基于精度因子几何结构的独立伪卫星布局研究

在室内、地下及外太空等无法接收GPS信号的区域,可组建独立的伪卫星星座来取代GPS系统,以实现区域正常的导航定位功能。但伪卫星的数量与布局将直接影响独立系统导航定位的精度、可用性及可靠性,是伪卫星应用到工程实践中需要解决的关键问题之一。本文利用几何的观点推导了精度因子的另一种表达形式,基于精度因子的几何结构特征揭示卫星分布与精度因子之间的内在联系,由此提出３种导致精度因子出现奇异值的伪卫星布局结构,并通过设计的试验加以验证,最后给出独立伪卫 星系统布局的设计原则。     

伪卫星独立组网布局研究

为满足卫星导航系统由于某种原因暂时不能使用时的导航定位需求,本文利用伪卫星在大量仿真计算的基础上,针对空中及地面用户,设计了4星、5星、9星独立组网的布局方案。分析了其定位精度的分布情况以及随用户位置的变化规律。并将设计结果应用于局部地区,为实际应用提供了参考依据。     

伽利略OTE场地伪卫星布站优化设计

首先给出了基于遗传算法进行OTE场地伪卫星布站优化的设计思想和设计方案。然后在6种环境下进行了OTE伪卫星布站优化方案的仿真分析。通过对优化后6种环境下近20种方案的分析,得出几点结论:伪卫星布站优化应考虑多平面多用户的综合适应度;伪卫星的平面位置分布应尽可能布满整个服务区域;同时考虑伪卫星定位系统平面和高程定位精度时,伪卫星的空间位置应尽可能分布在多平面内。     

伽利略OTE场地伪卫星布站优化设计

首先给出了基于遗传算法进行OTE场地伪卫星布站优化的设计思想和设计方案。然后在6种环境下进行了OTE伪卫星布站优化方案的仿真分析。通过对优化后6种环境下近20种方案的分析,得出几点结论：伪卫星布站优化应考虑多平面多用户的综合适应度;伪卫星的平面位置分布应尽可能布满整个服务区域;同时考虑伪卫星定位系统平面和高程定位精度时,伪卫星的空间位置应尽可能分布在多平面内。     

基于广义伪卫星的新一代GNSS增强系统

针对GNSS系统在可用性、安全性和完好性等方面的不足,在对伪卫星使用模式和关键技术进行系统归纳梳理的基础上,提出了广义伪卫星的概念和基于广义伪卫星的新一代GNSS增强系统框架。通过新设计的伪卫星体制,可以实现信号层、信息层和通信能力的全面增强,并将伪卫星的应用范围拓展至各类载体平台,实现了卫星导航信号的增强和延伸,提升了卫星导航系统的可用性、安全性、完好性和精确性。结合伪卫星的应用,本文提出了广义伪卫星的两种物理实现架构和组网同步模式,为广义伪卫星的推广应用奠定了技术基础。     

伪卫星增强区域卫星导航系统组网仿真

卫星定位导航系统的精度等性能,很大程度上依赖于卫星数目和几何布局,而DOP值正是衡量定位卫星几何布局优劣的一个量度。从DOP值的角度研究了不同伪卫星位置布局及数目对增强区域卫星导航系统定位精度的影响,为合理布设伪卫星以进一步提高其导航性能提供了有力的参考依据。     

伪卫星增强区域卫星导航系统组网仿真

卫星定位导航系统的精度等性能,很大程度上依赖于卫星数目和几何布局,而DOP值正是衡量定位卫星几何布局优劣的一个量度.从DOP值的角度研究了不同伪卫星位置布局及数目对增强区域卫星导航系统定位精度的影响,为合理布设伪卫星以进一步提高其导航性能提供了有力的参考依据.     

地基伪卫星区域导航系统快速布设算法

现有的几种地基导航伪卫星布局优化算法时间复杂度过高,无法满足应急场景下的伪卫星导航系统布设需求,为此提出了基于最大凸多面体准则的快速优化算法。该算法利用最大凸多面体准则,对所有可能布设伪卫星的位置进行评估,评估依据为能否对降低多用户几何精度因子加权均值产生较大贡献,评估结果将可布设伪卫星位置分为高贡献度顶星位置、高贡献度底星位置和低贡献度可剔除位置3类。评估后穷举高贡献度的顶星、底星组合,找到最优伪卫星布局。将该算法应用于常见不规则地形的伪卫星布设问题中,仿真结果表明,该算法能够得到全局最优解,且解算耗时较现有算法大幅减少,能够满足应急场景下伪卫星导航系统布设的实际应用需求。     

伪卫星独立组网布站优化设计

本文针对伪卫星独立组网站址设计遍历搜索算法计算量过大的问题,梳理了顾及地形条件的伪卫星布站设计实施方案。采用逐点外推DEM格网可视域分析方法,避免了交叉点的重复计算问题。采用基于优选基础构型的分区搜索方法,避免了大量无效计算点。实际计算表明,分区搜索结合金字塔策略可以使计算量降低为原有计算量的8.43×10~(-7)%。     

北斗伪卫星信号的室内多径传播特性北大核心CSCD

北斗伪卫星系统因其较强的抗干扰能力和灵活机动的组网能力可以应用于室内位置服务。多径效应是影响伪卫星定位精度的主要因素,因此,掌握北斗伪卫星室内多径传播特性是抑制多径、提高定位精度的前提。本文针对北斗伪卫星特有的信号体制,利用射线追踪法,研究了室内环境下伪卫星信号路径损耗、功率角度分布等多径特性参数,通过Wireless Insile软件,构建了大型商场的三维模型,在此基础上进行了仿真试验验证。结果表明,伪卫星多径数量在非视距条件下会急剧减少,且伪卫星多径分量以相近功率值分布在特定范围的水平方向角内;同时其衰落信道模型服从小尺度衰落,符合瑞利-对数正态分布,大尺度衰落与对数距离路径损耗模型相吻合。     

CNMC方法改进北斗/伪卫星协同定位精度分析

目前北斗卫星导航系统在轨卫星数量有限,在山坳及高楼林立的"城市峡谷"等特殊环境中,卫星信号易受遮挡造成用户定位精度降低或中断用户定位的连续性,通过加入伪卫星可有效减弱用户可见北斗卫星数目不足的问题。在北斗卫星和伪卫星协同定位中,需要正确处理北斗卫星和伪卫星伪距观测值中的多路径,以获取更好的定位精度。目前CNMC方法可有效减弱北斗卫星伪距观测值中的多路径影响,但由于信号传播路径不同所导致的观测误差特性不同,该方法不能直接应用于伪卫星的伪距数据处理中。针对伪卫星多路径处理问题,本文对CNMC方法进行了改进。在实际伪卫星试验场中进行了北斗/伪卫星动态协同定位试验,结果表明:使用CNMC方法对北斗卫星和地面伪卫星的伪距观测值处理后,三维定位精度由2.326m改进到了1.936m,定位稳定性也得到提升。     

基于伪卫星的改善GPS几何精度因子的研究

随着人们活动范围的日益扩大和周边环境的日益复杂,高精度GPS导航技术逐渐成为国内外研究的重点。GPS系统的定位精度在很大程度上取决于参与定位卫星的数目和几何布局,而几何精度因子(GDOP)正是衡量定位卫星几何布局优劣的量度。文章从几何精度因子着手,从理论上证明了伪卫星对GPS系统GDOP的改善,分析了伪卫星数量对GPS系统定位精度的影响。借助于仿真实验,结果表明,在GPS导航定位中,伪卫星能够显著增强卫星几何图形结构、提高测量精度、改善精度因子从而提高定位精度。     

北斗伪卫星信号的室内多径传播特性

北斗伪卫星系统因其较强的抗干扰能力和灵活机动的组网能力可以应用于室内位置服务。多径效应是影响伪卫星定位精度的主要因素,因此,掌握北斗伪卫星室内多径传播特性是抑制多径、提高定位精度的前提。本文针对北斗伪卫星特有的信号体制,利用射线追踪法,研究了室内环境下伪卫星信号路径损耗、功率角度分布等多径特性参数,通过Wireless Insite软件,构建了大型商场的三维模型,在此基础上进行了仿真试验验证。结果表明,伪卫星多径数量在非视距条件下会急剧减少,且伪卫星多径分量以相近功率值分布在特定范围的水平方向角内;同时其衰落信道模型服从小尺度衰落,符合瑞利-对数正态分布,大尺度衰落与对数距离路径损耗模型相吻合。     

伪卫星技术发展和应用综述

全球导航卫星系统已经引起了测量、测地、导航和其他与定位相关的学科的革命,但是卫星导航定位系统有两个内在的弱点：信号衰减和定位结果依赖卫星的几何布局。因此在比较苛刻的观测环境下,系统的表现明显降低。伪卫星就是为了解决这个问题而引入的。本文讲述了伪卫星发展的相关历史和近来伪卫星定位方面的一些成就,并提出了现存的技术问题。     

减小伪卫星多路径效应误差的试验研究

伪卫星定位技术可以补偿GPS系统本身一些先天不足，然而GPS和伪卫星组合进行定位又带来了新的误差源，伪卫星多路径效应就是误差源之一。针对多路径的产生原理及特点，在经典最小二乘理论的基础上，推求稳健最小二乘估计的权函数，并结合实际观测数据验证了稳健最小二乘法消除多路径误差的有效性。     

无人机软连接吊舱的伪卫星定位算法研究

针对旋翼无人机的吊舱精确动态定位困难的问题,文中利用24 GHz无线测距装置作为伪卫星定位设备,采用扩展卡尔曼滤波来应对伪卫星动态定位算法中的非线性问题。实测结果表明,利用文中提出的伪卫星系统及算法对无人吊舱进行动态定位,在平面和垂直方向都可以达到的较高的定位精度,具有重要的实际应用价值。      

GPS/Pseudolite/INS integration: concept and first tests

This paper discusses the introduction of pseudolites (ground-based GPS-like signal transmitters) into existing integrated GPS/INS systems in order to provide higher availability, integrity, and accuracy in a local area. Even though integrated GPS/INS systems can overcome inherent drawbacks of each component system (line-of-sight requirement for GPS, and INS errors that grow with time), performance is nevertheless degraded under adverse operational circumstances. Some typical examples are when the duration of satellite signal blockage exceeds an INS bridging level, resulting in large accumulated INS errors that cannot be calibrated by GPS. Such a scenario, unfortunately, is a common occurrence for certain kinematic applications. To address such shortcomings, both pseudolite/INS and GPS/pseudolite/INS integration schemes are proposed here. Typically, the former is applicable for indoor positioning where the GPS signal is unavailable for use. The latter would be appropriate for system augmentation when the number and geometry of visible satellites is not sufficient for accurate positioning or attitude determination. In this paper, some technical issues concerned with implementing these two integration schemes are described, including the measurement model, and the appropriate integration filter for INS error estimation and correction through GPS and pseudolite (PL) carrier phase measurements. In addition, the results from the processing of simulated measurements, as well as field experiments, are presented in order to characterize the system performance. As a result, it has been established that the GPS/PL/INS and PL/INS integration schemes would make it possible to ensure centimeter-level positioning accuracy even if the number of GPS signals is insufficient, or completely unavailable. Electronic Publication     

GNSS地面测试环境中关于影响站址选择因素的考虑

卫星导航产品在投入正式运行之前需要在地面上对其进行测试和校准,因此需要在地面建立模拟天上GPS卫星星座的测试环境,并通过修建伪卫星发射塔来发射类GPS卫星信号。测试环境中关于伪卫星发射塔站址选择问题是一个值得关注的硬件建设环节,它直接影响了系统的运行性能,本文通过对五个影响站址选择的因素进行论述,详细地说明了它们各自的影响特征,给出了相应的结论。     

一种新型高精度地基伪卫星定位系统——Locata

Locata系统是由澳大利亚Locata公司发明的一种地基伪卫星定位系统,本文介绍了其组成,精度、可靠性、扩展性等性能,分析了其应用现状与前景。该系统具有较高精度、可提供室内定位服务等优点,可为我国地基伪卫星系统的发展提供借鉴。     

Pseudo-Satellite Applications in Deformation Monitoring

In this article, three general classes of potential pseudolite applications for deformation monitoring are described. The first is GPS augmentation with pseudolite(s), which is suitable for circumstances such as urban canyons, or for monitoring in valleys and deep open-cut mines. The second is indoor applications of pseudolite deformation monitoring systems. Pseudolite arrays can, in principle, completely replace the GPS satellite constellation. This could extend the “satellite-based” deformation monitoring applications into tunnels or underground, where GPS satellite signals cannot be tracked. The last case is an inverted pseudolite-based deformation monitoring system, where a “constellation” of GPS receivers with precisely known “orbits” track a mobile pseudolite. The system consists of an array of GPS receivers, the base reference pseudolite, the mobile pseudolite, and a central processing system. However, in the case of such pseudolite-only or hybrid pseudolite-GPS deformation monitoring systems, some additional issues need to be addressed. These include multipath, atmospheric delay effects, and pseudolite location-dependent biases. To address deformation monitoring applications, some practical procedures to mitigate or eliminate their influence are suggested. Some experiments were carried out using NovAtel GPS receivers and IntegriNautics IN200CXL pseudolite instruments. The experimental results indicate that the accuracy of the height component can indeed be significantly improved – the RMS of the vertical component has been reduced by a factor of 4, to the same level as the horizontal components. Their performance will be demonstrated through case study example. ? 2002 Wiley Periodicals, Inc.