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。     

利用等价消去原理实现实时动态单点定位快速可靠收敛

无人机、自动驾驶等领域的快速发展对全球卫星导航系统实时动态定位提出了更高的精度要求,而传统基于多普勒测速的常速滤波模型和基于载波时间差分的位置变化滤波模型的定位精度难以实现动态目标位置信息的实时、准确、稳定获取。根据等价消去原理移除动态坐标参数,采用历元间差分观测值并充分顾及模型残差的影响,构建准静态卡尔曼滤波模型。利用滤波得到的模型残差对位置信息进行修正,极大削弱了直接采用相位时间差分获取位置变化量带来的模型残差累积。利用无人机和车辆平台采集的数据分别进行了GPS和北斗卫星导航系统（BeiDou satellite navigation system,BDS）的单频动态定位实验,结果显示,基于等价消去原理的滤波模型能实现优于30 s的定位收敛,相对首历元位置的三维定位偏差的标准差基本在10 cm以内,平面精度可达3 cm。另外,由于卫星数的差异,基于BDS的收敛速度和稳定性均优于GPS。     

风云三号C卫星星载GPS/BDS实时定轨分析

随着北斗卫星导航系统(BeiDou navigation satellite system,BDS)的建设与运行,低轨卫星开始搭载GPS/BDS双系统接收机以实现卫星轨道确定.利用风云三号C(FengYun-3C,FY3C)卫星星载GPS/BDS双频伪距与载波相位观测数据,设置4种仿真试验方案,分别进行星载GPS/BDS在轨实时定轨数据处理,重点进行BDS观测数据对伪距实时定轨和载波相位实时定轨的精度影响分析和算法耗时分析.结果表明,采用伪距观测值,可获得1.0m的位置精度和1.0 mm/s的速度精度;采用载波相位观测值,可获得0.3 m的位置精度和0.3 mm/s的速度精度,且引入BDS观测值后,伪距实时定轨精度降低,相位实时定轨精度有所改善.     

基于STM32开发板的BDS/GPS数据实时采集与解码研究

针对实时接收BDS／GPS数据丢失、存储不合理、解码精度低等问题,提出以基于STM32F103RET6微控制器为核心的开发板为载体,通过编写数据实时采集与解码算法,实现对数据的存储与计算,得到高精度的伪距、载波等观测值,并实时输出BDS／GPS组合系统伪距单点定位结果。测试结果表明,单点定位的标准差为9 m左右,均方根误差为14 m左右,该开发板运行稳定、使用方便,可为实现多系统数据实时采集、解码和差分计算提供基础。      

基于加权的伪距和历元间相位差分模型GPS单点定位方法

在星载GPS精密定轨或单点定位中,尤其单频接收机的情况下,仅利用相位观测值,由于需要解算模糊度方程通常奇异,仅利用伪距观测资料,由于伪距观测值的噪声影响使得难以实现高精度定位要求。鉴于此,本文讨论了基于加权的伪距和历元间相位差分模型的GPS单点定位方法,该方法既能改善方程奇异性,又无需考虑模糊度因素,能确保观测值的精度。本文分别探讨了伪距观测方程和历元间差分相位观测方程,并给出了联合误差模型,推导了权值的计算公式和参数解算公式,最后基于动态单点定位考虑,探讨了基于加权的伪距和历元间相位差分模型的序贯最小二乘参数解算一般表达式。     

一种BDS/GPS组合动态变形测量系统的模糊度实时算法分析

介绍了BDS/GPS组合载波相位双差定位的解算模型,分析了通常模糊度实时算法的不足,根据工程结构变形测量中,监测点初始坐标已知且在一定范围内变化的特点,提出了一种BDS/GPS组合测量系统模糊度单历元实时算法。通过实测的实验数据,验证了本文算法的正确性。     

一种BDS/GPS宽巷模糊度固定方法

针对目前双频伪距与相位观测值线性组合法(MW法)固定BDS/GPS宽巷模糊度所需平滑历元个数多的问题,提出一种附有北斗超宽巷约束的BDS/GPS几何相关的宽巷模糊度固定方法。利用伪距载波组合确定出北斗(0,-1,1)超宽巷模糊度并回代到观测方程,将超宽巷观测方程作为约束条件与BDS/GPS宽巷观测方程联立,以共有的位置参数将上述观测信息融合单历元固定BDS/GPS宽巷模糊度。基于实测数据结果表明,相对于常规的MW法,采用本文提出的有几何BDS/GPS宽巷模糊度固定方法,能够提高BDS/GPS宽巷模糊度的解算精度和时效性,适合中短基线且电离层不活跃情况下BDS/GPS宽巷模糊度的解算。     

BDS/GPS组合相对定位方法及精度分析

基于BDS/GPS联合定位的时空基准统一,详细介绍了BDS/GPS定位的数学模型。在伪距双差和载波相位相对定位两种算法的基础上,利用自编的BDS/GPS定位程序处理了实测的BDS/GPS短基线数据。最后对比和分析了在BDS、GPS、BDS/GPS三种模式下的定位精度水平。本文的分析为BDS/GPS的定位提供了参考,得出一些有益的结论。     

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。     

GPS/BDS的RTK定位算法研究

针对附加模糊度参数的Kalman滤波函数模型和随机模型,提出了一种确定实时动态(real-time kinematic,RTK)定位中Kalman滤波参数的方法。利用该算法,采用自编的GPS/BDS RTK定位程序处理了实测的GPS/BDS短基线数据,对比和分析了GPS、BDS、GPS/BDS三种RTK定位组合模式下的定位精度水平。在短基线的情况下,GPS/BDS的RTK定位精度相对于GPS或者BDS没有明显提高,但是得到固定解所需的时间明显减少。     

PERFORMANCE ANALYSIS OF INTEGRATED GPS/GLONASS CARRIER PHASE-BASED POSITIONING

1　ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＲｅａｌ＿ｔｉｍｅｋｉｎｅｍａｔｉｃＧＰＳｐｒｅｃｉｓｅｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇｈａｓｂｅｅｎｐｌａｙｉｎｇａｎｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｒｏｌｅｉｎｂｏｔｈｓｕｒｖｅｙｉｎｇａｎｄｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ,ａｎｄｈａｓｂｅｃｏｍｅａｎｅｓｓｅｎｔｉａｌｔｏｏｌｆｏｒｐｒｅｃｉｓｅｒｅｌａｔｉｖｅｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ .Ｈｏｗｅｖｅｒ,ｒｅｌｉａｂｌｅａｎｄｃｏｒｒｅｃｔａｍｂｉｇｕｉｔｙｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｄｅｐｅｎｄｓｏｎｏｂｓｅｒｖａ ｔｉｏｎｓｕｐｏｎａｌａｒｇｅｎｕｍｂｅ…     

Performance analysis of integrated GPS/GLONASS carrier phase-based positioning

Due to the different signal frequencies for the GLONASS satellites, the commonly-used double-differencing procedure for carrier phase data processing can not be implemented in its straightforward form, as in the case of GPS. In this paper a novel data processing strategy, involving a three-step procedure, for integrated GPS/GLONASS positioning is proposed. The first is pseudo-range-based positioning, that uses double-differenced (DD) GPS pseudo-range and single-differenced (SD) GLONASS pseudo-range measurements to derive the initial position and receiver clock bias. The second is forming DD measurements (expressed in cycles) in order to estimate the ambiguities, by using the receiver clock bias estimated in the above step. The third is to form DD measurements (expressed in metric units) with the unknown SD integer ambiguity for the GLONASS reference satellite as the only parameter (which is constant before a cycle slip occurs for this satellite). A real-time stochastic model estimated by residual series over previous epochs is proposed for integrated GPS/GLONASS carrier phase and pseudo-range data processing. Other associated issues, such as cycle slip detection, validation criteria and adaptive procedure(s) for ambiguity resolution, is also discussed. The performance of this data processing strategy will be demonstrated through case study examples of rapid static positioning and kinematic positioning. From four experiments carried out to date, the results indicate that rapid static positioning requires 1 minute of single frequency GPS/GLONASS data for 100% positioning success rate. The single epoch positioning solution for kinematic positioning can achieve 94.6% success rate over short baselines (<6 km).     

粒子滤波在高动态GPS定位中的应用

针对高动态GPS定位系统的特点,引入了一种基于粒子滤波的高动态GPS定位系统滤波算法。借助于移动目标的速度矢量模型建立了系统状态方程,论文给出了标准的卡尔曼滤波算法模型,重点讨论了粒子滤波算法在高动态GPS定位中的应用,详细描述了算法的推导过程。对算法进行仿真,结果表明当GPS接收机作大范围机动或GPS信号受到干扰时,粒子滤波要优于标准的卡尔曼滤波。     

基于GPS／BDS组合的浅海AUV定位性能分析

针对水下机器人在浅海工作时定位误差大的问题,在浅海电磁波信号衰减不大的情况下,文中重点介绍一种基于GPS/BDS双模组合定位技术的浅海水下机器人高精度定位导航系统,为了比较双模定位系统的定位性能,设置了GPS和BDS单模定位系统作对比,提出了使用中值滤波算法和卡尔曼滤波算法相结合的定位数据处理方法,通过对双模定位系统测试数据的滤波处理,得出系统的定位性能。测试结果表明,双模定位系统的定位精度要高于单模定位系统;中值滤波和卡尔曼滤波相结合算法的应用能够明显提高双模定位系统的定位精度。      

北斗区域导航系统的PPP精度分析

北斗卫星导航系统的开放运行为其在高精度领域的应用提供了可能,系统精密单点定位性能受到了极大关注。本文首先介绍了北斗区域导航系统的星座和BDS/GPS跟踪网,分析了基于国内布站定轨的北斗卫星精密轨道和钟差精度。在此基础上研究了北斗区域导航系统静态、动态精密单点定位精度,并与GPS定位结果进行比较。实测算例表明:北斗精密单点定位可以实现静态厘米级、动态分米级的定位精度,达到目前GPS精密单点定位水平。     

GPS单点测速的误差分析及精度评价

首先从理论和实测数据模拟两方面分析了SA取消后各类误差源对GPS测速的影响,推导并计算了GPS单点测速可能达到的精度水平。然后用静态数据模拟动态测速试验和实测动态数据测速与同步高精度惯导测速的动态试验进行验证。结果表明,采用载波相位导出的多普勒观测值使用静态数据模拟动态测速,其精度可以达到mm/s级;用接收机输出的多普勒观测值进行测速时,其精度为cm/s级。在动态测速试验中,GPS单点测速方法（即多普勒观测值测速与导出多普勒观测值测速）间的符合精度达到cm/s级,与高精度的惯导测速结果的符合精度为dm/s级,而且和运动载体的动态条件（如加速度和加速度变化率的大小）具有很强的相关性。     

基于GNSS/UWB的室内外连续定位方法

全球卫星导航系统(GNSS)与超宽带(UWB)等定位系统在室内外复杂环境下作用范围有限,并且单一定位源均无法获得从室外到室内连续可靠的定位结果等问题,针对北斗卫星导航系统(BDS)+GPS/UWB松组合定位方法展开研究,设计了室内外动态定位实验与过渡区域静态定位实验,利用扩展卡尔曼滤波器(EKF)对定位误差状态进行最优估计,并对BDS+GPS组合、UWB以及BDS+GPS/UWB松组合三种定位模式进行分析评价. 实验结果表明:在室内外的过渡区域,BDS+GPS/UWB松组合改善了GNSS-实时动态定位(RTK)的定位精度,扩展了GNSS-RTK的作用范围;BDS+GPS/UWB松组合相比于各单一定位源在一定程度上提高了系统从室外到室内定位的连续性与定位结果的可用性.      

BDS不同轨道卫星精密单点定位性能分析

为了分析北斗不同轨道卫星对定位结果的影响,从而更好地利用我国自主研发的北斗卫星导航系统。该文采用亚太地区7个MGEX测站12d观测数据,进行静态、后处理动态和模拟实时动态3种模式的精密单点定位实验。实验结果表明,在北斗3类轨道卫星等权的情况下,倾斜地球同步轨道(IGSO)卫星对定位结果贡献最大;北斗两类轨道卫星组合中,IGSO+MEO组合定位精度最高,其静态精密单点定位(PPP)在E、N、U方向的RMS分别为0.62、0.39、3.71cm,后处理动态和模拟实时动态PPP的RMS为分米级;北斗各类轨道卫星与GPS组合定位中,GPS+IGSO+MEO组合定位结果收敛速度最快,收敛时间为26.30min。     

Ambiguity resolved precise point positioning with GPS and BeiDou

This paper focuses on the contribution of the global positioning system (GPS) and BeiDou navigation satellite system (BDS) observations to precise point positioning (PPP) ambiguity resolution (AR). A GPS + BDS fractional cycle bias (FCB) estimation method and a PPP AR model were developed using integrated GPS and BDS observations. For FCB estimation, the GPS + BDS combined PPP float solutions of the globally distributed IGS MGEX were first performed. When integrating GPS observations, the BDS ambiguities can be precisely estimated with less than four tracked BDS satellites. The FCBs of both GPS and BDS satellites can then be estimated from these precise ambiguities. For the GPS + BDS combined AR, one GPS and one BDS IGSO or MEO satellite were first chosen as the reference satellite for GPS and BDS, respectively, to form inner-system single-differenced ambiguities. The single-differenced GPS and BDS ambiguities were then fused by partial ambiguity resolution to increase the possibility of fixing a subset of decorrelated ambiguities with high confidence. To verify the correctness of the FCB estimation and the effectiveness of the GPS + BDS PPP AR, data recorded from about 75 IGS MGEX stations during the period of DOY 123-151 (May 3 to May 31) in 2015 were used for validation. Data were processed with three strategies: BDS-only AR, GPS-only AR and GPS + BDS AR. Numerous experimental results show that the time to first fix (TTFF) is longer than 6 h for the BDS AR in general and that the fixing rate is usually less than 35 % for both static and kinematic PPP. An average TTFF of 21.7 min and 33.6 min together with a fixing rate of 98.6 and 97.0 % in static and kinematic PPP, respectively, can be achieved for GPS-only ambiguity fixing. For the combined GPS + BDS AR, the average TTFF can be shortened to 16.9 min and 24.6 min and the fixing rate can be increased to 99.5 and 99.0 % in static and kinematic PPP, respectively. Results also show that GPS + BDS PPP AR outperforms single-system PPP AR in terms of convergence time and position accuracy.