间的平衡。通过多种不同情况下的GPS实测试验,对方法的正确性和可行性进行了分析与验证。结果表明,卡尔曼滤波延时平滑定位方法能够适用于多种静态、动态导航应用领域,使输出结果更为平滑和准确,在有效提高定位精度的同时具有更强的抗多径和抗干扰性。     

利用三颗导航卫星进行二维定位的解算模型及其仿真解算

给出了用户接收机只收到三颗导航卫星信号时的二维定位解算模型及其解算方法，重点介绍了解算方法中接收机概略坐标的求法及利用得到的概略坐标求解接收机位置和钟差，并做了仿真解算。从卫星和接收机不同位置的很多次仿真解算结果表明，接收机位置和钟差能够极收收敛，通常迭代两次就能得到非常好的结果，完全适合工程应用。     

卫星信号模拟器研究现状及发展趋势

卫星信号模拟器是一种高精度的标准信号源,可以产生卫星导航信号,为导航接收机的研制开发、测试提供仿真环境,是导航接收机设计的必备辅助工具。详细介绍了卫星信号模拟器的国内外研究动态,总结了国内外在该领域的技术现状,最后,对卫星信号模拟器的未来发展趋势做了探讨。     

卫星导航信号捕获的一种高效相关算法

信号捕获的相关层实现在整个接收机的硬件资源中占据了重要的比重.为了能够降低量化损耗和减少相关层所需的硬件资源,论文提出了一种高效的相关算法.相比传统实现方法,论文所提算法能够将加法树所需硬件资源降低1／2,同时量化损耗减少约0.3 dB.该算法对卫星导航接收机的低成本和低功耗实现具有重要的参考价值.      

城市环境下智能手机GNSS/视觉组合导航算法和性能评估

通过将卫星定位和计算机视觉定位组合,可以使智能手机在城市、峡谷等卫星定位结果跳变或中断的情况下,仍为用户提供连续、高精度的位置服务.因此,为改善手机端卫星信号不理想区域的定位精度,设计和实现了GNSS与单目相机组合导航的实验.通过数据平滑、旋转矩阵求解等过程完成系统间的轨迹转换,并分析了坐标转换误差.使用结合贝叶斯估计的卡尔曼滤波对两种轨迹进行融合处理.最终结果表明,在城市环境下,GNSS与单目相机组合后,定位误差小于3 m的概率由21.21％提升至48.15％,小于5 m的概率由48.82％提升至70.03％.     

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。     

附加虚拟信号精化水汽层析模型的方法

在全球导航卫星系统（global navigation satellite system,GNSS）水汽层析中,受卫星星座和接收机几何分布的影响,穿过层析区域的射线条数有限。针对该问题,设计并实现了一种附加虚拟倾斜路径信号精化水汽层析模型的方法,该方法能够增加穿过研究区域的射线条数和射线穿过的网格数,使层析结果更加逼近真值。利用香港卫星定位参考站网2015年5月共31 d的GPS网实测数据和气象数据进行实验,并结合无线电探空数据验证该方法的可行性及精度。结果表明,该方法能够提高层析结果的精度,与传统层析方法相比,该方法在均方根（root mean square,RMS）、水汽密度廓线和误差分布上均优于传统方法。     

卫星导航接收机兼容性测试评估技术研究与实现

随着卫星导航系统的快速发展,兼容性已经成为接收机性能测试的一个重要指标。在分析导航信号的兼容性时,通常会采用载噪比来表征所接收信号的质量。基于该原理,提出了一种关于导航接收机兼容性的测试评估方法。为了实现兼容性的测试及评估,首先搭建了一个接收机测试评估平台,然后给出了接收机兼容性的评估准则,最后根据所设定的测试场景对接收机兼容性进行了测试并对其性能做出了评估。     

Cowell预测校正积分在GLONASS接收机中的应用

GLONASS卫星位置解算是GLONASS接收机定位解算的重要步骤,要求算法的精度高、运算量小、稳定性好。介绍了一种求解GLONASS导航卫星位置的新方法——基于Cowell预测校正积分的GLONASS卫星位置计算方法。采用实际数据对该算法和四阶龙格-库塔算法进行了对比验证。结果表明,该方法是一种高效的GLONASS卫星位置解算方法,其稳定度优于四阶龙格-库塔算法,且计算量小。     

一种新的利用历元间位置变化量约束的GNSS导航算法

目前常用相位或多普勒观测值平滑伪距的方式提高全球导航卫星系统(global navigation satellite system, GNSS)的导航性能。然而在城市环境下,GNSS观测信号中断严重,且行人等载体运动具有很大随机性,常规的相位平滑伪距或者常速度/常加速度导航算法效果有限。因此,提出了一种基于历元间载体位置变化量约束的单机GNSS导航算法,该算法利用历元间相位差分观测值计算高精度历元间位置变化量,并以此描述载体的运动,构建滤波模型的状态方程,同时利用伪距观测值构建观测方程,采用扩展卡尔曼滤波实时估计载体的位置。实验使用低成本的单频u-blox接收机实测数据,结合该算法进行导航解算。结果表明,静态情况下,导航结果的平面精度优于0.56 m;在动态情况下,平面精度优于1.0 m。在使用基站播发的GNSS差分改正数后,导航平面精度、垂向精度分别提高约49%、46%。该算法性能可靠,即使前后历元仅有4颗卫星连续观测,仍能够提供连续、平滑的实时定位结果,为用户提供更优的导航体验。     

基于波束控制的卫星导航接收机抗干扰算法研究

卫星导航接收机抗干扰技术是接收机设计的一项关键技术。在研究基于功率反演的空域自适应抗干扰算法基础上，提出了采用基于波束控制的抗干扰算法，并进行了仿真计算，结果表明：该算法明显提高了接收机抗干扰性能。     

改进差分相干累加算法的北斗卫星导航弱信号捕获

以提升北斗卫星导航能力为目的,设计了改进差分相干累加算法的北斗卫星导航弱信号捕获方法。该方法通过构建北斗卫星信号模型,利用该模型获得北斗卫星导航中频信号;然后以改进差分相干累加算法为基础,建立北斗卫星导航弱信号捕获模型,将北斗卫星导航中频信号作为该模型的输入,经过北斗卫星导航弱信号捕获模型对中频信号块实施累加处理和多普勒圆周位移搜索,以及快速傅里叶变换和反傅里叶变换等步骤后,通过判断北斗卫星导航弱信号捕获判决,输出北斗卫星导航弱信号捕获结果。实验结果表明：该方法在捕获北斗卫星导航弱信号时的运算量较小,可有效捕获-36 dB的北斗卫星导航弱信号,同时其捕获概率较高,应用效果较为显著。     

改进的STUKF及其在多传感器信息融合中的应用

针对卫星导航信号不可用时引起组合导航性能降低问题,设计了适用于飞行器进近的卫星导航/捷联惯导/摄影定位(GNSS/SINS/Photogrammetry)组合系统。针对飞行器着陆时对系统位姿精度和自主性高的要求及其存在加减速、转弯等高动态的特性,以及采样点初始信息的不确定性导致UKF滤波器误差变大或者发散的问题,各子滤波器的状态估计采用改进的强跟踪无迹卡尔曼滤波(STUKF)方法。数字仿真表明,与传统UKF算法相比,改进的算法对载体的位姿估计精度更高,且只需一次UT变换,无需求解雅可比矩阵;计算复杂度降低对飞行器进近的过程有一定适应性。