单基线姿态测量的RAIM算法研究

当载体安装有GPS接收机和多个天线时,可以得到其姿态信息(航向角、俯仰角、横滚角);论述了利用载波相位姿态测量的解析法,利用了基线长固定的条件,在整周模糊度初始化时进行粗搜索,利用模糊度函数法进行判断筛选整周模糊度组合,减少了搜索空间;接收机自主完好性监测(RAIM)的概念被引入到姿态测量算法中,有效地剔除问题卫星,改善AFM算法;系统姿态测量结果达0.1标准差,故障卫星可由RAIM检测并剔除;结果表明RAIM算法能有效提高姿态测量结果可靠性。     

利用全球定位系统(GPS)测量技术确定姿态

本文研究利用全球定位系统(GPS)信号确定平台姿态的精度与信噪比和平台动力学特性之间的关系。估计了利用相关处理技术(采用包络法或载波跟踪法)的几种基本的 GPS 测量方案对定姿精度的基本约束。相关处理技术实质上是比较两种信号的相位,这里研究其三种基本技术:(i)传统的 GPS 接收机,这种相关技术是对接收机的 GPS 信号与接收机本身产生的参考信号进行比较。(ii)甚长基线干涉仪(VLBI),使在其方向待定的一条基线上彼此间隔的天线所产生的宽带 GPS 数据相关。(iii)平方通道接收机(如 SERIES-X 接收机),它的信号被延迟后与自身产生的原始信号互相关。根据这些研究的成果,对利用上述 GPS 姿态测量的方案进行综合折衷分析研究,并讨论了测量系统的设计约束条件。然后得出在测量精度一定时天线增益和积分时间等参数的容差。此外还针对所研究的每一种系统确定了需要确定其姿态的平台的未经修正的最大允许运动。     

GPS多天线数据采集与控制系统

针对常规GPS应用中成本较高的问题，文中研究了GPS多天线数据采集与控制系统，实现了一机对多点的监测。实验和实际应用表明，该系统对GPS信号的衰减，GPS测量精度几乎没有影响。该技术使得GPS监测局部区域人工和自然结构形变（如大坝，建筑等）的监测费用大大降低，具有重要的实用价值。     

MIMU/GPS组合导航系统小型化设计

为满足小型无人机、手持制导设备及无人探测车等对低成本轻重量导航系统需求,应用MEMS惯性测量单元和GPS接收机模块,完成MIMU/GPS组合导航系统小型化设计。组合导航计算模块基于DSP+FPGA+FLASH设计完成,实现多传感器通信、串并行数据转换及与上位机人机交互等功能。将计算模块、电源模块、MIMU及GPS接收机集成到嵌入式MIMU/GPS组合导航系统中,完成的系统直径80 mm,高度80 mm,质量不超过600 g。对集成后系统进行定点动姿态实验,结果表明:该组合导航系统定点位置测量精度在1 m以内,动姿态测量精度姿态角在0.1°以内,航向角在0.5°以内。     

基于低成本接收机的双天线测姿算法

针对低成本接收机双天线测姿系统利用直接法解算精度较低且存在系统粗差的问题，提出一种基于载波和伪距双差实时动态定位（RTK）卡尔曼滤波算法。首先，引入基线长度作为观测量，并将事先测量得到的精确基线长度作为观测量误差；然后，根据从天线接收机的历元时间间隔对主天线位置进行实时矫正，而周整模糊度采用改进LABMDA算法求解。在静态和动态情况下进行了测试，结果表明，在基线长度为1.1 m、采用GPS和北斗双系统进行观测的情况下，所提算法解算出的航向角精度在1°左右，俯仰角精度在2°~3°。相比传统的双天线直接法测姿，该算法在系统抗差性能和精度上都较优。     

基于GPS多天线的高层建筑变形监测系统研究

随着城市中大量高层建筑的建设,针对高层建筑展开变形预测与监测,加强安全监控是当前研究的一个重要内容。针对常规全球定位系统(GPS)单机单天线监测方式成本高昂的问题,利用一机多天线技术,实现了对多个观察点的监测;通过基线向量的解算得到了建筑物的变形量;在此基础上对建筑变形预测进行了研究,利用灰色系统理论,提出了一种适于建筑变形预测的GM(1,1)模型,针对解算出的建筑变形数据成功实现了建筑变形的预测。通过对实验数据的分析表明:多天线技术可以实现对高层建筑的高精度变形测量,而提出改进的灰色系统模型,大大提高了建筑物的预测精度,具有很好的工程应用价值。     

GNSS姿态测量接收机性能分析

利用同源射频平台实现了一种全球导航卫星系统（ GNSS）姿态测量的接收机,接收机各射频电路相同且使用同一个晶振驱动,各射频通路之间有相同的信号处理特性。可以将射频通路分为主射频通路和从射频通路,主射频通路实现信号的捕获与跟踪,从射频通路利用差分相位鉴别器完成测量观测量提取。与传统使用独立接收机实现载波差分测向不同,主射频通道进入跟踪状态后立即输出观测量,无需检测载波半周跳变,实现快速姿态测量。利用GNSS姿态测量接收机、Novatel接收机以及惯性导航系统进行了跑车实验,实验结果表明：姿态测量接收机具有更好的载波测量输出能力,姿态测量精度和商业接收机相当。     

用于航天器的GPS姿态确定系统：工程设计研究和地面试验结果

通过对多副天线接收的载波相位测量数据进行差分，全球定位系统（ＧＰＳ）接收机能确定由天线基线确定的坐标系的姿态，本文调节了使用ＧＰＳ确定航天器姿态的可能性，肯定了当前ＧＰＳ的应用情况，考虑了几种可供选择的结构，并且确定了满足了大多数应用需要的一种基本结构，本文主要介绍在喷气推进实验室（ＪＰＬ）的飞行系统试验台（ＦＳＴ）上做过试验的这种基本结构的样机，描述了该试验装置并给出了试验结果，本文分析ＧＰＳ定     

基于GPS的短基线姿态系统研究

设计一套基于全球定位系统(GPS)载波相位测量的短基线姿态系统。给出了系统的硬件结构,研究了一种综合利用QR分解法与卫星基线几何分布的模糊度解算方法,同时,提出了一种非单位向量的四元数姿态解算方法。经过静态和动态实验证明该系统可行。在基线为0.36m的条件下,星历收集完成后在30 s内可以计算出姿态角、偏航角,计算精度可以达到0.5°。     

带噪声抑制的GPS姿态测量算法

利用GPS载波相位测量载体的姿态时,各种误差源对定姿精度有很大影响。基于载波相位双差观测模型,分析了载波相位误差和接收机到卫星的可视矢量（LOS）误差以及这些误差在姿态测量中的影响权重。针对传统最小二乘方法中仅考虑观测矢量噪声的局限性,在基线解算过程中采用同时考虑LOS组成的设计矩阵和观测矢量噪声的总体最小二乘（Total Least Squares,TLS）方法,并从理论和实验两个方面证明该方法能有效抑制噪声影响,提高姿态解算的精度。     

改进的裂变自举粒子滤波算法在GPS导航系统中的应用

为了提高全球定位系统GPS的定位精度和可靠性,提出了一种基于裂变自举粒子滤波FBPF的GPS定位系统算法。根据GPS输出的参数之间的相互联系建立了系统的状态方程,并应用于对GPS接收数据进行滤波处理的改进FBPF算法中。GPS导航系统中采用DSP对GPS接收机的输出信号进行译码和滤波处理。     

提高GPS接收机多普勒频移估计精度的精捕获算法

提出在软件GPS接收机中采用广义延拓逼近法来提高多普勒频移估计精度的算法及其改进算法,使得在提高估计精度的同时,运算量保持在很低的水平.更为重要的是,该算法与常规精捕获算法相比对噪声的免疫力大大提高.仿真的结果表明,提出的广义延拓逼近算法其捕获精度比传统的加长FFT算法有所提高,对噪声的敏感度也大大降低,而运算量仅为加...     

Spoofing Signal Generation Based on Manipulation of Code Delay and Doppler Frequency of Authentic GPS Signal

We propose an efficient spoofing signal generation method that uses the processing results of a global positioning system (GPS) receiver for authentic GPS signals. Conventional methods of generating spoofing signals use expensive GPS simulators because the structures of the spoofing signals must be almost identical to those of the GPS signals. Simulators require GPS ephemeris at a specific time and target position. Subsequently, a complicated process is used to generate navigation data using the ephemeris and model error sources such as the satellite clock bias and ionospheric delay. In contrast, the proposed method can generate spoofing signals for the desired target position without requiring GPS simulators; it does so by adjusting the signal processing results of the receiver. Using the navigation results of the receiver, such as position and velocity, the pseudorange delay and spoofing Doppler frequency between the estimated position of the receiver and the target spoofing position are obtained; these are then applied to shift the signal-tracking results of the receiver to create a new signal for the target spoofing position. Our experimental results indicate that the proposed algorithm can effectively generate spoofing signals with characteristics highly similar to those of authentic GPS signals. In addition, we confirmed that the spoofing signals generated by the proposed method are difficult to be detected using conventional spoofing detection techniques.

     

输电线路智能巡检系统中GPS技术的研究与应用

在高压输电线下进行GPS数据录入,不可避免受电磁场等因素的影响,一是导致伪距测量中的误差增大,使定位精度降低;二是干扰GPS信号,影响接收机的捕获和跟踪,造成GPS信号接收失败、精度降低、轨迹数据的丢包、人员巡检的监督功能失效.为此,通过GPS相位平滑伪距方法提高相对伪距观测值精度,通过设计轨迹坐标监测程序对GPS信息数据的存储情况进行定时检测,有效避免轨迹坐标数据的大量丢包,保证人员的巡检轨迹完整,对巡检人员工作起到良好的监督作用,保证高压输电线路智能巡检系统的正常运行.     

SINS/GLONASS/GPS组合导航系统的故障检测研究

为了避免由于应用过多的卡尔曼滤波器在组合导航系统中所带来的一系列问题,提出了一种应用SINS/GLONASS/GPS组合导航信息进行故障诊断的新方案。在总体设计了SINS/GLONASS/GPS组合容错导航系统方案的基础上,从理论上证明了该方案的可行性。SINS/GPS/GLONASS容错导航系统大大增强了系统的可用性和自主完备性,同时,提高了系统的联合定位精度。     

基于载波频率辅助相位的GPS信号跟踪算法

针对传统全球定位系统(GPS)接收机在高动态环境下跟踪性能不理想,提出一种基于载波频率辅助相位的GPS信号跟踪算法。利用锁频环(FLL)辅助锁相环(PLL)的方式代替传统单一跟踪环路,通过卡尔曼(Kalman)滤波器对接收机各跟踪通道中频信号进行综合处理。根据多条跟踪通道的伪距和伪距率残差对系统状态参量进行综合估计,并搭建Kalman滤波器的状态方程和量测方程,给出了跟踪环路反馈量,与传统标量跟踪模式下的跟踪性能进行了对比。仿真结果表明,基于载波频率辅助相位的GPS信号跟踪算法进入稳态时间减小了100 ms,位置误差精度提高了5 m,速度误差精度提高了近3 m/s,在接收机用户快速运动的环境下,能够很好地处理高动态信号。     

An intelligent fuzzy sliding mode control system with application on precision table positioning

In this paper, an intelligent fuzzy sliding mode control system, which cooperates with a new learning approach called modulus genetic algorithm, is proposed. Furthermore, it is applied to a high precision table positioning system for verifying its practicability. Fuzzy sliding mode controller (FSMC) is a special type of fuzzy controller with certain attractive advantages than the conventional fuzzy controller. The learning and stability issues of FSMC are discussed in the paper. Furthermore, to overcome the encoding/decoding procedure that leads to considerable numeric errors in conventional genetic algorithm, this paper proposes a new algorithm called modulus genetic algorithm (MGA). The MGA uses the modulus operation such that the encoding/decoding procedure is not necessary. It has the following advantages: (1) the evolution can be speeded up; (2) the numeric truncation error can be avoided; (3) the precision of solution can be increased. For verifying the practicability of the proposed approach, the MGA‐based FSMC is applied to design a position controller for a high precision table. The experimental results show the proposed approach can achieve submicro positioning precision. © 2001 John Wiley & Sons, Inc.