GPS和类GPS载波用于编队星座状态测量

为了确定编队星座的星间相对位置和卫星姿态,在原有联合GPS差分和类GPS伪距进行状态确定的研究基础上,进一步加入了类GPS载波差分信息。利用高精度的类GPS伪距给卫星间公里级的基线提供厘米级的约束,并采用Bayes最小二乘法快速解算出GPS星间载波单差整周模糊度；先由GPS伪距单点定位、GPS星内差分定姿获得卫星间相对位置、卫星姿态的先验信息,再采用Bayes最小二乘进行编队星座状态整体确定。数学仿真结果表明卫星间相对位置确定精度优于10~(-2) m,加入类GPS载波差分后能极大提高卫星姿态确定精度,使其优于10~(-5)rad。     

测量精度约束的模糊度搜索定位算法

为了快速且准确地固定整周模糊度,针对 LAMBDA 算法存在整周模糊度搜索范围过广、搜索效率低等问题,提出一种基于测量精度约束的模糊度搜索算法。该算法在最小二乘问题得到最佳加权的情况下,以标准差分进化（DE）算法为基础、载波相位测量精度为约束条件进行模糊度固定解的检验。该算法解决了不同卫星高度角产生的影响,在解算三维整周模糊度时能够达到 99% 的解算成功率。相比于 MLAMBDA、DE、自适应加权的差分进化（AWDE）算法,该算法进一步提高了模糊度的解算效率和成功率。     

附有约束条件的整周模糊度解算

载波相位测量的相对精度目前可以达毫米级,其周期性造成了模糊度无法确知,必须对其进行解算。传统的模糊度解算方法精度虽然较高但耗时,无法满足实时动态定位;附有几何约束算法的定位速度虽然较高,但由于基线先验信息的误差导致可靠性不高。提出了一种模糊度的解算方法,通过对基线向量的约束提高模糊度解算速度,该算法即使在先验信息出现一定误差的情况下,依然能较准确地估算模糊度,从而保证模糊度解算结果的可靠性。仿真结果表明：该算法能有效地提高整周模糊度解算效率,并且具有一定的容错力,适合于动态定位。     

惯性信息辅助的载波相位模糊度求解算法

针对卫星导航接收机载波相位精确定位中求解整周模糊度存在搜索空间大,时间长的不足,利用捷联惯性导航系统提供的惯性信息进行辅助,压缩模糊度搜索空间,实现模糊度的快速逼近与求解.实验结果表明,当采用单频GPS进行精密相对定位,使用SINS或者组合导航输出计算模糊度的初始值及其方差,该算法相对于传统算法更适合实时解算整周模糊度.     

编队飞行卫星自主相对定轨研究

卫星编队飞行相对轨道自主确定作为实现队形保持和控制的前提,是编队任务必须解决的关键技术问题.根据C-W方程的解析解描述编队卫星间的相对运动规律,选取星间距离信息与方位信息作为观测量,针对卫星编队飞行自主导航系统对精确性和实时性的要求,用超球面分布采样点变换(Spherical Simplex Unscented Transformation,SSUT)和Unscented卡尔曼滤波(UKF)相结合,提出了SSUT的UKF(SSUKF)导航滤波算法.由于SSUT减少了采样点个数,在保证滤波精度和标准UKF相当的条件下减轻了计算负担,完成了卫星编队相对轨道状态的自主确定,并结合仿真的轨道数据和测量数据进行了仿真,仿真结果说明实现了卫星编队优化的有效性和实时性.     

基于卡尔曼滤波修正RTK的智能手机GNSS定位方法

RTK应用于智能手机GNSS定位存在性能不佳的问题，为此提出了一种基于卡尔曼滤波修正RTK的定位方法。该方法利用相位观测值不确定度和卫星高度角筛选载波相位，提升观测数据质量；针对RTK定位受载波相位整周模糊度解算偏差影响的问题，引入多普勒观测值，基于卡尔曼滤波修正定位坐标，提升定位精度。静态定位和动态定位测试结果均表明，该方法能够有效提升基于RTK的智能手机GNSS定位精度与收敛速度。     

模糊度函数法在GPS动态定位中的应用研究

对于GPS导航定位来说,整周模糊度的解算问题是高精度动态定位的关键问题。本文针对GPS高精度动态定位的现状和存在的问题,利用模糊度函数法对整周模糊度的解算进行了研究。     

基于惯性信息辅助的北斗动动定位方法的研究

针对北斗动动定位中接收机信号易受遮挡导致无法实时准确定位的问题,对复杂信号条件下的动动定位测试进行了研究,提出了一种利用惯性信息辅助解算动态模糊度的方法,即一种将运动载体的惯导信息与北斗测量信息相结合,实现两运动载体之间精确动态相对定位的算法;通立基于载波相位双差的观测模型,采取融合滤波算法,讨论在不同卫星数目下的模糊度求解方法;在此基础上,利用实地车载试验完成了对上述组合定位方法的试验验证以及精度测试,事后着重对各历元数据进行解算,对定位精度、可用性进行了研究;结果表明,基于惯性信息辅助的北斗动动定位可用性指标变好,定位精度有一定的提高。     

近地轨道编队飞行航天器利用CDGPS和星间通信系统的测量技术

本文介绍近地轨道（LEO）编队飞行航天器利用载波相位差分GPS（CDGPS）敏感器和GPS类无线电收发两用机这些测量技术的有关研究工作。编队飞行需要采用高级的星间通信系统。目前，已开发了用于编队飞行的几种无线电通信设备，这些设备也可作为星上测距系统。若采用辅助的星间测距和多谱勒测量手段提供导航解，这些星上发射机就有助于CDGPS在用户星对导航星星座的可观性／几何配置不良的轨道上使用。另外，载波相位周期模糊度可利用卫星相对运动快速初始化。本文详细讨论了这种改进方案，并推荐前人的研究成果，这就显著地改善了偏差初始化过程。文章中提出了被长基线（10～100kin）间隔的编队飞行航天器的主要测量误差。最后介绍了新型地面试验台的试验数据。该地面试验台已经研制出来，它与导航星和星上GPS发射机组合在一起，用来研究相对导航和编队飞行。结果表明，编队卫星可以实现快速初始化和编队机动。     

多条件约束的单频单历元整周模糊度确定

利用双GPS接收机构成短基线矢量进行定向的技术中针对基线长度已知的情况,将基线的长度信息线性化后融入双差载波观测方程中。分析并证明了融合长度信息后将提高整周模糊度浮点解的精度同时将降低彼此间的相关性。同时利用低成本的倾角传感器测得基线向量的俯仰角信息与基线长度信息一起作为解算的约束条件,将缩小整周模糊的搜索空间从而提高解算的成功率。最后通过实测的数据对上述方法的性能进行定量分析,结果表明该方法能够显著提高单频单历元数据整周模糊度解算的成功率。     

基于微分特性三阈值化的编队卫星基线稀疏表示方法

星间基线的高数据率保精度确定是影响编队卫星技术应用的关键之一。本文在分析星间基线变化规律的基础上，提出基于函数曲线微分特性的三阈值化方法进行曲线特征点提取，使用三次样条函数拟合方法进行曲线重建，从而实现基线数据的稀疏化表示。仿真表明，该方法可有效地从低采样率的数据保精度地得到高数据率的数据。     

一种长基线组合二维角测向方法

针对长基线相位干涉仪测量无线电辐射源来波方位和仰角可能出现的方向模糊问题,提出了一种正交长基线匹配解测向模糊的方法,并基于正确消除相位差模糊的充要条件建立了该方法正确解测向模糊的概率模型,推导了正确解测向模糊概率的解析表达式。根据工程中常用的并行接收和时分接收处理方式建立了两种相位差测量误差模型,分别给出了该方法在这两种误差模型下正确解测向模糊的概率和测向误差公式,计算机仿真试验验证了其正确性。理论分析和仿真试验表明,该测向方法具有较高的正确解测向模糊概率和测向精度,并且采用不同的接收处理方式对正确解测向模糊的概率和测向精度影响较大。     

基于T-H方程的编队卫星碰撞概率与规避策略研究

基于T-H方程,对椭圆轨道下编队卫星碰撞预测以及规避机动进行了研究。通过递推编队卫星的初始状态协方差矩阵,将碰撞概率密度在危险域内积分获得编队卫星的碰撞概率。当碰撞概率大于安全阈值时,采用瞬时校正速度的控制策略对卫星施加最小脉冲速度修正量,在所预测的碰撞点沿碰撞概率梯度产生偏移,到达安全等高线上,从而降低碰撞概率。仿真结果表明,该预测方法有效,规避策略可行。     

基于Dempster-Shafer的飞行机器人多目标视觉定位方法

在受到遮挡物影响的室内环境中,飞行机器人接收数据中常伴有不确定性因素,为了解决复杂室内环境下高精准定位问题,提出了基于Dempster-Shafer的飞行机器人多目标视觉定位方法。根据飞行机器人控制原理,分析飞行位置与期望位置存在偏差,通过提取颜色特征和边缘特征建立多目标模型。设计地面标记,采用迭代算法对标记地面目标进行局部最大化概率计算,以此适应多目标形变,通过Dempster-Shafer证据推理方法获取目标精准位置,由此完成多目标视觉定位。在实验场地支持下,将传统方法与Dempster-Shafer证据推理方法进行对比分析,由结果可知,Dempster-Shafer证据推理方法定位精准度最高可达到96%,对提高室内定位精准度具有一定价值。     

基于UWB辅助的多无人机惯导定位误差校正方法

针对卫星导航拒止的复杂环境下多无人机编队飞行只依赖惯性导航无法长时间导航的问题,提出一种超宽带（Ultra Wide Band,UWB）辅助的惯导定位误差校正方法。给出UWB测距原理的同时建立了无人机机体坐标系下的惯导相对距离解算模型;在惯导误差模型的基础上,以惯导误差和UWB测距信息分别作为状态量和观测量,设计出惯导误差校正的扩展卡尔曼滤波模型;以两架无人机为例对算法进行仿真验证,仿真结果表明相较于纯惯导定位,该方法在东北天三个方向的最大定位误差不超过1 m,速度均方根误差值不超过0.01 m/s,很好地抑制了惯导系统速度和位置的误差发散,为解决无人机编队在卫星拒止环境中的定位问题提供参考思路。     

基于模糊数学理论的导航卫星星间链路运行服务评估方法#br#

为确保导航卫星星间链路的正常运行和服务效果,星间链路运行服务质量评估成为星间链路领域研究的一大热点。本文构建以OSI参考模型为依据的星间链路运行服务评价体系,依据不同的网络层次对底层指标进行划分,从物理层、链路层、网络层、传输层和应用层多角度、多层次对导航卫星星间链路运行服务进行评价;依据模糊数学理论得到各个评价因素的权重以及隶属度,用以计算出星间链路网络的模糊综合评价值;利用导航卫星星间链路仿真数据,依据建立的评价指标体系以及采用的模糊评估方法,计算出导航卫星星间链路运行服务的仿真数据的模糊评价得分。本文通过对评价体系和方法的研究,以期对导航卫星星间链路运行服务评估提供一个思路。     

卫星编队相对动力学方程数值解法

随着卫星技术的迅速发展,编队飞行技术得到了广泛的应用,而相对动力学数学精确模型是卫星编队飞行首先要解决的问题.为了保证卫星飞行保持稳定轨道,按Hill方程的圆轨道编队设计方法应用于椭圆轨道编队设计中,分析了相对动力学方程的精确模型.在满足椭圆轨道编队周期性运动的一般性初始化条件基础上,采用椭圆轨道编队相对动力学方程中周期解的要求,提出了一种新的数值解法.通过仿真,利用STK仿真工具,得到主从卫星的相对位置变化曲线,并对误差进行了分析,进而验证了方法的有效性和可行性.     

High‐precision formation control of nonlinear multi‐agent systems with switching topologies: A learning approach

Arbitrary high precision is considered one of the most desirable control objectives in the relative formation for many networked industrial applications, such as flying spacecrafts and mobile robots. The main purpose of this paper is to present design guidelines of applying the iterative schemes to develop distributed formation algorithms in order to achieve this control objective. If certain conditions are met, then the control input signals can be learned by the developed algorithms to accomplish the desired formations with arbitrary high precision. The systems under consideration are a class of multi‐agent systems under directed networks with switching topologies. The agents have discrete‐time affine nonlinear dynamics, but their state functions do not need to be identical. It is shown that the learning processes resulting from the relative output formation of multi‐agent systems can converge exponentially fast with the increase of the iteration number. In particular, this work induces a distributed algorithm that can simultaneously achieve the desired relative output formation between agents and regulate the movement of multi‐agent formations as desired along the time axis. The illustrative numerical simulations are finally performed to demonstrate the effectiveness and performance of the proposed distributed formation algorithms. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.