基于GNSS网络的卫星精密钟差估计及结果分析

采用历元间、星间差分技术,估计了基于参考历元的相对钟差。以不同局域GNSS网络、不同观测间隔连续三天的观测数据进行了参数估计,研究了不同区域、采样间隔对估计结果精度的影响。与IGS最终精密钟差相比,估计得到的相对钟差的历元间差优于0.2 ns,基于参考历元的相对钟差的精度优于0.9 ns。不同区域的估计结果精度大致相当;采样间隔对估计结果的影响很小。     

异步联邦UKF的GNSS／SINS／摄影定位组合导航算法仿真

在飞行器进近过程中,为了提高组合系统的导航精度,针对传统联邦滤波器对非线性系统模型易导致滤波发散问题.分析了两种导航方式的优缺点,提出了基于卫星导航／惯性导航／摄影测量(GNSS／SINS／Photogrammetry)的组合导航联邦滤波算法,并推导了系统误差模型.该算法取长补短利用联邦无迹卡尔曼滤波器将GNSS定位和摄影定位、定姿精度高的优势对SINS进行在线误差估计.针对多传感器非等间隔数据采样问题,采用时间与量测更新分离的异步非等间隔联邦滤波算法进行信息融合,并对滤波器结构进行改进以减少算法复杂度.仿真实验证明基于联邦UKF的组合导航系统较传统联邦滤波算法位姿精度有明显的提高,且系统鲁棒性也有一定的增强.      

基于区域CORS的实时精密卫星钟差估计研究

区域连续运行参考站网(CORS)的广泛建立,为实时精密单点定位(PPP)提供了良好的平台保证。根据区域参考站网络的特点,本文提出了基于星间单差与历元间差分相结合的卫星钟差估计组合模型,确定了基于组合模型的实时卫星钟差估计策略,结合卡尔曼滤波参数估计方法,实现了区域1s采样间隔的精密卫星钟差数据的生成。通过重庆CORS的数据验证,表明该模型实时绝对卫星钟差和相对卫星钟差的精度均优于0.2ns,与国际IGS各分析中心估计的卫星钟差精度相当,满足了卫星钟差实时性的要求。该计算方法不仅可以用于CORS网本区域而且还可以用于距离CORS区域达数百公里以外的地区进行实时定位,这对于实时精密单点定位技术的实现具有重要意义。     

基于牛顿迭代法的GNSS欺骗干扰参数估计

欺骗干扰是全球卫星导航系统(GNSS)发展面临的重要挑战,针对小时延场景下欺骗干扰参数估计方法计算量大的问题,提出了一种基于牛顿迭代法的参数估计方法. 该方法以码相位估计为核心,通过构建欺骗场景下信号参数的非线性估计模型,采用牛顿迭代法对信号码相位进行估计,在此基础上采用最小二乘法对信号幅度和载波相位进行估计. 实验结果表明:该方法的平均迭代次数在10次左右,相比于传统参数估计方法,算法有效性大幅提升. 在准确性方面,该方法能够有效提高小时延场景下的信号参数估计精度.      

水下重力异常相关极值匹配算法

重力辅助惯性导航是利用地球物理特征信息——重力来修正水下潜器惯性导航误差,其关键技术是匹配算法。基于平均平方差最小准则构造差分降权相关目标函数模型,针对受干扰误差随机影响,基于目标函数模型搜索得到的多个有效位置,均有可能以不同概率密度源于正确位置这一问题,提出概率数据关联滤波重力匹配算法,与最近邻法相比,该算法确定的航迹更接近于真实位置,提高算法的可靠性与抗干扰性;分析探讨序列采样间隔对匹配精度的影响。通过试验区仿真匹配,结果表明,当选择适当的采样间隔与采样长度,该算法能有效修正导航误差。     

基于ARIMA模型的卫星钟差短期预报研究

卫星钟差的精度直接影响导航定位的性能。本文针对不同类型的星载原子钟,采用ARIMA时间序列模型分别对1 d的IGS 5 min、30 s采样间隔的精密卫星钟差产品进行建模,并作6 h、一天的短期预报。结果表明,铷钟的预报精度达到了亚纳秒级,铯钟的预报精度处于纳秒级,并且原始钟差产品的采样间隔对卫星钟差预报精度有一定的影响。     

导航卫星原子钟Kalman滤波中噪声方差-协方差的确定

用Kalman滤波实时监测卫星钟运行状况,需要确定Kalman滤波协方差阵。首先介绍适用于铷钟的Kalman滤波方程,推导基于哈达玛总方差的Kalman滤波过程噪声参数和观测噪声估计方法,并在此基础上构造Kalman滤波状态噪声协方差阵和观测噪声协方差阵。利用GPSBlockIIR铷钟事后处理的采样间隔为5min的精密钟差数据进行了预报分析,结果表明,当预报时间为1h时,预报精度在1ns左右;当预报时间为6h时,预报精度在(8～9)ns之间。进一步验证Kalman滤波协方差阵估计方法的正确性。     

灰色模型在非等步长变形监测数据处理中的应用

常规变形监测数据处理中的GM(1,1)灰色模型是以等时间间隔观测值为原始序列,经一次累加处理,建立生成数列的一阶微分方程,并利用最小二乘求解未知参数的建模方法;但实际监测过程中,因受诸多因素影响,采集到的原始数据多呈现非等间隔分布,引入时间权重思想建立改进的GM(1,1)灰色模型,通过对沉降数据进行建模分析及精度检验,扩大了灰色模型的适用范围,验证了该模型的可靠性和科学性。     

一种改进扩展卡尔曼滤波算法的GPS多径抑制应用

在用EKF算法消除微弱GPS卫星信号中的噪声,并估计出多径幅度与码相位时延的码跟踪环中,由于各种误差的存在,从而降低了环路的跟踪性能。针对这一问题,该文在EKF算法的基础上提出了一种LSEKF算法,该LSEKF算法用最小二乘估计的原理对EKF算法所用的采样观测点进行修正,构造出一组无偏、均方误差和最小与空间分布确定的新型采样观测点,用来进行后续的滤波估计。仿真结果表明,相比EKF算法,LSEKF算法拥有更高的伪码跟踪精度,而且收敛速度更快,跟踪门限也更低。     

一种由粗到精的机载激光测深信号检测方法

针对机载激光测深（airborne lidar bathymetry,ALB）中不同环境下波形的差异性较大,且信号检测精度受限于系统采样间隔等问题,提出一种由粗到精的机载激光测深信号检测方法。该方法首先利用接收波形的有效长度快速估计水深;粗检测依据水深近似值,分别采用理查德森-露西去卷积法（Richardson-Lucy deconvolution,RLD）和平均差方函数法（average square difference function,ASDF）对波形预处理,通过包含距离、导数和极值约束的逐级检测确定信号的初始位置;精检测以粗检测结果为初值,利用改进的二阶多项式指数函数模型,并在模型参数求解中引入信赖域优化算法以实现波形的精确拟合,进而获得信号的精确位置。实测数据和模拟数据的试验结果表明,粗检测能够根据波形的特点采取相应的处理方式为精检测提供可靠的初值;精检测可将检测结果精确至子采样间隔并在粗检测基础上进一步提高精度。与极大值检测、ASDF、RLD和四边形拟合法等传统方法相比,本文方法正确率平均提高10%左右,精度平均提高约30%。     

对流层双向时间比对及其时延误差分析

双向时间比对技术广泛应用于高精度时间同步系统中,借鉴卫星双向时间比对和流星余迹双向时间比对原理,本文提出利用对流层散射通信进行双向时间比对的思想。分析对流层散射通信延迟理论及其在高精度时间比对中的重要性,研究对流层双向时间比对技术原理及其时延误差,根据选择的3个观测站的气象数据,详细分析各站在不同计算模型下的延迟误差,并设计了一种多站对流层散射双向时间比对系统。研究表明,在对流层散射双向时间比对中,散射传输时延误差是影响比对精度的最大因素,估计理论上总时延误差在1.2ns左右。     

基于北斗授时和星历的卫星跳频通信方法

提出了一种基于北斗授时和卫星星历实现跳频同步并且适用于卫星与地面站上下行链路的跳频通信方法。首先基于卫星星历,采用SGP4模型预测卫星轨道,计算卫星与地面站的相对位置和相对速度,然后估计电波传播时延和多普勒频偏,最后在地面站分别进行预校正与补偿,完成星地的高速跳频通信。仿真实验结果表明,与传统的跳频系统相比,该方法硬件复杂度低,电波传播时延估计精度优于300ns,归一化多普勒频偏估计精度优于1×10~(-8),开销为1%时跳频速率可达20 000Hops/s,具有优良的抗干扰和抗截获性能。     

超大观测网络及多GNSS系统的快速数据处理

采用IGS全球约110个多模观测站4周的观测数据,在不同采样间隔下进行精密定轨数据处理。分析了不同采样间隔下产品的精度以及数据处理的耗时情况。大量计算结果表明:①随着数据采样间隔的增加,数据处理时间呈线性减少的趋势。本文表明,采用15min采样间隔比5min采样间隔计算效率最多可以提高50%以上。②数据采样间隔的变化对轨道、钟差、ERP参数、参考框架等解算参数的影响很小。当采样间隔为5~10min时,基本上没有影响。为分析不同采样间隔产品对用户定位的影响,采用了全球22个测站4周的数据进行PPP静态定位,并且采用GRACE卫星1周的数据进行运动学精密定轨。采用不同轨道、钟差的静态结果表明,不同产品对水平方向精度的影响小于2mm,高程方向精度的影响小于6mm。GRACE卫星动态定位结果表明,不同产品对各个方向精度的影响小于1.5cm,三维位置的影响小于2cm。本文结论对于当前测站个数250的非差数据处理有参考意义。     

X射线脉冲星导航中脉冲轮廓的频偏和时延算法

观测轮廓与标准轮廓的频率偏差和时间延迟是X射线脉冲星导航的两个观测量,讨论其计算方法并提出如下改进意见:①对探测器的最小分辨时间作进一步的时间细分,在每一个小的时间间隔内接收的光子数可以假设满足二项分布,再对观测轮廓叠加可以求得更高精度的频偏;②将实际观测轮廓分为理想轮廓及其偏差两部分,而TOA是指理想轮廓与标准轮廓的时延,Sala等人提出的用相关函数求TOA方法仅对理想轮廓成立;③如果实际轮廓在测量过程中形状不变,则偏差产生的TOA估计误差为一常数。在此基础上提出实际观测轮廓的TOA估计方法,其计算精度小于探测器的最小分辨率。     

实时温度补偿的 TD C时间间隔测量方法设计与实现

GNSS系统中时间间隔测量对于时频基准的完好性监测具有重要意义。本文针对T DC时间间隔受温度影响的特点,提出了一种适用于高精度 T DC测量的温度补偿方法。从理论上推导了该方法的实现原理,并通过仿真和实测数据进行了验证,结果表明：TDC通过补偿后样本测量值的标准偏差由270 ps降低到76 ps ,T DC测量精度得到较大改善。     

基于卫星双向时间频率传递进行钟差预报的方法研究

用多项式拟合、谱分析、改进的AR模型三种方法对由卫星双向时间频率传递得出的钟差时间序列进行了拟舍和预报分析。为了抵制钟差时间序列中异常值的影响，引入了“抗差等价权”，利用卫星双向时间频率传递得到的1d的钟差，按不问采样率、不同时间跨度进行计算分析。结果表明，抗差估计的预报精度明显高于最小二乘估计；平滑值的预报精度高于采样值；由于钟差时间序列中有明显的周期变化，多项式进行钟差预报的精度不可靠；用谱分析进行钟差预报的精度不高，但可以发现钟差时间序列中的主要周期变化；改进的AR模型预报精度最高，预报6h钟差的RMs在1ns左右。     

利用改进非参数估计法的DEM误差置信区间估计

为了降低误差母体分布的非正态性和较少采样数对DEM误差方差置信区间估计精度的影响,发展了改进的非参数估计法（M-NPM）。以机载激光扫描仪获取的6个不同区域的DEM数据为研究对象,基于交叉验证法分别获取了三组近似正态分布和三组非正态分布的DEM误差数据,并将其作为试验母体。从母体中随机采样,基于M-NPM获取方差置信度为95%的置信区间,借助母体进行精度验证,并与NPM结果比较。结果分析表明,当采样数小于40时,两种方法的模拟结果精度均受误差母体分布的影响,但M-NPM受影响的程度小于NPM;相比误差母体正态分布,当误差母体非正态分布时,M-NPM的估计精度明显优于NPM;无论误差母体服从何种分布,采样总量为多少,M-NPM的精度始终高于NPM,但M-NPM较高的精度是以较宽的置信区间为代价的。     

修正灰色模型在沉降监测间断资料插补中的应用

对于大型和高耸建筑,为了确保施工和安全运营,定期进行沉降监测是一项非常必要和重要的工作。但是由于受备种主、客观条件的限制和影响,沉降监测实测资料有时会出现间断。为了分析沉降规律,需要对间断资料进行插补。文章考虑到建筑物沉降监测非等时间间隔的特点,以相邻观测时间间隔为权,直接生成1-WA- GO序列,建立灰色系统非等间隔GM(1,1)模型,并将该模型应用于某建筑物沉降监测间断资料的插补工作中。当拟合值误差较大时,应用1阶残差序列建模,对原模型进行修正,提高了模型的拟合精度,得到了较满意的监测间断插补值。     

期刊博览

超大观测网络及多GNSS系统的快速数据处理 《武汉大学学报（信息科学版）》2014年第3期 采用IGS全球约110个多模观测站4周的观测数据,在不同采样间隔b进行精密定轨数据处理。分析了不同采样间隔卜产品的精度以及数据处理的耗时情况。大量计算结果表明：①随着数据采样间隔的增加,数据处理时间呈线性减少的趋势。     

基于半参数最小二乘核估计的卫星精密钟差预报方法

研究半参数最小二乘核估计模型在精密钟差预报中的应用问题,提出一种基于时间自变量差值累加的窗宽参数计算模型,并通过实验验证该模型的有效性,讨论在不同预报时间长度和已知数据量的情况下模型预报精度。实验表明,与常规模型相比,半参数最小二乘核估计模型在预报精度与稳定性方面都取得较好的效果,可以满足精密单点定位对于精密钟差预报的精度要求。研究成果对于精密单点定位技术的推广普及具有一定的促进作用。