INS/SFGPS PPP紧组合系统动态补偿滤波算法

惯性/卫星组合导航系统结合精密单点定位技术可有效提高导航定位精度。但精密单点定位技术一般需采用双频接收机,成本较高;同时该系统中采用载波相位作为部分或全部观测量,极容易受到周跳的影响而导致精度下降和系统不稳定。针对上述问题,设计了一种惯性/卫星精密定位紧组合导航系统以及基于动态周跳补偿的鲁棒滤波算法。该系统采用低成本的单频接收机(SFGPS),以精密单点定位技术(PPP)处理过的伪距和载波相位作为观测信息,与惯性导航系统(INS)等效观测量进行紧组合,建立了相应紧组合观测模型并引入周跳作为信息融合滤波状态模型中的状态量,以滤波器信息构建周跳检测统计量并对周跳幅值进行识别和估计,实时补偿观测量以提高观测信息精度,同时以前述周跳估计的结果对状态模型中周跳状态量部分滤波参数进行实时调节。上述方法通过动态补偿周跳误差提高导航精度,通过滤波器参数自适应调节提高滤波稳定性。仿真结果验证了该系统模型及算法的有效性。     

北斗测距信号评估与精密单点定位应用研究

随着全球导航系统的建设和发展应用,我国北斗导航系统也开始逐步向全球用户提供高质量的定位、导航和授时服务。基于我国时间基准UTC(NTSC)系统,开展北斗导航系统测距信号评估与精密单点定位(PPP)应用研究。通过实测数据首先分析北斗测距B1、B2频点的信噪比以及周围观测环境所引起的多路径影响。同时,讨论了北斗精密单点算法,并利用实测数据以及GNSS服务中心IGS国际多模GNSS实验工程(MGEX)提供的精密轨道和钟差产品进行精密定位解算。结果表明,B2频点信号的接收性能优于B1频点,北斗精密单点定位计算的结果在X、Y、Z 3个方向上的误差基本保持在cm级,解算的本地时相对于IGST偏差的频率稳定度短稳达到了10~(-14)量级,与全球定位系统(GPS)精密单点定位性能基本相当,表明我国北斗系统可用于ns级高精度时间传递。     

GNSS多系统PPP融合时间比对方法研究

随着全球导航卫星系统(GNSS)的建设和完善,多系统融合时间比对成为未来发展的趋势。基于中国科学院国家授时中心、捷克无线电工程和电子学院以及瑞典国家计量研究院3个国际重要守时实验室的时间基准系统中四系统GNSS接收机伪距与载波相位观数据,以及国际GNSS服务中心发布的多系统精密轨道和钟差等数据,开展GNSS多系统PPP融合时间比对方法研究。试验结果表明,GNSS多系统PPP融合可以有效增加可用卫星的数目,相对于单系统卫星观测数量提高了2倍以上,减少了多径误差以及观测高度角较低所带来的观测噪声等影响,改善观测站的卫星分布对于接收机钟差参数的影响,提高时间比对的稳定性和可靠性。在长基线时间比对的稳定度方面,GNSS多系统PPP融合技术解算的两地钟差的稳定度方面要优于单系统,对基于北斗、格洛纳斯以及伽利略系统的单系统PPP比对有较明显的提高,且提高在5%以上。     

一种基于TurboEdit改进的GPS周跳探测与修复方法

针对TurboEdit方法的局限性,提出了一种利用TurboEdit改进方法与Legendre多项式检测与修复周跳的新方法。该方法联合利用基于MW组合的BMWA法和考虑电离层残差影响的TECR法来进行周跳检测。在MW组合中采用BMWA方法计算均值代替TurboEdit中利用检测当前历元前全部的数据进行均值计算的方法,大大削弱了观测噪声的影响,并有效提高了算法的实时性;用TECR法取代TurboEdit中的LG组合,有效解决了TurboEdit算法无法应对电离层变化的问题。在检测出周跳后,利用最小二乘Legendre多项式拟合方法解算周跳值进行周跳修复。实验结果表明,该方法能准确探测并修复所有加入的各种模拟周跳,从而有效改善载波相位观测数据质量。     

基于群周期相位比对的GPS载波相位测量方法

GPS载波相位测量是当前国际时频测量与传递领域的研究热点.针对高精度时间传输及精密导航定位的需求,提出了一种基于群周期相位比对的GPS载波相位测量方法.利用L1和L2波段的稳定性特征,引入高分辨率异频相位处理思想,通过分析两载波信号之间固有的频率或相位关系,将群周期相位比对理论应用于GPS载波相位测量中,结合高精度异频相位检测方法,实现星地之间的精密测距及准确定位.实验结果证明了该方法的合理性和科学性,与传统的载波相位测量方法相比,提高了整周模糊度的解算精度,消除了数学模型的误差来源,降低了成本,简化了电路结构,提高了定位精度.该方法将为高精度时频传递与导航定位等高科技领域提供相位处理及时间同步方面的理论指导和技术支持,具有广阔的应用前景.     

北斗卫星天线相位中心改正在PPP中的应用研究

基于我国时间基准UTC(NTSC)系统,开展北斗天线相位中心(APC)改正在精密单点定位(PPP)以及高精度时间比对中的应用研究。通过接收机实测的北斗数据以及国际GNSS服务(IGS)中心提供的北斗精密钟差产品、轨道产品和IGS发布的多系统APC改正文件,进行北斗精密单点定位数据处理。结果表明,APC改正前后的精密单点定位X、Y、Z 3个方向上的误差均方根分别为0. 011 0、0. 021 2、0. 009 5 m以及0. 002 6、0. 007 1、0. 003 7 m,可以看出修正后的定位精度具有明显的提高。同样在零基线共钟时间比对以及远距离时间比对方面,两接收机同源零基线比对结果的标准偏差由未进行APC修正前的0. 148 2 ns降到修正后的0. 093 0 ns;远距离高精度时间比对结果的标准偏差从修正前的0. 302 9 ns降低到修正后的0. 266 8 ns,时间比对的短期稳定度也有所提高。因此,随着北斗系统的建设以及国际GNSS服务分析中心的相关北斗精密产品的不断完善,北斗的服务精度将越来越高。     

卫星双向时间传递链路校准及其不确定度分析

卫星双向时间传递(TWSTFT)和GPS精密单点定位(GPS PPP)是目前全球守时实验室参与协调世界时(UTC)计算的主要时间比对技术,校准不确定度是当前限制高精度时间比对的关键因素。利用国际权度局(BIPM)的GPS移动校准站对中国科学院国家授时中心(NTSC)的TWSTFT链路进行校准测量。首先通过BIPM在NTSC的GPS移动校准站与德国物理技术研究院(PTB)建立GPS PPP时间比对链路,然后利用7 d的观测数据与NTSC-PTB链路的卫星双向时间传递结果进行比对,实现了对TWSTFT链路的校准。结果表明,TWSTFT链路的校准不确定度从校准前的5 ns减小到了1.5 ns,明显改善了UTC-UTC(NTSC)的不确定度。     

GPS载波相位观测量的误差源分析

介绍了GPS载波相位的差分方程,并对这些方程的单差双差三差模型进行分析,比较后得出每个载波相位差分观测方程对测量精度误差的消减作用,同时详细分析了影响测量精度的各类误差源,并针对各项误差提出有效的消除方法。     

基于两步修正法的 MEMS 三轴陀螺仪标定方法

针对目前三轴陀螺仪标定存在依赖于昂贵的转台设备或标定参数不完全的问题,本文提出了一种了基于两步修正法的MEMS三轴陀螺仪标定方法。该方法首先使用六位置法对加速度计12参数模型、三轴陀螺仪比例因子、三轴陀螺仪静态零偏进行标定补偿,然后对三轴陀螺仪非正交误差模型建模,进行系统级标定。两步修正法可实现在无精密设备条件下快速准确的对各项误差进行辨识,获得良好的标定效果。仿真实验表明,本文算法所获得的非正交误差均值接近1%,标准差小于0.1%;比例因子误差均值小于0.14%,标准差小于0.004%,且具有很好的一致性。实际实验表明,65 s纯惯性导航姿态更新结果中,该标定方法的俯仰角误差精度可以达到0.624°,横滚角误差精度可以达到0.67°。     

自动站与人工站地温观测数据差异及原因分析

根据德州2006—2007年自动站和人工站地温平行观测数据,分析地面、5～320cm层地温对比差值的日、月变化规律及原因。结果表明：0～15cm层差值日变化随着温度升高而增大,即白天差异较大,夜间差异较小。地面0cm、地面最高、地面最低温度的人工观测值偏低,月平均差值均为负值。其中地面最高温度差值变化幅度最大,标准差为0.62℃;其次是地面最低温度,标准差为0.23℃;地面0cm层差值变化幅度最小,标准差为0.15℃。15～20cm层月平均差值为正值;5～10cm、40～320cm层月平均差值为负值,并且差值变化幅度随土壤深度加深而变小。分析结果表明：季节和温度的变化是导致地温差值大小的主要原因。     

室内伪卫星载波多径误差抑制方法研究

为提升伪卫星在室内多径环境中的定位精度,根据室内伪卫星载波多径的时空变化特征建立了一种基于用户空间位置的多径误差改正模型。首先提取静态采样点的载波双差多径误差值,以采样点的三维坐标为输入、多径误差为输出,采用基于径向基核函数的支持向量回归进行误差模型训练,并借助留一法交叉验证获得模型的最优超参数。在该模型基础上,通过迭代不断修正载波双差观测方程,使得位置解能够最大程度地逼近真实坐标,从而达到抑制多径的目的。强多径室内环境下静态相对定位实验表明,多径改正后的整体平面定位精度提升到厘米-分米级,垂直精度提升到1 m以内。该方法无需对系统进行改造,适用于结构化室内环境中的伪卫星高精度定位。     

基于脉冲星信号的自适应同步采样方法

基于传统GPS/北斗信号的广域同步测量技术易受到恶意网络攻击,可靠性难以得到保障。为解决这一问题,本文利用脉冲星信号周期脉冲精度高、免疫于现有网络攻击的特性,提出一种新型自适应同步采样方法:首先对射电望远镜接收到的脉冲星信号进行多相滤波、消色散和周期折叠处理,得到脉冲轮廓;然后采用最小二乘法监测本地晶体振荡器频率,动态调整定时控制间隔实现自适应同步采样。为验证算法的有效性,本文采用脉冲星J0437-4715的观测数据生成同步信号,实现电网信号的同步测量,利用递归离散傅里叶变换算法计算采样数据的相角和频率,得到相角和频率平均测量误差分别为-9.75×10~(-5)°和9.83×10~(-7) Hz,验证了所提自适应同步采样方法的有效性。     

正交基函数多项式实时拟合 在轴角编码器测速中的应用

提出了一种基于正交基函数的多项式实时拟合方法,并应用于轴角编码器测速,解决了常规算法中拟合多项式阶数大于3阶时法方程组容易出现病态,进而使测速精度降低的问题。光电跟踪测量设备地面目标跟踪实验表明,该算法通过对拟合处理后的角度值进行微分运算得到角速率,能有效地降低编码器角度输出中随机误差对测速的影响。在典型实验条件下,与采用同阶拟合多项式的常规方法进行了比对,前者的测速误差标准偏差为0.013 43°/s,后者为0.028 15°/s,采用本算法提高了编码器的测速精度,适合在工程上应用。     

基于双频点载波相位的 RFID 室内定位算法

针对传统射频识别(RFID)室内定位方法定位精度不高的问题,提出了一种基于双频点载波相位距离模型的RFID室内定位算法。采用跳频技术虚拟大带宽获取距离粗估计以实现多径抑制,并基于多径抑制完成最优双频点的选择;利用最优双频点载波相位设计粒子滤波定位算法,通过遗传算法优化传统粒子滤波中的重采样方法,有效解决了粒子退化问题并提升了定位精度。实验结果表明,所提算法的中位数定位误差为5.23 cm,定位性能比传统中国余数定理的定位方法提高了约39%。     

误差补偿技术在相位偏移干涉测量中的应用

在研究泰曼—格林相位偏移干涉仪测量原理基础上，分析了位移驱动器移相误差对五幅移相计算结果的影响，一阶线性误差和二阶非线性误差是相位偏移干涉测量技术中产生相位误差的主要因素；提出了五幅算法移相误差补偿技术，该方法直接从相位偏移干涉图中计算移相过程中存在的一阶及二阶移相误差，对五幅算法结果进行误差修正；采用玻璃平晶为测试对象，建立了泰曼一格林干涉仪移相误差补偿原理试验系统。试验结果表明在同时存在一阶移相误差及二阶移相误差情况下，采用提出的移相误差补偿方法可以将位移测量精度提高6倍，相当于采用氦氖激光器的倍程干涉仪中位移精度达到1．0nm。     

基于粒子滤波算法毫米波误差综合估计

5G毫米波通信因其高载波频率和速率而备受关注,成为了未来移动通信的研究热点。然而,在毫米波通信测试仪器设计中,通常采用多次倍频的方法为毫米波基波混频器提供毫米波本振,这个过程中附加产生的相位噪声、载波频率偏移和采样时钟偏移等误差,会造成系统解调指标恶化。为了解决这一问题,本文首次提出了一种基于粒子滤波算法的毫米波误差综合估计的方法,利用粒子滤波算法良好的鲁棒性和适应性,可一次性估计出相位噪声、载波频率偏移以及采样时钟偏移。通过仿真与实验分析,本文算法相较于传统PTRS相位噪声估计效果更好,EVM指标更优。并且本文所提算法已应用于国产5G毫米波基站综测仪中,在载波频率为28 GHz,带宽为400 MHz,调制方式为64QAM时,EVM指标可达到2.21%。     

相邻雷达回波强度差异分析

文章选用2017-12-13的青浦站和南通站体扫数据和单站格点CAPPI数据,利用时空一致性匹配法和单站格点数据等距离线法对两站雷达回波强度差异情况进行了研究,并分析了两种算法可能存在的误差,结果表明:单站格点数据等距离线法要优于时空一致性匹配法,更适用于单部雷达体扫数据的相邻雷达回波差异对比;在雷达基数据正确的情况下,时空一致性匹配法误差主要来源于做不到真正的时空匹配一致,格点数据等距离线法误差主要来源于生成格点数据时插值算法不完善。