CAPS卫星导航系统定位精度分析方法研究

卫星导航系统的定位精度主要受伪距测量的精度和卫星的空间几何分布两方面的影响.GPs等相同轨道分布的卫星导航系统一般采用DOP(几何精度因子)来分析定位精度.我国的转发式卫星导航定位系统CAPS是由GEO商用通信卫星以及一定数量的倾斜轨道通信卫星(IGSO)组成的混合星座导航系统,转发地面控制站信号,实现导航定位等功能.由于不同轨道卫星轨道误差不同,用户得到的卫星轨位精度和测量伪距精度也不相同,因此定位精度计算时必须考虑这种差异.本文引入加权几何精度因子(WDOP)的概念,对CAPS的定位精度进行了分析.通过仿真实验可以看出,由加权几何精度因子计算所得的定位精度能更真实地描述定位精度状况.     

北斗卫星导航系统URE与定位精度分析

北斗卫星导航系统已具有区域无源导航能力,为了研究当前可用星座情况下的系统定位精度,首先分析用户等效测距误差(UERE)结合精度因子(DOP)值的精度评估方法计算模型,然后利用上述方法采用实际数据对比分析了北斗卫星导航系统和GPS系统一段时间内的静态定位精度。通过分析得出,在该段时间内北斗系统定位精度在水平方向上误差优于5 m,在高程方向上误差优于15 m。     

BD-2/GLONASS集成接收机关键技术研究

为解决北斗卫星导航系统星座不足,避免不利条件下的定位盲区,提高定位精度,实现北斗2代系统与GLONASS系统的多星座空时统一,开展了BD-2/GLONASS集成接收机课题的研究。论文对多星座卫星导航系统的优点和定位算法进行了研究,对BD-2与GLONASS系统的时间系统、公共频率、坐标系统进行了分析。实验结果表明,该研究在可见卫星数,PDOP方面可以解决星座不足有效提高了导航定位的精度,增加了系统的定位性能和可靠性。     

面向低轨通信星座的导航定位方法比对研究

当前基于低轨卫星的导航定位方法研究成为国内外热点,其中基于低轨通信卫星的导航定位技术更是当前研究的重点方向。然而低轨通信星座较低的时空基准精度给导航定位带来了较大的挑战,针对弱时空基准约束的低轨卫星导航定位体制设计还处在研究的初级阶段。本文针对低轨通信星座的导航定位服务需求,基于LEO通信卫星的伪码测距信号与多普勒测频信号,开展精度因子（Dilution of Precision,DOP）及定位精度均方根误差（Root Mean Square Error,RMSE）分析,并对两类测量体制下的低轨通信星座导航定位服务性能进行分析论证。理论分析与仿真结果表明,在设定低轨通信卫星10 m～30 m弱时空基准误差的约束下,多普勒测频体制具有更优的导航定位精度,其周期平滑后的三维RMSE值为1.28 m,相比伪码测距体制下的三维RMSE值优化了86.8%;二维RMSE值为0.99 m,相比于伪码测距体制提升了52.9%。本文提出了一种较为可靠的低轨通信星座多普勒定位方案,为未来低轨通信卫星用于导航定位服务提供了有益参考。     

基于北斗的多系统组合定位方法研究

基于多系统组合的导航定位技术应用日益广泛,采用多系统组合导航克服了单一星座系统定位中存在的定位精度差、可见星少、可靠性低等问题。本文提出了基于北斗卫星导航系统的多系统组合定位方法,详细推导了基于北斗的多系统组合用户定位算法模型。比较分析了单一北斗卫星导航系统和北斗、GPS、Galileo 多系统组合条件下服务性能,得出在多系统组合条件下可以极大改善用户观测条件,进而提高了用户导航定位使用效能。     

偏振正交误差对偏振光导航定位系统测量精度的影响

偏振正交误差是影响四通道时分复用大气偏振检测系统精度的主要因素。通过建立检偏器阵列偏振正交误差对偏振光导航系统定位精度的影响模型,分析了该误差对大气偏振测量精度与导航定位精度的影响,并进行了实验验证。理论与实验结果表明,降低检偏器阵列偏振正交误差,可以显著提高系统大气偏振测量精度与导航定位精度。当检偏器阵列偏振正交误差无法消除时,调整定位初始角可以明显提高系统测量精度与导航定位精度。     

多卫星导航系统组合定位解算

主要研究由GPS、Galileo和北斗等多个卫星导航系统互相辅助,实现组合定位解算。由于各独立卫星导航定位系统的卫星星座规模有限,可提供的卫星定位服务的精度、可靠性无法得到保障。为了提高定位精度,在传统卫星定位解算的理论基础上,提出了利用多种系统组合定位的方法,可明显改善可见卫星结构,提高定位精度,从而保证定位结果的可靠性和连续性。     

面向通导共生的低轨卫星机会信号定位管理

通导共生是指通信和导航信号共存于卫星生态环境中。针对定位或通信的单一功能低轨卫星星座,在定位或通信信号不可用时难以快速进行定位管理的难题,提出了应用扩展卡尔曼滤波器算法,对低轨卫星通导共生星座的机会信号进行定位解算,突破定位管理对单一导航系统的依赖。首先,介绍了卡尔曼滤波的基本原理,结合低轨卫星多星座定位管理算法,提出了一种基于机会信号的卡尔曼滤波定位管理算法;其次,分析了所提算法的优点,包括提高定位精度、提高定位效率、提高定位稳定性等;最后,进行了实验,验证了所提算法的有效性。结果表明,所提算法能够有效地提高定位精度、定位效率、定位稳定性,为低轨卫星通导共生星座定位管理提供了一种有效的解决方案。     

少星环境下的矢量跟踪接收机增强技术研究

卫星导航系统已经成为最常用的导航和定位手段,地面车辆、智能手机等都依靠卫星导航接收机提供高精度导航和定位信息.然而在城市复杂环境下,卫星导航信号常常被环境遮挡,接收机接收不到足够数量的卫星信号,导致接收机定位误差变大或者不能输出导航信息.矢量跟踪接收机采用卡尔曼滤波估计导航定位信息,能够在少星环境下提供一定精度的定位信息,但是误差随着时间发散.为了提高矢量跟踪接收机在少星环境下的性能,提出高度信息辅助矢量跟踪接收机方法,给出了高度信息辅助下矢量接收机导航信息估计模型.实际场景实验表明,在2 min的实验时间中,采用高度信息辅助,定位精度有了明显的提升.     

北斗卫星导航系统高精度定位的基本性能研究

引言 北斗卫星导航系统是中国自行研发的全球卫星导航系统,可在全球范围内全天时.全天候提供高精度的定位和导航等服务.本文对北斗卫星导航系统的高精度定位的基本性能进行了研究,通过分析其导航系统的广播星历数据,研究北斗卫星导航系统在不同纬度的可视情况,利用实测数据对其高精度定位的基本性能进行了分析和评估.北斗一代是一种区域有源卫星导航系统,覆盖的范围仅限于中国和周边国家和地区.而北斗二代在2012年正式投入使用,系统包含了5颗地球静止轨道卫星,5颗倾斜地球同步轨道卫星,4颗中国地球轨道卫星,共14颗卫星的定位系统.为此本文从伪距和载波相位观测、位置精度衰减因子、卫星可见性等多个方面评估其高精度定位的基本性能.并结合实测实验数据,对比分析其和GPS的性能对比.     

北斗三号卫星伪距测量误差特征分析

随着卫星导航系统广播星历和钟差参数的精度提升,下行导航信号伪距测量误差对于用户定位授时精度的提升益发显著。由于独特的卫星星座和系统体制,北斗二号卫星伪距测量与仰角呈现线性相关的变化特征,且幅度显著于 GPS 卫星,是北斗二号服务性能提升的关键瓶颈。 随着北斗三号系统的建设,空间星座逐步以 MEO 卫星为主。本文利用 iGMAS 公开数据全面评估北斗卫星下行伪距测量的多路径误差特征,结果表明,北斗三号卫星伪距多路径误差随仰角变化的趋势已得到明显改善,峰峰值为±1m,分布较为随机,与 GPS 卫星特征类似。     

北斗系统对流层延迟改正模型精度分析

北斗系统是我国自主研制的卫星导航定位系统,为提高该系统的定位精度,必须对其误差源引起的定位误差进行修正。对流层延迟是影响北斗卫星定位精度的误差源之一,它是由对流层大气对卫星信号的折射而引起,因此需要进行对流层延迟改正,其改正精度将直接影响卫星的定位精度。针对目前导航系统常用的3种对流层延迟模型,利用公认的电波射线描迹法进行比对,得到了各个模型的特征和适用范围,从而为我国北斗导航卫星定位应用中的对流层延迟模型选择奠定基础。     

卫星导航信号完整性研究

为了提高导航定位的可用性,在街道、树林和室内等有遮挡的场景实现精确定位,卫星导航的完整性研究日益成为热点.文中提出了一种全新的卫星-基站混合定位方法.该方法考虑非直达波（NLOS）的影响,将散射体作为虚拟信号源,建模分析NLOS导致的定位误差,并基于GDOP分析,选择最优的卫星-基站定位组合,抑制多径误差,改善定位精度因子（DOP）.仿真表明,相比于传统的混合定位,该方法具有更高的定位精度和鲁棒性.     

“北斗”卫星导航系统仿真与全球覆盖分析

为了解“北斗”卫星导航系统( BDS)的星座分布及其正式运行后卫星在全球范围内的覆盖情况,依据BDS卫星轨道参数,使用卫星工具包( STK)构建了完整的BDS空间星座,对BDS卫星轨道信息、可见性以及对地覆盖品质进行分析。在对可见性及覆盖品质的分析中,分别仿真分析了在4个不同的城市和全球范围进行观测得到的几何精度因子( GDOP)和导航精度等参数性能。研究结果对分析BDS系统的服务性能以及提高BDS的导航精度有一定的参考意义。     

一种新的卫星导航系统快速选星方法

 从几何精度因子(GDOP)与星座几何布局的关系出发,提出了用于多星座卫星导航系统的快速选星方法——几何布局选星法.该方法以满足定位要求为前提,按卫星在星座中均布为原则来进行选星.仿真结果表明,相对传统GDOP选星法,计算量减少99%以上,而GDOP满足要求,同时,选星数较少且简洁快速,有效满足了选星求解的实时性和精度要求.     

基于激光陀螺平台的船载姿态定位系统

为确保船载卫星接收机能够得到自身实时、准确的姿态信息,考虑到低成本的要求,采用微机电系统(MEMS)惯性器件设计接收机用姿态定位系统。利用船头部的高精度激光陀螺导航系统来组合尾部的MEMS惯导系统,对MEMS捷联惯导系统的误差进行了分析并建立组合导航系统的动态模型,利用Sage-Husa自适应滤波器对惯导系统的误差进行估计,对MEMS惯导系统的姿态解算结果予以修正,以解决MEMS惯导姿态精度低的问题,试验验证方案可行。     

SIMULATION AND ANALYSIS OF PERFORMANCE ON THE COMPASSTM ENHANCED BY GEO AND IGSO

Positioning accuracy of the Global Navigation Satellite System (GNSS) can be analyzed by Positioning Dilution Of Precision (PDOP).In order to enhance the navigating performance of Asia and the Pacific areas,this paper analyzes the next generation BeidouTM navigation satellite system (CompassTM) enhanced by Geostationary Earth Orbit (GEO) and Inclining GeoSynchronized Orbit (IGSO).As global navigation satellite system,CompassTM must be robust enough to avoid system layoff,when some nodes are not available.So,the CompassTM enhanced by GEO and IGSO constellation is proposed and analyzed its PDOP proformance,this paper shows some exciting results of performance of CompassTM enhanced by GEO and IGSO.From the simulation results,we can found that:when more than fifteen satellites are invalid,the enhanced system could be operating normally.     

VDES R-Mode performance analysis and experimental results

Global Navigation Satellite Systems (GNSS) have become an essential part of maritime navigation, in particular to improve situational awareness and vessel traffic management. The dependence on GNSS creates vulnerability for maritime shipping. Driven by this vulnerability, the desire for a backup system for maritime navigation has been emerging. The VHF Data Exchange System (VDES) standard provides communication capabilities for maritime applications. VDES is currently being revised. As part of this revision, VDES will be extended by ranging and navigation functionalities, called R-Mode, as an alternative for maritime navigation. In this paper, we address system design aspects and evaluate the positioning performance of VDES R-Mode. We derive estimation theory bounds on the accuracy of VDES R-Mode distance and velocity. In a case study, we discuss and evaluate the benefit of satellite links to complement VDES R-Mode positioning. Furthermore, we introduce a Kalman filter for position and velocity tracking, which we apply to experimental data. We describe an experiment we conducted at Lake Ammer, southwest of Munich, and evaluate the VDES R-Mode positioning performance for this setup. Our experimental results show that VDES R-Mode is capable of achieving a 95th-percentile horizontal position error of 22 m. Thus, VDES R-Mode is a promising approach for a maritime backup system that can meet the IALA accuracy requirements.     

提高SINS/GNSS组合导航系统定位精度的方法研究

单纯依赖单一的导航手段难满足高精度的导航需求,因此,将捷联惯性导航系统(SINS)、全球卫星导航系统(GNSS)有效组合,实现优势互补。SINS/GNSS组合导航系统的数据处理一般采用卡尔曼滤波实现,当组合导航系统模型足够准确时,滤波性能较好,当导航系统模型存在误差或发生变化时,新的量测值对滤波估计值的修正作用下降,而旧的量测值的修正作用相对上升,从而导致滤波精度下降。针对上述问题,基于集中式卡尔曼滤波结构的SINS/GNSS组合导航系统,本文提出一种新方法,新方法在梯度方向上进行估计迭代,从而修正模型误差对滤波精度的影响,提高导航定位精度。实验结果表明,当导航系统模型和量测方程存在误差或发生变化时,新方法仍可以为导航系统提供有效的定位精度,满足高空长航时系统需求。