车辆GPS/DR组合导航系统研究

车辆导航系统常采用GPS/DR组合导航方式,很多该类组合导航系统采用联邦滤波器,分别对GPS信号和DR信号进行处理,再通过主滤波器融合两个子滤波器的计算结果。使用联邦滤波器有很多优点,特别是当GPS或DR其中任何一个子系统出现故障时联邦滤波器仍然可继续为用户提供导航服务。但是,联邦滤波器设计结构复杂,各种参数选取对滤波器的性能影响较大,选取不当反而引起导航精度的降低。设计一种GPS/DR滤波器,这种滤波器当GPS接收机在城市中受到遮挡引起失锁时仍能够为用户导航,并且该滤波器与联邦滤波器相比,结构简单,设计简易。通过在城市中进行车辆实测导航实验,验证了该滤波器能够满足导航精度要求,适用于城市中车辆导航应用。     

导航卫星轨道拟合方法与仿真研究

提出利用虚拟现实技术加强对导航卫星星座的三维仿真模拟,用于系统的设计与监控。考虑到GPS系统的成熟性和与北斗系统的相似性,以GPS精密星历为基础,深入研究利用GPS精密星历拟合卫星三维坐标的方法,对两种常用方法——拉格朗日多项式内插和切比雪夫多项式拟合的处理效果进行分析和比较,给出两种拟合方法得到的卫星位置误差与阶数的关系,探讨短时间外推的效果,确定切比雪夫多项式拟合为最佳的卫星轨道拟合方法,并据此求得任意时刻的卫星坐标,构建了导航卫星三维标准化轨道虚拟运行场景。     

一种车辆GPS/DR/DMAP组合导航系统

车辆导航系统常采用GPS/DR组合导航方式,在实际使用中若采用联邦滤波器,由于设计结构复杂,各种参数选取对滤波器的性能影响较大,选取不当反而引起导航精度的降低。本文设计了一种GPS/DR滤波器,这种滤波器当GPS接收机在失锁时仍能够为用户导航,并且该滤波器结构简单,设计简易。本文采用了DMAP,纠正了车辆相对于道路的偏差。实测导航实验验证了该滤波器能够满足导航精度要求,适用于城市中车辆导航应用。     

基于OpenGL和IGS精密星历的GPS卫星轨道可视化

利用IGS精密星历提供的GPS卫星坐标,采用切比雪夫多项式对GPS卫星坐标进行拟合,最终在MFC的环境中运用OpenGL实现对GPS卫星轨道的三维可视化。通过对GPS卫星轨道的可视化,为GPS卫星状态的监测提供了更加直观的工具,对以后卫星导航定位的研究具有重要的意义。     

EM算法在卫星轨道计算中的应用

利用精密星历文件计算卫星轨道坐标,现今较常用的方法是拉格朗日插值法和切比雪夫拟合法.在实际应用中,8阶拉格朗日内插或者12阶切比雪夫拟合即可达到厘米级精度.然而,IGS精密星历文件经常会受到卫星信号限制等原因导致部分数据失真或缺失.在数据缺失或数据量较少的情况下,无法采用高阶的插值法或拟合法.只能降阶对其插值或拟合,从而导致计算精度降低.采用EM算法,添加与卫星轨道信息相关的“潜在数据”,可以有效解决这一问题,大大提高卫星拟合的精度.     

GPS卫星坐标的计算

GPS卫星的坐标计算是利用GPS进行定位的关键环节，在利用GPS进行导航和测量时，需要多次计算卫星的坐标，因此快速准确地计算出卫星任意时刻的坐标，对于提高GPS定位精度和速度具有重要的意义。通过实例分析了利用广播星历的轨道参数、拉格朗日多项式插值和切比雪夫多项式拟合这三种方法计算卫星任意时刻的坐标，并进行了精度比较。     

两种GPS精密星历拟合算法的性能比较

国际GNSS组织提供了GPS卫星的精密星历、对流层延迟与电离层延迟等产品,而GPS高精度导航定位需要对GPS精密星历进行内插。本文采用拉格朗日和切比雪夫多项式两种拟合方法对IGS提供的GPS精密星历进行插值处理,分析两种方法对于GPS星历插值精度的影响,并改变部分参数,讨论不同参数设置对插值算法的影响并进行实测数据的验证。     

GPS精密钟差内插方法研究

GPS钟差的计算,可以通过精密星历内插所得。将IGS提供的15min精密星历内插到5min,其中分别用拉格朗日多项式、切比雪夫多项式法来进行内插,根据两种插值多项式分别比较分析在不同阶数情况下内插的精度。详细介绍了拉格朗日多项式、切比雪夫多项式插值法的基本原理,通过算例得出了拉格朗日与切比雪夫的拟合精度都可以满足精密定位需要,且切比雪夫插值的精度更高。     

GPS卫星广播星历轨道误差突变性分析

针对GPS卫星播发的广播星历存在误差突变的问题进行了有关研究。利用切比雪夫多项式,分别以不同的拟合时段计算卫星轨道坐标,然后分别与对应历元的IGS精密星历所提供的GPS卫星的坐标进行比较,发现了某些GPS卫星广播星历轨道误差变化的规律。这对如何削弱广播星历的轨道误差,提高导航与定位精度是十分有益的。     

基于北斗卫星广播星历的卫星位置拟合精度分析

为了提高利用广播星历计算卫星位置的效率,介绍了利用切比雪夫多项式拟合BDS混合星座卫星的方法。通过2013年1月13日0点-9点的广播星历数据实验,分析了切比雪夫多项在不同拟合阶数和不同拟合节点数情况下对卫星位置拟合精度的影响。结果表明：利用切比雪夫多项式拟合北斗混合星座卫星在1h时段内的轨道时,拟合阶数以7～9阶为宜,拟合节点数略大于拟合阶数即可,拟合精度达亚毫米级。     

GPS卫星精密星历内插方法比较分析

借助GPS卫星精密星历,使用Lagrange多项式插值法和Chebyshev多项式拟合法内插出GPS卫星的瞬时位置,确定了插值精度与插值阶数的关系,并对这两种方法的优缺点进行了对比分析。计算结果表明:内插卫星瞬时坐标时所选取的插值阶数不应过高或过低,三维坐标分量在最佳插值精度时选取的插值阶数并不完全相同,Chebyshev多项式拟合法相比Lagrange多项式插值法的插值效果更好。因此,建议在优先选用Chebyshev多项式拟合法内插卫星瞬时坐标的同时,对三维坐标分量分别选取不同的插值阶数,以达到最优的插值精度。     

利用联邦滤波器设计SINS／RDSS／GPS组合导航系统

介绍了Garlson提出的分布式联邦滤波理论，讨论了两类系统设计类型和四种配置模式的特征。首次提出SINS／RDSS／GPS组合导航的设想，并对各子系统特点进行了探讨和对SINS／RDSS子系统进行了建模，建议在实际开发中采用NR配置模式，该模式属于A类联邦滤波系统。通过算例验证了NR模式融合结果的近似最优性、优良的容错性和故障探测能力。     

广播星历参数拟合算法研究

导航卫星一般采用近圆轨道,当卫星轨道偏心率或者轨道倾角接近于0时,利用GPS卫星开普勒轨道根数拟合卫星广播星历会出现一些问题。当高轨卫星轨道偏心率接近0时,广播星历拟合精度下降甚至拟合失败,为此本文提出了减少拟合参数个数、固定轨道根数M0或者延长星历参数拟合弧段长度的方法;针对GEO卫星在小倾角情况下,广播星历可能拟合失败的情况,本文提出了改变坐标系参考轨道面,在新的坐标系下拟合广播星历的方法。结果表明,改进后的拟合方法能适用于各种类型的导航卫星轨道,拟合精度在cm级或者mm级。     

车载组合导航数据处理方法研究

在运用组合导航技术进行车辆定位导航过程中,由于环境、导航设备等因素的干扰,导航数据中会包含有较大误差的野值数据,使得导航结果与实际车辆的行驶轨迹发生较大偏差,从而给人们的日常生活带来不便。一方面,错误的导航信息会给用户增加不必要的麻烦,影响智能交通系统的发展;另一方面也影响组合导航技术的应用和推广。为此,本文提出了对车辆低速和车辆停止时的定位数据进行剔除,利用粗差剔除和多项式拟合等方法对定位数据进行分析处理,提高导航定位的准确性。跑车试验证明该方法可以有效地提高定位精度,满足车载导航的需求。     

基于多传感器的民航客机定位

为获取民航客机落地前的高精度位置,本文探讨了一种基于多传感器的民航客机高精度定位方法。在飞机飞行过程中,机载数据记录器会记录整个飞行过程中GPS接收机、无线电高度表、惯性导航系统等传感器数据;在飞机落地后,利用无线电高度表数据、GPS数据进行位置差分,再利用惯性导航数据进一步优化,可大幅提高落地前垂直定位精度。结果表明,通过本文方法在机场跑道入口前2 km,飞机定位精度大幅提高,垂直定位精度可以达米级,满足事后调查需求。     

基于高阶AR模型的陀螺随机漂移模型

陀螺随机漂移是影响惯性导航和组合导航精度的重要因素。首先用周期函数拟合和小波变换两种方法分别对随机漂移中的周期噪声进行分析和处理;然后对相关噪声建立高阶AR模型;最后将该模型应用在GPS／INS组合导航Kalman滤波中,并对结果进行分析和比较。结果表明,相比于周期函数拟合,小渡变换不仅能够更好地削弱周期噪声的影响,还能够削弱高频白噪声的影响;相比于一阶马尔科夫过程,高阶AR模型能够更好地描述随机漂移中的相关噪声;基于小渡变换和高阶AR模型的GPS／INS组合导航具有明显的优势。     

Integrated data processing method for GPS and INS field test over Rocky Mountain

The method of integrated data processing for GPS and INS(inertial navigation system) field test over the Rocky Mountains using the adaptive Kalman filtering technique is presented. On the basis of the known GPS outputs and the offset of GPS and INS, state equations and observations are designed to perform the calculation and improve the navigation accuracy. An example shows that with the method the reliable navigation parameters have been obtained.     

Integrated data processing method for GPS and INS field test over Rocky Mountain

IntroductionGPS/INS integrated system exploited the INSand differential GPS pseudo-range and carrierphase technique to promote the accuracy of thedynamic platform navigation and positioning,and increase the reliability and stabilization.Incalculation, Kal…