露天矿区里程计辅助的GPS/INS车辆导航算法研究

由于INS误差容易快速积累,所以在GPS/INS组合导航过程中依赖于GPS信号的稳定性,露天矿区GPS信号容易发生中断或遮挡,引起INS误差的快速增长,降低导航精度。在GPS/INS组合导航的基础上,提出了露天矿区里程计辅助的组合导航算法,修正了GPS信号中断过程中导航参数误差。介绍了里程计速度和位置的解算方法和传统的GPS/INS组合导航的动力学模型及观测模型,给出了里程计辅助GPS/INS组合导航算法的结构图,描述了里程计辅助的GPS/INS组合导航算法的详细过程,通过车载验证了算法的有效性。实验结果表明:GPS信号缺失的情况下,GPS/INS组合导航的误差快速积累,导航精度较低;通过引入里程计辅助组合导航,可以及时修正GPS信号中断阶段的导航参数误差,加入的里程计辅助的GPS/INS组合导航误差在NED三个方向的最大值分别为11.336 m、8.056 m和19.782 m,比无里程计辅助的误差(在NED三个方向的最大值分别为40.324m、38.776m和79.693m)有较大提高,数据解算满足导航要求。     

GPS＋GLONASS双星系统在石油勘探测量中的应用

本文主要介绍了GPS GLONASS组合系统在工程测量中的应用,对它的应用优势,其精确性、正确性、高效性和广泛性进行了探讨,根据各种作业方法的数据对比,对GPS GLONASS双星导航定位系统在黄土塬复杂地区的应用总结了一定的经验,采用该系统有效地解决单一GPS导航定位时卫星数不足的问题,提高了导航定位的速度、精度和可靠性,其优势将会在工程测量中得到更好的体现。     

BDS/GPS双系统组合GBAS性能评估

随着北斗卫星导航系统(BDS)全球组网进程的推进,BDS/GPS组合导航成为提高导航性能的重要方法,同时地基增强系统(GBAS)作为实现精密导航的新一代导航方式是当前研究的热点。本文通过推导BDS/GPS双系统组合GBAS数学模型,分别对BDS、GPS独立作为GBAS导航源及BDS/GPS组合导航作为GBAS导航源时系统的精度因子(DOP)、垂直保护级(VPL)性能进行了对比分析,对比验证了应用各系统时GBAS性能的差异。结果表明,基于BDS与GPS的GBAS性能接近,且互有优势;BDS/GPS组合GBAS性能优于各单系统性能。     

GPS/GLONASS组合单点定位及精度分析

介绍了基于广播星历的GPS/GLONASS组合导航单点定位的数学模型,分析了组合导航的技术难点。在GPS伪距法单点定位的基础上进行组合导航定位,其中GLONASS卫星坐标运用四阶龙格—库塔(Runge-Kutta)数值积分方法求得,利用一种新的不需要进行轨道拟合的编程方法来进行计算。以IGS跟踪站提供的观测数据为例,分别采用GPS、GLO-NASS和GPS/GLONASS三种方式组合进行伪距法单点定位,同时比较分析了不同权重选择对组合定位精度的影响。     

BDS/GPS组合系统定位性能分析

本文通过对比分析BDS、GPS、GLONASS、Galileo的发展现状和服务性能,探讨了BDS/GPS组合导航定位的相对优势。从可见性和定位精度方面对BDS/GPS组合系统的定位性能进行了仿真分析,给出了定量分析结果。仿真结果表明,采用BDS/GPS组合系统导航定位能够有效提高用户的定位精度和可见性,研究成果对BDS/GPS组合导航定位的精度验证和工程实现具有一定的参考价值。     

GPS短时失效条件下SINS/GPS组合导航数据处理方法

在SINS/GPS组合导航实际应用中GPS短时失效的情况难以避免,这会导致组合导航的效果下降。针对该问题,本文提出了基于偏最小二乘PLSR辅助高斯过程回归GPR的SINS/GPS组合导航的无味四元数估计器USQUE,以解决组合导航中的GPS短时失效问题。该方法以PLSR估计的位置误差作为输入,以GPS提供的位置信息作为输出对GPR进行训练。在组合导航系统出现GPS短时失效后,使用通过PLSR辅助粒子群算法优化超参数的GPR直接对辅助导航设备的位置进行预测,作为USQUE算法的量测量,从而使得USQUE算法可以正常进行量测更新。在实验中,使用车载MEMS/GPS数据,将PLSR-GPR-USQUE,PLSR-USQUE与隔离量测量的USQUE算法组合导航的效果进行比较。实验结果表明,在GPS短时失效的情况下,PLSR-GPR-USQUE具有良好的估计精度。     

基于伪距和多普勒观测值的DGPS/INS紧组合导航算法研究

GPS/INS组合导航具备数据更新率高、抗干扰、能够提供包括姿态在内的全部导航信息等优点,因此在测绘领域得到了广泛应用。但是目前国内GPS/INS组合导航研究主要集中在单GPS接收机与INS的组合模式,针对此问题,本文研究基于伪距和多普勒观测值的DGPS/INS紧组合导航算法,给出组合导航扩展卡尔曼滤波的状态方程和量测方程。实测数据解算表明,该组合模式下的导航精度得到显著提高。     

利用牛顿插值的GPS/INS组合导航惯性动力学模型

针对GPS/INS组合导航中INS动力学建模不准确的问题,提出了一种基于牛顿插值的GPS/INS组合导航惯性动力学多阶建模算法。首先,介绍了牛顿插值的计算方法;然后,利用其对惯性系统Gauss-Markov模型进行改进,实现了多阶建模;最后,给出了组合导航详细的动力学模型和观测模型。利用实测数据对算法进行验证,并通过对比不同阶数建模方法寻求牛顿插值的最优建模阶数。结果表明,相比于传统GaussMarkov过程,基于牛顿插值的GPS/INS组合导航惯性动力学模型能够有效提高组合导航位置精度和姿态精度。与此同时,实验分析表明,4阶牛顿插值建模在实现模型准确性的前提下,降低了模型的复杂性,为牛顿插值建模阶数选取提供了良好的借鉴。     

GPS/BD组合导航定位试验和精度分析

讨论了GPS/BD组合定位需要考虑的主要问题,自编了GPS/BD组合定位程序,利用实测GPS/BD观测数据分析了当前北斗导航定位系统可用性及GPS/BD组合前后的定位精度。试验结果表明,北斗已经能够提供区域的实时导航定位服务。GPS/BD组合定位在GPS观测卫星数较多时对GPS定位精度改善不明显,在GPS观测卫星数较少时可以显著提高定位精度和稳定性。     

INS/GPS组合导航技术研究及仿真模拟

介绍了惯性导航系统INS的定位原理,列出了相应的数学模型,简单介绍了INS/GPS组合导航系统的基本组成框架,并列出了相应的组合导航状态方程和观测方程,运用组合导航数学模型和惯性导航系统数学模型分别进行仿真模拟,在得到相应误差曲线的基础上作简单分析比较。     

低精度INS／GPS组合导航大方位失准角初始对准方案

在低精度MEMS-IMU和GPS组合导航中,由于IMU的精度问题,无法通过传统的解析方法实现方位失准角的粗对准,造成了大方位失准角问题,从而导致系统的强非线性。通过变换状态量,用方位失准角的两个三角函数代替方位失准角作为状态量,建立了新的线性系统方程。用改进奇异值分解法对新对准系统进行可观测度分析,完成了车载导航试验,结果表明：本初始对准方案在低精度的组合导航中具有很好的对准精度和对准速度。     

Optimization of two GPS/MEMS-IMU integration strategies with application to sports

The application of low-cost L1 GPS receivers integrated with micro-electro-mechanical system (MEMS) inertial measurement units (IMU) allows the continuous observation of position, velocity and orientation which opens new possibilities for comparison of athletes’ performance throughout a racecourse. In this paper, we compare loosely and closely coupled integration strategies under realistic racing scenarios when GPS is partially or completely masked. The study reveals that both integration approaches have a similar performance when the satellite constellation is completed or the outages are short. However, for less than four satellites, the closely coupled strategy clearly outperforms the loosely coupled approach. The second part of the paper is devoted to the important problem of system initialization, because the conventional GPS/IMU alignment methods are no longer applicable when using MEMS-IMU. We introduce a modified coarse alignment method and a quaternion estimation method for the computation of the initial orientation. Simulations and practical experiments reveal that both methods are numerically stable for any initial orientation of the sensors with the error characteristics of MEMS-IMUs. Throughout the paper, our findings are supported by racing experiments with references provided in both, the measurement and the navigation domains.     

结合GPS和GLAS数据生成Dome-A区域DEM

详细阐述了利用GLAS数据和GPS数据生成Dome-A地区DEM的方法。首先进行GLAS数据转化, 便于与GPS数据结合, 提出一种快速搜索GLAS和其光斑(Footprint)覆盖GPS点的算法, 比较GLAS数据和GPS数据发现, 均值差异最大为1.118 m, 最小为0.997 m, 而标准差稳定为5-6 cm, 在进行椭球变换修正之后, 差值最大为0.405 m, 最小为0.284 m;之后利用改进的角度限差法沿测线对GPS数据进行特征点提取, 得到抽稀之后的数据;再利用抽稀之后的GPS数据和处理后的GLAS数据使用克里金插值方法生成研究区DEM。利用1199个GPS点和53个GLAS检验点对最后生成的DEM进行了精度分析, 残差中误差为5 cm, 最大残差绝对值为12 cm。利用原始GPS数据, 原始GPS数据和GLAS数据, 处理后GPS数据利用克立金插值方法分别生成了研究区的DEM, 通过等高线提取分析以及检验点的误差分析, 处理后的GPS数据生成的DEM要优于原始GPS数据的, 证明GPS处理的必要性。     

基于DEM的GPS仿真观测实现

利用GPS仿真测量技术不需野外观测即可获得大量所需观测数据,可用于最优GPS选点、最优作业方案制定、各种复杂环境下GPS测量精度和可靠性研究、各种GPS应用研究等领域。本文给出了GPS仿真的原理、方法及误差模型,利用Visual Basic.Net语言对ArcGIS进行了二次开发,编制了基于DEM的静态GPS观测值的仿真软件,并通过仿真数据分析,可以得出最优测站位置和最佳的观测时段。     

GPS残差信号提取的时间序列分析方法

作者使用零基线单差模型研究并讨论了GPS量测噪声的时相关特性,并得出了GPS观测噪声具有类似白噪声或一阶高斯马尔科夫噪声的特殊性质。利用观测噪声所具备的这种特殊性质,作者首先尝试了从时间域的角度分离和提取了残差序列中的多路径信号特性,成功验证了多路径信号在连续两个恒星日内会有所重复的结论。作者提出了一种使用时相关分析法检测观测序列中周期信号(如冰期反弹、固体潮、极潮等)的设想并就其可行性进行了分析研究。最后,针对观测噪声的这种特殊性质,探讨了结合使用小波分析法提取GPS沉降监测信号的可行性。     

内置ARM板卡GPS接收机设计与实现

随着信息化科技的不断发展,GPS在很多领域得到了广泛的应用。本文以GPS系统为蓝图,用ARM板卡技术作为平台设计了嵌入式GPS接收机,并对接收的动态试验数据精度进行分析,证明了基于ARM板卡的嵌入式GPS接收机在GPS系统中应用的可行性。     

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。     

开封市D级GPS控制网建设

GPS技术在各行业已得到了广泛应用,GPS定位技术的发展已日益成熟,GPS定位技术为城市控制网的测量提供了简便可靠的方法。文章阐述了GPS用于城市控制网的测量方法,结合在开封市D级GPS控制网测量实践,研究了D级GPS控制网布设的方案设计、测量实施及数据处理,通过在开封市的实践证明,采用GPS测量方法建立城市控制网可以满足精度要求。     

GPS高程拟合方法研究

通过TGO1.6V商用软件平台对采集的GPS数据进行处理,然后就具体工程项目进行GPS高程拟合方法研究、数据处理和精度分析,比较不同拟合方法的可行性,得出了工程项目的最优解,最后对GPS高程拟合应用进行了展望.     

基于MODIS与GPS的D-InSAR大气延迟改正量提取

受GPS站点密度的限制,利用GPS数据改正D-InSAR中大气延迟误差往往达不到很好的效果。为此,研究了GPS与MODIS联合实现大气延迟改正量提取方法,利用两期GPS观测数据及相应时间的MODIS数据分析GPS-PWV与MODIS-PWV的关系,进一步得到MODIS水汽的校正模型。经过GPS+MODIS算法改正后,大气延迟改正精度为3.618mm,满足形变测量的要求。实验结果表明:在大气状态变化缓慢时,利用GPS结合MODIS数据对D-InSAR大气延迟改正有一定的效果。