差分GPS定位技术的原理和应用研究

全球导航卫星系统（GNSS）为人类导航定位提供了巨大的便利,特别是美国的全球定位系统GPS。GPS接收机由于受到电离层延时、对流层延时、卫星时钟偏差、卫星时钟频率漂移、卫星星历偏差、多径误差等影响,定位精度在最优情况下只能达到7-10米。为了提高定位精度,出现了差分GPS定位系统,实现了亚米级、甚至厘米级的定位精度。因此,对差分GPS定位技术的原理和应用进行研究具有重要的现实意义。     

基于星间求差的单频GPS自差分方法

为了提高单频GPS单点定位精度,提出一种基于星间求差的GPS自差分方法。利用测站在已知点的观测数据,通过对不同卫星的观测方程进行求差,消去接收机钟差,获得星间差分改正值,代入后续历元来提高单频GPS的定位精度,从而实现类似差分的定位效果。试验结果表明:这种自差分方法在一定时间内可以实现亚米级的定位精度,能够满足中等精度测量的要求。     

基于改进卡尔曼滤波的北斗GPS联合定位算法

在观测条件较差的情况下,单系统卫星可见性不佳,导航定位精度降低甚至无法定位,组合卫星导航系统增加了可见卫星数,可以改善定位结果。本文对BD2/GPS组合定位算法进行了研究,建立了联合差分定位系统在初始化阶段和解算阶段的数学模型,并将平方根平淡卡尔曼滤波算法应用于建立的联合差分定位系统,实验结果表明,该算法有效提高了卫星定位精度和稳定性。     

基于VRS网络的亚米级差分GPS接收机的设计

现在市场上亚米级差分GPS接收机设备昂贵,提出了基于VRS网络采用低成本GPS-OEM板设计亚米级的差分GPS接收机;首先介绍VRS系统的工作原理,应用VRS网络改正GPS的轨道误差、电离层、对流层和大气折射引起的误差,将高精度的差分信息通过GPRS发给移动站来提高接收机的定位精度;其次论证了差分GPS的定位原理;最后提出整个系统的方案设计,采用NovA-tel Superstar的OEM板处理GPS天线接收的卫星信息,同时对GPRS天线接收VRS网络的数据中心差分信息进行差分运算;单片机控制软件采用汇编语言和C语言来编写;系统的实验结果表明差分GPS接收机应用效果好,定位精度高,最重要的是降低了产品的成本.     

一种GPS载波相位差分相对定位算法

导航定位技术是空间卫星交会对接任务的关键技术;导航定位精度要求达到厘米级,工程实现难度大;为了解决该问题,文章基于卫星交会对接任务需求,提出采用GPS载波相位差分相对定位算法对卫星进行高精度导航定位;该算法利用测量之间的强相关性,通过误差消除获得高测量精度;同时,应用该算法结合星载GPS天线进行了外场试验验证;试验结果表明,GPS载波相位差分相对定位算法精度达到厘米级,可以满足卫星交会对接任务的导航定位测量要求。     

磁通门与GPS组合导航在水下航行器的应用

为了实现水下航行器的精确导航,利用磁通门罗盘和GPS组成了组合导航定位系统,介绍了组合导航定位系统的工作原理.为了克服环境干扰对GPS信号接收的影响以及GPS的定位偏差对导航系统的影响,采用了卡尔曼滤波技术进行了航位推算并对GPS的定位偏差进行了校正,最终的仿真结果表明该组合导航定位系统的定位精度较GPS的定位精度有了较大的提高,能够满足水下航行器导航定位的要求.     

北斗高精度智能交通系统的设计及测试

北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星导航系统,也是继GPS、GLONASS之后的第三个成熟的卫星导航系统。中国软件评测中心通过实施基于北斗高精度导航定位的智能交通应用示范项目,开发出了由中心服务子系统、全球导航卫星系统(GNSS)基准站子系统、车载终端子系统和人员终端子系统构成的北斗高精度导航定位系统,以及与校车应用场景相配套的路径规划算法和联合定位算法,演示系统在泰国进行了部署与测试,对其电子围栏、实时轨迹、轨迹回放功能进行了验证,并对其车载终端单点定位精度、RTK定位精度、车载终端速度精度、人员终端单点定位精度、人员终端伪距差分精度等关键性能指标开展了测试,测试结果进一步验证了北斗高精度智能交通系统在国内外的应用可行性。     

GPS在智能移动机器人中的应用

GPS应用已经渗透入许多领域中,其技术已经发展成为涉及卫星导航、无线通信、计算机、多媒体等多学科的综合技术。本论文对GPS系统、GPS信号、DGPS的差分定位原理及DGPS在移动导航中的作用作了概述。     

GPS差分定位技术在遥控遥测方面的应用

差分GPS定位能将卫星误差和星历误差消除,能把电离层延迟和对流层延迟误差部分消除,并能减小美国政府SA政策对卫星定位精度的影响,使得定位精度大大提高。所以,差分GPS定位技术在最近几年中得到了迅速发展和广泛应用。伪距差分定位技术在武警车辆遥测遥控方面的应用,为武警巡逻车辆的快速调度和合理安排很有帮助,大大提高了武警部队在治安和追捕逃犯方面的能力。因此,一些先进国家都建立了这一系统。在我国一些城市也开始建立这一系统,具有很大的应用前景。     

GNSS几何性能仿真分析

卫星的可见性和几何性能制约着导航定位精度以及定位可用性等.在分析卫星可见性和PDOP理论基础上,为提高导航定位精度,以北京地区为例,使用基于星座轨道模型方向余弦的计算方法,研究分析了三系统的卫星可见性随截止高度角的变化关系,对GDOP值的变化进行仿真试验.同时对在低纬度地区、中纬度地区以及高纬度地区的GDOP值变化做了对比分析.试验结果表明,Galileo系统的卫星满足定位要求,GPS和GLONASS(不包括增强系统)缺少稳定性;在低纬度区域,Galileo几何性能优于GPS,GPS优于GLONASS;在高纬度地区GLONASS具有最优的几何性能,GPS次之,而Galileo则极不稳定.     

基于TOA算法的UWB室内定位的定标方法

为了解决到达时间(Time of Arrival, TOA)算法中基站与待定位标签时钟不同步导致定位精度低的问题,基于差分GPS定位技术,提出了一种用于超宽带-到达时间(Ultra Wide Band-TOA,UWB-TOA)室内定位系统的时钟定标方法。在TOA定位算法的基础上,增加一个位置已知、与待定位标签时钟差固定的定标标签,通过定标测试计算待定位标签与定标标签之间固定的时钟差。将该固定时钟差补偿到TOA定位测距中,实现对待定位标签的时钟修正,不仅能提高定位效率还能提高定位精度。在MATLAB中对矩形、叉形、椭圆等轨迹的运动标签在固定时钟差、线性时钟差、非线性时钟差等多种误差下进行定位仿真实验,结果表明所提的时钟定标方法通过补偿提高TOA算法定位精度85%以上,验证了定标方法的正确性和有效性。     

基于Link 16与DGPS的组合导航系统

为进一步改善JTIDS/INS/GPS组合导航系统在现代联合作战中的作用,提出一种新的工作体制,即将差分GPS引入到JTIDS/INS/GPS组合导航系统中,可以显著提高导航定位精度.同时以Link 16的通信链路传输差分GPS的差分信息,节省系统资源,增强系统的可控性和抗干扰性.通过仿真对有无差分和差分基准站数量不同两种情况下的定位性能进行比较分析,验证了系统设计的有效性.     

利用模拟源伪卫星的隧道内虚拟中继定位算法

针对隧道内缺失卫星导航信号以致人员车辆无法定位的问题,提出了一种利用模拟源伪卫星的隧道内虚拟中继定位算法。模拟源伪卫星产生并播发虚拟轨道伪卫星信号,通过泄漏电缆向隧道内发送,接收采用虚拟中继定位算法,以减小卫星和泄漏电缆不在一条直线上的折线误差。解决了椭圆倾斜同步轨道的虚拟轨道伪卫星参数设计,导航电文产生,卫星到泄漏电缆激励点的信号模拟问题。引入了隧道与隧道口和卫星连线的空间夹角参数,构建了虚拟中继伪距观察方程,实现了虚拟中继定位算法。通过卫星导航接收机接收输出伪距和星历数据,进行二次定位解算,证明能达到亚米级定位精度。     

车载GPS/DR/MM组合导航定位算法研究应用

虽然GPS/DR组合定位比单独用GPS或航迹推算DR(Dead Reckoning)定位有更高的定位精度,但由于累积误差的产生,长时间使用仍可能出现较大的偏差,不利于车辆导航.对此,提出一种基于模糊逻辑的地图匹配算法,利用模糊逻辑评判规则和相应的隶属度函数对地图匹配可信度进行综合评判,最终确定车辆当前行驶道路和车辆的位置.实验数据表明,地图匹配MM(Map Matehing)技术进一步修正了GPS/DR组合导航系统的定位结果,有效地提高了系统定位精度.由于不增加硬件设施,GPS/DR/MM组合导航定位使低成本高精度的车辆导航成为可能.     

多机器人导航中VRS的构建及定位算法研究

环境勘测机器人系统的一个重要发展方向是形成多机器人网络分布式结构,在这些多机器人的协作与导航中,机器人的精确定位一直是研究的热点问题,随着差分GPS技术的发展,其应用于机器人的定位非常普及,但随着基线长度的增加,常规差分GPS定位精度将随之降低,为此,利用多机器人自有资源建立差分GPS虚拟参考站（Virtual Reference Station,VRS）,研究了基于VRS的差分GPS定位算法,它能够有效地克服常规差分GPS存在的缺陷,使移动机器人能够便捷地在较大空间范围内获得均匀、高精度和可靠的定位结果。该算法采用了GPS静态观测数据做模拟实验,其结果验证了该算法的有效性。     

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。     

UNB3模型的性能分析及在卫星定位的应用研究

卫星导航接收机的定位精度受大气对流层延时估计准确度的影响较大,因此提出在RTKLIB软件中利用UNB3对流层延时模型替代现有的Saastamoinen对流层延时模型,以提高对流层延时的计算精度;通过对比分析的方法,对Saastamoinen模型和UNB3模型的对流层延时的误差精度进行了理论分析,并利用卫星导航实测数据进行对流层延时计算误差和伪距残差的性能对比分析,论证所提出的替代方案的可行性;采用UNB3对流层延时模型的RTKLIB软件的定位精度比现有的定位精度有较好的提升。     

结合数字地图的GPS／DR车载双星定位系统

目前GPS的定位技术已经比较成熟,然而GPS正常工作时需要四颗可见卫星。本文提出了一种基于高精密数字地图的GPS双星定位系统,结合航位推算系统进行组合导航,并运用卡尔曼滤波对组合导航的信息进行滤波处理,有效提高定位的精度。试验证明,该算法增强车载导航系统在城市中复杂环境的适应性,并提供满足要求的定位精度。     

基于GPS的动态目标定位滤波方法

现代车辆导航一般采用GPS单板定位方法,但是GPS卫星信号容易受到大气电离层和地面建筑等的干扰,从而影响定位精度和跟踪性能。为了解决上述问题,结合实际,设计了一种简单实用的GPS定位滤波方法,根据车辆等载体的运动特性建立GPS单板定位导航系统的系统模型和观测方程,并推导了卡尔曼滤波算法。仿真分析表明,该方法算法简单,能够在不增加额外的硬件系统前提下,具有较高定位精度,良好的跟踪性能,在汽车导航应用中具有较高的实用价值。     

信息战的一个重要领域导航战

目前,世界上军用和民用导航主要依靠两个相互独立的卫星导航定位系统.一个是美军开发的由导航星(NAVSTAR)组成的全球定位系统(GPS),另一个就是俄罗斯建立的全球导航卫星系统(GLONASS).两者在定全球、全天候、全天时无源三维连续定位能力,具有较高的定位精度.