Bancroft算法应用于GPS/BDS/GLONASS三系统伪距单点定位

为了提高多系统组合单点定位的运算效率,将Bancroft算法推广应用于GPS/BDS/GLONASS三系统伪距单点定位,并推导了该方法的详细计算流程,比较了Bancroft算法、最小二乘算法和组合两种算法的精度、迭代次数以及运算时间。利用实测数据进行实验,结果表明,3种算法精度相当,Bancroft算法比最小二乘算法迭代次数少,运算效率提高了38%,利用Bancroft为最小二乘算法提供初值,收敛速度加快,运算效率提高了36%。最终得出结论,Bancroft算法应用于GPS/BDS/GLONASS三系统伪距单点定位满足精度要求,且Bancroft算法对于减少迭代次数,提高运算效率有重要意义。     

基于矩阵分解的平差解算方法研究

首先分析了法方程稳定性对平差解算结果的影响。为减弱法方程对平差解算结果的影响,采用矩阵分解方法直接对系数矩阵进行矩阵分解,以求解最小二乘最小范数解替代原来最小二乘的法矩阵求逆运算,从而克服法方程求逆造成的解算稳定性差和病态性问题。实验分析结果表明基于矩阵分解的平差解算精度和可靠性较优。     

HY-2卫星精密轨道拟合与外推的两种方法比较

分别采用切比雪夫曲线和最小二乘曲线拟合HY-2(海洋二号)卫星精密轨道,并进一步解算速度场与预报轨道。结果表明:最小二乘曲线拟合结果明显优于切比雪夫曲线拟合结果,拟合轨道精度为1～2cm,拟合速度场精度为1～2cm/s,且可以进行轨道短期预报,预报轨道精度与拟合轨道精度相当。     

基于三频观测值中长基线快速动态定位方法

针对全球卫星导航系统(global navigation satellite system, GNSS)的中长基线快速动态定位,提出了一种基于三频组合观测值的实时动态差分(real-time kinematic, RTK)卡尔曼滤波定位方法,以位置参数和宽巷组合观测值的双差模糊度为状态向量进行参数估计,采用最小二乘模糊度降相关平差(LAMBDA)方法搜索固定模糊度,以改正后的超宽巷组合观测值为高精度“伪距”,以宽巷组合观测值作为载波相位进行定位解算。通过香港和河南省境内的两组中长基线实验数据,详细分析了该方法在中长距离下的快速动态定位解算性能。实验结果表明,采用该方法宽巷模糊度可实现单历元固定,在静态固定率达到约100%,动态情况下固定率也可以达到约65%,达到了快速高精度定位解算的要求,平面位置精度均能实时达到厘米级。     

GPS数据处理中实时随机模型的估计方法

为了满足在复杂观测条件下GPS基线解算的精度要求,研究了一种新的随机模型。与基于卫星高度角的随机模型难以定义出观测值之间的空间相关性不同,该随机模型核心是基于最小二乘估计得到的残差序列,通过移动窗口,利用前几个历元的残差序列,对当前历元观测值的方差-协方差阵进行实时估计。通过实例分析,将其与传统的随机模型的计算结果进行对比,验证了该实时随机模型在改善基线解算精度方面的有效性。     

大地测量中法方程病态性问题的初探

在大地测量中,法方程病态问题大量存在。由于病态性的存在,致使按最小二乘法解算参数估值精度变差发生扭曲,最终使所得结果不能使用。重点研究奇异值分解法(SVD)和误差转移法解决病态问题的思想、途径、对关键问题的处理、适用范围等。最后通过GPS实测数据来验证这两种方法的有效性,其解算的结果表明:这两种方法能解决法方程病态性问题,且算法简便、易懂,有较强的应用价值。     

多站激光扫描点云配准算法研究

随着Li DAR的迅速发展,三维激光扫描技术已经被广泛运用于各个领域。点云数据配准过程中,传统的配准算法比较依赖特征点匹配精度,粗差点的存在会较大程度地影响配准精度和配准效率。通过对罗德里格矩阵、整体最小二乘原理的分析,提出了一种基于整体最小二乘的罗德里格矩阵算法。在该算法实现的过程中,能够考虑到系数矩阵误差,降低算法实现过程中特征点坐标误差对参数求解的影响。实验结果表明,本文算法比参数算法和严密的罗德里格算法精度更高、稳定性更强,在初始对应点坐标误差较大的情况下仍能获得精度较为稳定的变换参数。     

赋双平滑参数的广义补偿最小二乘估计

基于补偿最小二乘法思想,研究推导了半参数模型解算的极小化过程中,在残差和补偿项均赋予平滑参数的广义补偿最小二乘估计解的形式及其均方误差计算公式;模拟算例表明:在这种规则下,不仅可以克服病态性对半参数模型解的影响,而且也可以正确分离系统误差。新规则下,要求赋予的两个平滑参数之和等于1,各平滑参数严格限定在区间(0,1],从而使平滑参数的选择范围得到大幅缩小,为本法的应用提供了有利条件。     

求解等式约束不定最小二乘校正问题的一种数值方法

主要考虑求解等式约束不定最小二乘校正问题。基于不定对称矩阵的反三角矩阵分解,给出了求解不定最小二乘更新问题的一种数值方法。该算法主要通过正交相似变换将对应的增广矩阵化为块下反三角形式,使得原线性系统变得更易于求解,同时也给出了原问题和校正问题的解之间的关系。数值实验表明本文给出的数值方法是有效的,可以得到较精确的近似解。     

一种水声定位数据后置处理方法

文章给出了定位数学模型和递推最小二乘算法,并且讨论了数据后置处理的过程和最小二乘法在数据后置处理中的应用,最后详细介绍了水池试验数据的处理结果。实验结果表明,利用递推最小二乘法能够有效地对定位结果进行平滑处理。     

超短基线系统定位精度改进方法

超短基线是一种常用的水声定位技术,与其它基线相比,超短基线定位系统基线基阵尺寸小,易于安装。由于在远距离误差发散快,超短基线作用距离不远,其远距离定位精度也不高。为了满足深海作业需要,提高超短基线远距离的定位精度,提出改进超短基线定位精度的两种方法,一种方法是通过改进基阵阵形,从而加大基阵孔径提高定位精度;另一种是通过使用宽带信号测向,采用相关峰内插时延估计的方法。经计算机仿真,通过两种方法改进后的超短基线系统定位精度都得到不同程度的提高。     

非差非组合与组合模型定位性能对比及并行设计

分别采用非差无电离层组合模型与非差非组合模型进行批量静态定位解算,对比两者的定位精度以及ZPD估计精度。设计并实现两种模型的并行解算方法,提高非差模型的计算效率。大网数据实验结果表明,两种模型定位精度基本一致,非差非组合ENU的3个方向平均偏差为(4.2,2.8,6.6)mm,组合模型的平均偏差为(4.0,2.8,6.3)mm,但非差非组合模型的解算更加耗时,约是组合模型计算时间的1.4倍。多核环境下,两种模型的并行解算效率均比传统串行模型得到了提高。结果表明,双核并行和四核并行的计算效率比单核串行计算均分别提高了40%和60%以上。     

IRNSS/NavIC Single-Point Positioning: A Service Area Precision Analysis

The Indian Regional Navigation Satellite System (IRNSS) has recently (as of May 2016) become operational. The system has been developed with the objective of offering positioning, navigation, and timing (PNT) to users in its two service areas, covering the Indian landmass and the Indian Ocean, respectively. It is the goal of this contribution to provide further insight into the full-constellation L5 pseudorange single-point positioning (SPP) capabilities of the system. A detailed dilution of precision (DOP) analysis of its two service areas, including the identification, in location and time, of poor receiver-satellite geometries is provided. It is hereby demonstrated how the impact of some of these poor receiver-satellite geometries can be mitigated by means of height-constraining. An overview and analysis of the SPP precision is also provided including easy-to-use representative day-averaged values for a grid of locations covering the two service areas.     

一种改进的水下声学定位算法

通过分析讨论泰勒级数展开法和Chan算法的优缺点,提出了一种先由Chan算法解算求得初始参考值,再由泰勒级数展开法在该初始值处展开进行迭代求解的协同定位算法。通过实验,将本方法与传统定位算法(泰勒法)、Chan算法进行对比。结果表明,该方法无需额外提供初始值,解算出较好的结果的同时且能保持良好的时间效率。通过此方法,在实际生产作业中可节约定位时间,改善定位精度。     

Fast BDS Positioning Convergence Based on the Contribution of GPS Observations

Comparing to single BeiDou Navigation Satellite System (BDS) Precise Point Positioning (PPP), a method which can more quicklydetermine the ambiguity parameters of BDS through applying the contribution of GPS observations is proposed and analyzed in this article. The numerical examples and analysis show that the ionosphere-free ambiguities of BDS satellites can be determined and converged more quickly because of the contribution of GPS observations. The average improvement of the convergent speed of positioning is 18.5% and its positioning accuracy in N, E, and U components are improved by 29.4, 30.3, and 34.4%, respectively, with the contribution of the a priori coordinates obtained from GPS observations. This method is useful for single BDS system positioning when there is a priori information provided by GPS or other sensors which be replaced by and can be applied at the beginning of the computation.     

多传感器组合导航系统研究

为了满足水下航行器高精度导航定位的需求,建立了多传感器组合导航的系统模型。针对信息融合过程中出现的非线性环节,在传统联邦滤波器的基础上,提出了基于粒子滤波的混合联邦滤波器。其中,线性子系统采用卡尔曼滤波算法进行滤波估计,非线性子系统采用粒子滤波算法进行滤波估计。计算机仿真分析表明,该混合联邦滤波算法能够将线性和非线性子系统的滤波结果很好地融合起来,提高了组合导航系统的定位精度。     

An Improvement of Long Baseline System Using Particle Swarm Optimization to Optimize Effective Sound Speed

Abstract

In long baseline (LBL) positioning system, errors due to uncertain sound speed are the major facts to its positioning accuracy. In this study, the problem is solved by setting acoustic signal travels between the target and different hydrophones with different sound speed and using particle swarm optimization algorithm to solve the multi-parameter optimization problem to obtain the sound speeds. Presented simulation results show that the proposed algorithm can effectively improve the positioning accuracy of the LBL system compared to existing algorithms and its computational efficiency is high enough.     

In-situ alignment calibration of attitude and ultra short baseline sensors for precision underwater positioning

Positioning accuracy of an ultra short baseline (USBL) tracking system is significantly reduced with the increase of alignment errors in the installation of sensors. Although techniques for sensor alignment calibration have been developed, they are either complex or lacking in rigor. This study proposes an algorithm to estimate the angular misalignments of a USBL transceiver relative to attitude sensors. The numerical algorithm is based on the positioning errors caused by heading, pitch, and roll misalignments, respectively, when running a circular survey around a seabed transponder. The positioning errors introduced by the angular misalignments outline an iterative scheme of estimating the roll alignment error first, next the heading alignment error, and then finally the pitch alignment error. This makes possible the efficient estimation of all angular misalignments with a high degree of accuracy. With the consideration of measurement error and executing a non-centered and non-perfect circle around the true transponder position, numerical simulations are performed to validate the effectiveness of the proposed algorithm. The simulation results show that the proposed algorithm is robust to the effects of measurement error, non-centered circles, and non-perfect circles. Moreover, the estimates converge fairly quickly, and can be achieved with good accuracy in only a few iterations.     

半潜平台锚泊辅助动力定位时域模拟研究

随着海洋油气资源开发逐渐走向深海,浮式结构物的定位能力越来越受到人们的重视。锚的泊辅助动力定位系统是将锚泊定位和动力定位相结合的一种新型海上定位系统。它具有安全性高、定位能力强、消耗功率小的特点。本文以某深水半潜式钻井平台为例,通过建立锚泊辅助动力定位时域模拟程序,分析平台在工作海况下的定位精度和功率消耗,并与相应海况下的动力定位进行比较。分析结果表明,该时域模拟程序能较为准确的地反映实际平台的定位情况。与动力定位相比,锚泊辅助动力定位能够取得更好的定位精度和较小的功率消耗,是更理想的定位方式。