基于基带S模式信号的联合TOA估计算法研究

针对广域多点定位系统中接收信号信噪比(signal to noise ratio, SNR)低导致到达时间(time of arrival, TOA)提取不准确的问题，提出了一种匹配滤波结合非相干积累的联合TOA估计算法，该算法能够有效降低匹配滤波法在低SNR下TOA估计的均方根误差(root mean square error, RMSE).联合算法通过对二次雷达驻留时间内接收的应答信号的匹配滤波输出做非相干积累，在最大值点处标记时间戳进行TOA估计，利用能量累积原理提高SNR，从而使得估计精确度得以提升.仿真结果表明：该算法可在-15 dB SNR,53 MHz采样频率及9个积累信号时，达到24.302 ns的TOA估计精确度.所提联合TOA估计算法具有高精确度与高稳健性的特点，能够在-15～0 dB SNR将估计精确度提升至25 ns以下，为提取低SNR S模式信号TOA进而提升广域多点定位精确度提供了一种有效的方法.     

二维圆周综合孔径阵列优化及其毫米波成像特性研究

运用模拟退火算法对由20-30根天线组成的二维圆周综合孔径阵列进行优化排列,得到优化排布结果。在此基础上依据综合孔径成像的基本原理,分析了毫米波的成像算法,在u-v域运用了栅格化处理（Gridding方法）和线性插值方法。运用该成像算法对已优化排布的阵列进行了仿真,并进一步讨论了天线数目、插值方法等因素对成像特性的影响。     

基于PCA-SMO的CSI指纹定位方法

Wi-Fi信道状态信息（CSI）中包含丰富的特征信息,使得基于CSI的指纹定位方法可以构建更高维度的特征以改善定位精度,但指纹特征中的冗余信息也导致构建的指纹库存储量大、建立定位模型的时间开销变大以及实时定位计算量大等问题. 对此,提出使用主成分分析（PCA）的方法对原始指纹特征进行降维,而后利用序列最小最优化算法（SMO）建立降维后特征与对应位置的回归模型并进行位置预测. 实验结果表明,此算法在有效克服上述问题的同时,平均定位误差为1.25 m,定位误差在2 m之内的累计概率可以达到97%.      

GNSS调零抗干扰天线的反欺骗性能分析

为分析全球卫星导航系统(GNSS)中存在欺骗干扰的场景下调零抗干扰天线的反欺骗性能,推导出在快拍数有限的情况下,功率倒置(PI)算法利用调零天线处理后输出真实信号和欺骗信号功率的理论公式. 详细分析了欺骗信号到达天线阵口面的功率对真实信号和欺骗信号输出功率的影响,通过欺骗抑制比这一指标来衡量PI自适应调零天线的反欺骗性能. 分析得出:即使欺骗信号功率在噪声水平之下,使用PI算法的自适应调零抗干扰接收机依然能对欺骗干扰进行抑制,在欺骗信噪比高时,抑制效果更加明显. 最后通过仿真和硬件平台实测验证了结论的正确性.      

高度约束MHE算法在伪距单点定位中的应用

针对目前全球卫星导航系统(GNSS)中伪距单点定位(SPP)技术的定位精度已不能满足现代大多数应用场景的需求,提出了一种附加高度约束的滚动时域估计(MHE)算法,以此来改善SPP的定位性能. 附加高度约束的MHE算法是将接收机的位置高度作为非线性约束加入到SPP的估计参数中,并采用近似MHE算法来进一步提高定位精度的优化算法. 结果表明:高度约束的MHE滤波比传统最小二乘(LS)的滤波具有更好的平滑特性,同时随其视窗大小的增加,其定位精度得到了进一步改善. 验证了附加高度约束MHE方案的有效性、可行性,所得结果对SPP的实际应用具有重要的参考意义.      

基于多基站网络的VRS差分改正信息的方法分析

基于虚拟参考站VRS(Virtual Reference Stations)的GPS测量技术是近几年应用在网络RTK中的热门技术,文中首先介绍VRS的基本原理,然后利用站际星际二次差分技术,推导虚拟观测值,最后讨论研究虚拟参考站的双差改正数的内插算法。     

一种基于跳数修正和跳距优化的DV-Hop定位算法

针对经典的DV-Hop算法因跳数和跳距计算误差所导致定位精度不高的问题,提出基于跳数修正和跳距优化的DV-Hop定位算法(NHDL). NHDL算法首先利用节点间所接收的信号强度值对跳数进行修正,减少跳数估计的误差;然后通过加权因子优化锚节点的平均跳距. 同时,利用共线性概念避免在定位过程中的锚节点共线问题;最后,利用最小最大法估计节点位置. 仿真结果表明:相比于传统的DV-Hop算法,NHDL算法降低了平均定位误差,提高了定位精度.      

基于3维地形图的空间分析算法

讨论了基于3维地形图的空间分析算法.利用正解与反解两种方法,建立2维图形目标点与3维DEM网格点之间的投影变换关系,从而获取3维地形图上目标点的3维坐标,进而实现几种基本的空间分析算法.     

二三维联动的虚拟校园设计与实现

传统的2维地理信息系统技术成熟但缺乏3维可视化和分析的能力,而目前的3维地理信息系统发展可拥有3维可视化分析能力,然而还缺少2维地理信息系统的便捷。以二三维联动为开发思路的地理信息系统能够解决这对矛盾。本文基于二三维联动GIS的设计方案,以虚拟校园设计与实现为应用实例,利用ArcEngine（AE）实现二三维联动GIS系统的开发设计,对GIS系统的开发做出了一种新的、有益的尝试。     

多回波点云数据解算单株木叶面积指数

以行道树无患子为研究目标,采用地面激光扫描(TLS)技术提取单木分回波点云数据。获取全波形数据、单目标数据、首次回波数据、其余次回波数据,建立基于多回波点云的算法,利用消光系数法提取不同投影分辨率0.01 m、0.02 m和0.03 m的的单株树叶面积指数(LAI)。利用2维影像数据数字半球影像(DHP)和LAI2200提取对应单株树的叶面积指数,进行比较分析,以检验其精度。结果表明:点云投影的分辨率与激光回波都对LAI有极显著影响,其中分辨率为0.02 m和0.03 m的估算结果与LAI2200所得估算结果相近,且差异不显著;单目标回波数据用于LAI的解算,可以同LAI2200的2维影像数据结果进行相互验证。使用单目标回波数据,0.02 m投影分辨率可以最大程度的保证单株LAI的精度,其与LAI2200测定的数据进行截距为0的线性回归,斜率达到0.827。本研究所做多回波地面激光数据计算叶面积指数的算法拓展了地面激光扫描的应用领域,为立木生长量信息准确提取和树木精确建模提供了重要的技术参考。     

基于改进AP选择的融合随机森林室内定位算法

针对复杂室内环境下接收信号强度(RSS)值和维度发生变化的问题,提出一种改进的接入点(AP)选择方法并融合随机森林(RF)分类算法进行实时室内定位. 在离线阶段应用改进的AP选择方法,并使用AP的RSS数据方差以及AP出现频率来衡量AP稳定性并选取前m个稳定的AP. 在处理方差时会经拉普拉斯平滑,以避免出现方差为0的情况,并以此构建初步的指纹数据库;在在线阶段利用集成学习中的RF来对分类结果进行投票表决得到最终位置信息,并将改进后的算法同传统RF,改进后的AP选择融合加权的K近邻算法(WKNN)以及基于信息增益(IG)的AP选择算法加随机森林相比较. 实验结果表明:文中所提出的方法在定位误差方面较其他三个算法分别下降29.3%、23.2%、17.2%,同时在定位时间方面也有提升.      

一种顾及现势指向的上行天线阵相位中心精确标校方法

针对上行天线阵相位中心标校技术粗糙、精度不高等问题,引入精密工程测量技术测定天线实际状态,提出了一种顾及现势指向的相位中心精确标校方法。首先,利用工业摄影测量系统获取天线各姿态的型面数据,并通过最小二乘法拟合求解出现势性强的机械轴;然后,用矩阵法解算各姿态下机械轴的交点作为旋转中心;最后,基于反角度加权插值法推估得到天线在任意姿态下的机械轴,进而从投影中心沿机械轴延伸既定长度获得可靠的相位中心。以3台φ3 m上行阵天线为试验对象,通过工程控制网统一摄影测量坐标系,并按照本文方法标校天线相位中心。电信号合成效果表明,本文方法能有效克服天线自重变形、机械安装等因素的影响,实现了相位中心的精确标校,增强了上行天线阵合成信号的幅度。     

自动推算室内接入点坐标算法

随着基于位置服务的应用与发展,室外和室内定位技术都得到了飞速发展。特别是在WiFi定位技术的不断完善下,室内定位技术有了广泛的应用,但是,WiFi定位技术的两种定位方式均需预先知道室内网络接入点的精确坐标,这一要求无法满足一些紧急情况下的定位需求。因此,本文提出了一种基于M估计的自动推算室内接入点坐标算法。该算法借助在室内外交界处同时获取卫星定位信息和WiFi信号的RSSI信息,巧用分段RSSI测距算法提高长距离RSSI测距精度,结合残差绝对和最小的M估计改进距离交会定位算法,最终推算出室内接入点的三维坐标,实现自动化推算过程。试验结果表明：该方法的定位精度比常规距离交会最小二乘算法提高了50%,能够快速实时较精确地推算室内接入点的坐标,进一步完善了WiFi定位技术。     

Space Rockets, Polar Bears, and Tundra Buggies – And a GPS Link to the Seventeenth Century

The use of the Global Positioning System (GPS) for position and attitude determination has been exploited for many years. In these systems, it was required that multiple antennas maintained phase lock to common view satellites for long periods of time in order to determine integer ambiguities. The challenge to overcome with the ballistic space probe is the high rotational spin of this particular rocket. The antennas, mounted on the outside skin of the rocket, are in full view of each satellite only for a fraction of a second before the rocket core eclipses them as it rotates. The antennas rarely see common satellites. This article describes as system that overcomes these obstacles and provides position, acceleration, attitude, and rotation rate. The approach uses a two-antenna system. One antenna is mounted either side of the rocket facing out. A hybrid tracking channel combines signals from both antennas to overcome the signal blockage due to the rocket core as well as to defeat the effect on the tracking channel due to the spin. The amplitude and phase of the spin rotation signature from each satellite is extracted from the dual antenna data and used to compute the attitude and spin rate of the vehicle. ? 1999 John Wiley & Sons, Inc.     

噪声协方差自适应控制下的双天线GNSS/INS初始对准方法

为降低系统模型误差及观测模型误差的影响,结合噪声协方差自适应控制机制,对双天线GNSS/INS初始对准方法进行改进。利用噪声协方差自适应控制下的扩展卡尔曼滤波进行数据处理,包括系统噪声协方差控制及观测噪声协方差控制。试验结果表明,系统噪声协方差自适应控制机制可提高系统稳定性,降低滤波稳态值;观测噪声协方差自适应控制机制可降低观测噪声的影响,提高对准绝对精度。采用后处理的方式,利用基线长度偏差最小的基线结果辅助姿态解算,绝对精度进一步提高,对准绝对精度主要受观测值影响。利用本文方法,横滚角、俯仰角对准绝对精度可达0.02°,航向角对准绝对精度可达0.04°。     

基于WiFi信号的整体区间重叠度的AP选取算法

针对WiFi指纹室内定位中AP(access point)选取算法问题,提出了一种基于WiFi信号的整体区间重叠度(overall interval overlap degree,OAIOD)AP选取的优化算法,给出了算法的流程和整体区间重叠度计算方法。通过实验并与区间重叠度、信息增益、信息增益率、互信息等多种AP选取算法相比,结果表明:该算法定位精度较高,可靠性和稳定较好,增强了AP对指纹点的识别能力,又减少了指纹点中AP之间的关联性。     

基于俯仰轴相交和球拟合的天线旋转中心测量方法

针对传统天线旋转中心测量时，俯仰轴生成方式不严密对其精度和可靠性产生不利影响的问题，提出了俯仰轴相交和球拟合两种新的旋转中心测量方法。对不同方位下标志点绕俯仰轴的运动轨迹进行圆拟合，得到含有方位信息的俯仰轴，多条俯仰轴求交点作为旋转中心，称之为俯仰轴相交法，较传统方法可靠性更高。对标志点的运动轨迹进行球拟合，取所有球心的均值作为旋转中心，称之为球拟合法，避免了圆拟合及求交点的过程，方法更为严密。以3台φ3 m上行阵天线为实验对象，应用全站仪和工业摄影测量技术获取标志点在规划姿态下的坐标，采用两种新方法处理观测数据，均得到了内符合精度达亚毫米级的旋转中心。     

Three-Dimensional ISAR Imaging Using a Two-Dimensional Sparse Antenna Array

Conventional antenna array 3-D inverse synthetic aperture radar (ISAR) imaging method does imaging by first carrying out ISAR imaging for all the different antennas and then using array direction of arrival (DOA) estimation on every scatterer to get the position of that scatterer. The aperture formed by the target's motion is used to separate the scatterers, and the antenna array aperture is used for position measurement. In this letter, a 3-D imaging method based on a combination of sparse array beamforming and ISAR imaging is proposed, where 3-D images are formed by space-time match filtering. The estimation of the target's rotation parameters is also given. Simulation results have shown the effectiveness of the proposed methods.      

Signal, orbit and attitude analysis of Japan’s first QZSS satellite Michibiki

Results are presented for Michibiki, the first satellite of Japan’s Quasi-Zenith Satellite System. Measurements for the analysis have been collected with five GNSS tracking stations in the service area of QZSS, which track five of the six signals transmitted by the satellite. The analysis discusses the carrier-to-noise density ratio as measured by the receiver for the different signals. Pseudorange noise and multipath are evaluated with dual-frequency and triple-frequency combinations. QZSS uses two separate antennas for signal transmission, which allows the determination of the yaw orientation of the spacecraft. Yaw angle estimation results for an attitude mode switch from yaw-steering to orbit-normal orientation are presented. Estimates of differential code biases between QZSS and GPS observations are shown in the analysis of the orbit determination results for Michibiki. The estimated orbits are compared with the broadcast ephemerides, and their accuracy is assessed with overlap comparisons.     

北斗天线电气相位中心偏差检验试验研究

为满足北斗双星定位系统精密定位、定向的工程需要,提出一种北斗天线电气相位中心常值偏差3维检验方法,并建立了相应的数学模型.该方法通过基线旋转、单天线旋转、交换天线,利用载波相位单差、基线长度、天线高差测量信息来估计天线电气相位中心偏差,并且在单天线旋转条件下对不同方向、不同天线间单差观测方程求差,以减少未知参数个数.最后,应用此模型检验一对北斗天线,检验结果表明,在单差均方差为0.005周,基线长度、天线间高差均方差为1 mm的条件下,天线间电气相位中心偏差水平分量的检验精度达0.3 mm.论文所述方法操作简单,适合在野外对北斗天线进行电气相位中心偏差检验.