GPS载波相位双差观测量随机模型估计的新方法

GPS载波相位观测量具有时间相关性、空间相关性和方差差异性,随机模型的准确确定比较困难,一般采用简化的随机模型.用MINQUE方法估计GPS观测量随机模型的方法比较严密,但计算工作量非常大.本文提出了一种适用于GPS载波相位双差观测量的随机模型估计的新方法,即在平差前将载波相位双差观测序列转化为平稳随机序列,应用平稳随机过程的方差及相关系数的估计方法,估计GPS载波相位双差观测量序列的方差及其相关系数.实算证明应用4～8min的观测数据可使GPS短基线同定解的精度提高10mm左右.     

自适应卡尔曼滤波在载波相位平滑伪距中的应用

对于高精度GPS定位,应用传统的载波相位平滑伪距算法会使定位的连续性和精度受到影响,在高动态GPS环境中甚至无法正常应用.基于标准卡尔曼滤波算法假设,利用极大似然准则推导了一种新的应用于载波相位平滑伪距的自适应卡尔曼滤波算法,这种滤波算法利用新息序列分别对系统过程噪声方差和量测噪声方差进行实时估计和调整,得到适用于动态定位的载波相位平滑伪距所需的最优平滑时间常数.在相关理论分析的基础上,对自适应卡尔曼滤波算法的稳定性进行了分析.动态定位仿真结果表明,与传统的载波相位平滑伪距算法相比,自适应卡尔曼滤波算法可以有效改善定位的精度和稳定性.     

基于双频载波相位组合的变形信息逐步精化方法

针对GPS动态变形监测,利用监测点位置精确已知的条件,提出了一种新的单历元变形信息解算算法,避开了整周模糊度的求解和周跳的探测与修复,极大简化了数据处理过程。针对较大的瞬时变形量,首先采用长波长的双频载波相位组合观测量进行求解,然后利用宽巷和L1载波相位观测量进行逐步精化处理,从而可以精确求解高达0.8 m的瞬时变形量。静态和动态实验结果表明,该方法可以达到±5 mm的精度,能够有效应用于快速变形监测。     

北斗卫星导航系统长距离网络RTK方法研究

研究了北斗卫星导航系统长距离网络实时动态定位(RTK)方法.利用长距离参考站北斗卫星导航系统(BDS)多频观测数据确定宽巷整周模糊度,通过顾及大气误差的载波相位整周模糊度解算模型,解算双差载波相位整周模糊度.考虑长距离参考站观测误差的特性不同,将观测误差进行分类处理,利用参考站观测误差和区域误差内插法分别计算流动站的电离层延迟误差和非色散性误差,并改正流动站载波相位观测值的观测误差.使用流动站多频载波相位整周模糊度解算方法确定载波相位整周模糊度,并进行位置参数的计算.使用长距离连续运行参考站(CORS)的实测数据进行算法实验,流动站定位结果与坐标已知值在E,N,U 3个坐标分量方向的偏差达到厘米级水平,3个坐标分量差值的RMS分别为10,14,35 mm.实验结果表明:提出的BDS长距离网络RTK方法可以有效消除流动站载波相位观测值的系统误差,实现流动站用户的厘米级定位.     

GPS长距离参考站间低高度角模糊度快速解算方法

提出了一种长距离全球定位系统(GPS)网络实时动态定位(RTK)参考站间低高度角卫星整周模糊度解算方法.利用L1,L2频率的观测值及严格的模糊度固定标准解算宽巷整周模糊度,将固定的宽巷整周模糊度与双频载波相位整周模糊度的整数线性关系作为约束条件,结合双频载波相位无电离层组合观测值估计双频载波相位整周模糊度和相对天顶对流层延迟误差,并搜索确定双频载波相位整周模糊度.利用固定模糊度的卫星大气延迟误差确定低高度角卫星的双频载波相位宽巷整周模糊度,将固定模糊度的卫星双频无电离层组合观测值与低高度角卫星双频无电离层组合值进行方程联立,同时利用低高度角卫星双差宽巷整周模糊度与双频载波相位整周模糊度的线性约束关系,进一步确定低高度角卫星的双频载波相位整周模糊度.使用实测的连续运行参考站(CORS)网GPS双频观测数据进行算法验证,结果表明:该方法可正确有效地实现参考站间低高度角卫星的载波相位整周模糊度的快速解算.     

GPS载波相位的周跳检测方法

讨论了GPS载波相位定位中出现的周跳问题及其解决途径,将其分为静态和动态两种情况。在静态环境下根据卫星运动的特点采用最小二乘拟合的方法来检测,在动态环境下利用卡尔曼滤波对载波相位残差进行统计检验,并结合双频相位电离层残差组合进行两级周跳检测,可以提高周跳的检测能力。利用实测的相位数据,上述方法均得到了验证。     

多普勒频率跟踪的四阶加权扩展卡尔曼滤波器

用泰勒级数展开的形式表示高动态的载波相位参数,给出了对高动态载体和各阶频率参数估计的四阶加权扩展卡尔漫滤波器(EKF),以及实现高动态跟踪滤波器必须的状态转移矩阵和动态噪声协方差矩阵.计算机模拟实验分析了对载波相位和各阶频率的跟踪结果.     

基于三线法的高动态载波同步方案

针对在高动态下实现载波同步的问题,提出了一种基于快速傅里叶变换(FFT)三线谱法和锁相环(PLL)相结合的载波同步方案:首先在利用周期图峰值进行粗估的基础上,根据提出的新的插值公式,利用峰值左右2条谱线的幅度进行细估;再将得到的载波参数作为跟踪环路的引导频率,控制数控振荡器(NCO)的输出频率;最后通过PLL环路的自适应算法实现载波相位的动态跟踪。该方法一方面可使载波参数的实时精确估计能够适应高动态低信噪比的要求,减小了跟踪时间;另一方面在跟踪环路中由高精度的PLL进行相位补偿,二者结合可以满足动态性能和跟踪精度的要求。     

一种基于GPS单差模型的姿态解算算法

针对采用双差模型无法克服双差观测量的强相关性这一问题,以观测量不相关的单差模型为基础,提出一种可递归处理的定姿算法.该方法用码观测量辅助载波相位观测值,增加了信息量,通过递归估计模糊度浮点解及其方差协方差矩阵,从而可以利用LAMBDA算法估计整周模糊度.该算法计算量较小,且具有数值稳定性.实验结果表明,该算法的初始化时...     

面向5G NR的动态拓扑高精度载波相位定位方法

为了在动态拓扑环境下实现高精度的定位，提出了一种适用于第5代移动通信新空口技术(5G NR)的载波相位定位方法。在动态拓扑环境中，接入点与终端的相对移动难以保证合理的几何布局，因此提出了一种基于几何精度因子的节点优选方法。考虑到动态拓扑的情况，建立了载波相位时域差分方程，以高精度估计位置的变化，并与到达时间差算法相结合，得到初步的位置估计。将这个初步估计作为泰勒展开的起点，使多个时刻上的方程组线性化，最终得出整周模糊度的解。仿真结果表明，基于节点优选的载波相位定位方法可在动态拓扑环境中实现高精度的整周模糊度解算和厘米级的定位精度。     

Optimization of the carrier tracking loop for GPS high dynamic receivers

A carrier tracking loop which can adjust the loop parameters adaptively is proposed for high dynamic application.Three modules,called theα-β-γfilter model,adaptive loop structure model and adaptive loop bandwidth model respectively,are added in the presented tracking loop compared with the traditional carrier tracking loop based on the second-order frequency lock loop(FLL)assisting third-order phase lock loop(PLL)loop filter.And the optimization methods for the tracking bandwidth and the carrier loop order are analyzed.The real-time estimation methods of the dynamic parameters,the velocity,acceleration and jerk along the line of sight(LOS)between the satellite and the receiver's antenna,and the measurement parameters are discussed based on the presentedα-β-γfilter algorithm.A method is introduced to improve the filter's dynamic response to meet high dynamic application by self-adjustedα-βγfilter coefficient used in the tracking loop.The performance of three cases with different carrier tracking loop is compared by simulation.     

旋转载体上空气非均匀性对干涉测量影响的研究

分析了旋转载体上离心力产生的干涉测量光路中空气介质压强的不均匀性变化,给出了干涉光路介质折射率相应的分布规律,研究了由此产生的干涉测量系统动态测量的示值偏差．据此分析计算的结果可用于测量结果的精密修正,为精密离心机及类似的旋转载体上的动态干涉测量系统的分析设计提供了理论依据．     

临近空间高动态高速载波捕获跟踪的实现方法

为了接收临近空间高动态高信息速率用户信号,需要设计载波链路的捕获与跟踪系统.根据临近空间网络高动态高信息速率的链路特性,着重分析了HDHI(HDHI,high dynamic and high information-rate)载波链路捕获跟踪的特性及实现方案.对载波链路捕获跟踪的设计原理做了清晰的说明和推导,提出了适合HDHI载波链路捕获跟踪设计方法,并对高动态高信息环境中接收机的载波捕获与跟踪数字系统的设计做了详细的陈述.最后通过实验和对比论证了利用DQPSK方式的HDHI信号捕获跟踪设计方法是可行的.     

航天测控设备GPS精度鉴定方法研究

介绍了应用ＧＰＳ载波相位测量动态相对定位技术对航天测控设备进行精度鉴定的方法和方案,给出了实际飞机动态定位结果以及对某型号光电经纬仪精度鉴定的结果,并对实际试验结果进行了分析。     

利用Klobuchar模型和载波平滑伪距观测值模型分析电离层变化

在GPS测量中,电离层延迟是一个比较重要的误差来源.对于单频接收机,由广播星历中提供Klobuchar模型参数进行电离层延迟改正;对于双频接收机,采用载波平滑伪距观测值计算电离层延迟改正.利用深圳市连续运行卫星定位参考站系统的双频观测数据,分别用Klobuchar模型和载波平滑伪距观测值两种方法计算深圳市5个CORS站上的电离层延迟值,对两种模型计算的电离层延迟值进行比较,分析深圳市电离层延迟的周日变化规律.     

GPS测量在公路控制网建设中的应用

GPS测量利用卫星导航定位系统,测量精度高,速度快.以浙江衢州平山桥至团石公路的控制网测量为例,外业测量采用三角网布设控制网,通过GPS载波相位相对定位测量技术对控制点进行详细测量;内业通过基线解算进行基线向量平差,控制网通过无约束和约束平差,在误差调整后,采用相对动态定位技术进行控制点加密,实现快速、高精度的公路控制网测量.     

窄带干扰抑制对载波相位测量零值影响分析

为研究窄带干扰抑制对卫星导航系统载波相位测量零值的影响,采用典型窄带干扰抑制算法的等效滤波模型进行分析,构建窄带干扰抑制下的载波相位测量零值偏差分析模型,推导载波相位测量零值偏差与等效滤波器的关系,并给出载波相位测量零值无偏性的条件.分析表明:等效滤波器为线性相位滤波器的窄带干扰抑制算法对载波相位测量零值没有影响,等效滤波器为非线性相位滤波器的窄带干扰抑制算法对载波相位测量零值的影响与等效滤波器的时域抽头系数直接相关.蒙特卡洛仿真给出了典型窄带抑制干扰算法在不同窄带干扰参数下对载波相位测量零值造成的偏差.     

高动态GPS接收机同步环路的设计

通过对普通的GPS接收机信号同步的机理进行研究,分析了高动态环境给接收机的处理造成的问题,给出利用多步长搜索和FLL进行频率牵引的捕获方案.在普通的GPS接收机的基础上设计并仿真了高动态接收机.结果表明,该方案能够在高动态环境下完成信号的捕获和跟踪处理,为深入研究高动态接收机提供基础.     

Tracking error analysis and simulation of FLL-assisted PLL

In order to solve problems in high dynamic environment, a frequency-locked loop (FLL) assisted phase-locked loop (PLL) is put forward for carrier tracking. On the basis of the analysis of discriminators, the total phase error of the tracking loop is analyzed and a general error expression is derived. By using linearization and Jaffe-Rechtin coefficients, the performance of a special first order FLL-assisted second order PLL is analyzed to get a closed expression. Analysis results and simulations show that there exist an optimal FLL loop bandwidth and a optimal PLL loop bandwidth which can make the phase jitter much less than that when the PLL is used alone.