声速剖面测量误差对水下定位的影响

声速误差是全球导航卫星系统/声学定位的主要误差。受海洋环境的复杂时空变化和声速测量多来源误差影响，声速剖面必然含有测量误差，从而影响水下定位结果的精确性。在仅考虑声速垂向分层假设的前提下，本文对声速剖面观测中不可避免的系统误差和随机误差对海底应答器定位的影响进行了研究。结论如下：当海面航迹关于海底应答器成轴对称时，声速误差主要反映在垂直方向以及其中一个水平方向；当海面航迹关于海底应答器成中心对称时，声速误差主要反映在垂直方向，且水平方向的精度几乎不受声速误差的影响；声速剖面无论是含系统误差，还是随机误差，其对定位结果的影响都是系统性，对海底应答器定位结果的影响规律也是相同的，且均可由顾及声速剖面时空代表性误差的海底精密定位模型予以削弱。     

全球导航卫星系统-声呐组合观测模型分类体系

本文回顾了海底大地测量全球导航卫星系统-声呐观测模型近二十年来的发展，以声速误差处理为主线给出了全球导航卫星系统-声呐观测模型的分类体系，按函数模型、随机模型和约束条件进行了归纳，探讨了未来发展方向。研究表明：测距定位模型无需现场声速剖面测量，但需解决声速垂向梯度影响的有效参数化估计或改正问题；海底大地测量更为关注声速时空变化对观测值影响，为此推荐采用声速场误差加性补偿模型及其导出的声速场参数间接估计模型；海底局域网阵列存在类似共模环境误差，具有提升海洋环境参数估计及海底定位精度的能力。     

基于UKF的海底集矿车组合导航研究

针对扩展卡尔曼滤波(EKF)在海底集矿车组合导航系统应用时存在着计算复杂、线性化误差大等问题,基于附加打滑参数的履带车运动学模型,将无色卡尔曼滤波(UKF)用于集矿车长基线声学导航(LBL)与推算导航(DR)的组合导航系统中.考虑到测量数据时延,组合导航系统融合LBL与DR信息,得到海底集矿车位置估计.研究结果表明:采用EKF方法,测量数据时延0,0.5,2s时,东向定位精度为0.14,0.32,0.48m,北向定位精度为0.13,0.28,0.44m;采用UKF方法,测量数据时延0,0.5,2s时,东向定位精度为0.10,0.26,0.37m,北向定位精度为0.09,0.24,0.34m.测量数据时延越短,EKF,UKF的位置估计效果都会越好.但与EKF方法相比,UKF方法能够明显减少组合导航系统的线性化误差,提高海底集矿车导航系统的精度与稳定性.     

广播式远程精密水下导航定位技术

面向水下定位、导航与授时服务需求，针对水下声学位置服务范围小、用户容量小、目标易暴露、环境适应性差的问题，本文提出了广播式远程精密水声导航定位理论方法和时空服务框架，研究了信号体制、基站位置与时钟自标校、广域声速场建模等关键技术，分析了基站立体组网优化设计、同步观测和数据处理等关键问题，提出了基站自主定位和时间同步解决方案。针对复杂多变的海洋声速场这一主要误差源，构建了附加声速场时变参数的函数模型和考虑声速变化特性的随机模型，提出了融合海洋物理机理的改正数建模和增强位置服务方法，以期提升水下PNT服务性能。     

基于声线到达时差的浅海声速剖面反演

提出了采用声线到达单个水听器到达时间差反演浅海声速剖面的方法，并缃出了具体算法。根据仿真观测数据，采用该方法演得到声速剖面与声速剖面真值之间误差的均方根为δ＝1．04m/s，平均值为1．87m/s，研究结果表明该反演法可以用于反演浅海声速剖面。     

强潮地区海底管线状态检测方法研究——杭州湾海底管线状态检测

针对强潮地区海底管线危险性大、且无法用常规方法进行检测的现状,提出一种基于海底声学探测技术的强潮地区海底管线状态检测方法,考虑到海底管线状态检测的主要目的是确定管线与海床面之间的空间关系,该方法选择了侧扫声纳系统、浅地层剖面仪和多波束测深系统等海底声学探测技术.在简要介绍了每种技术的工作原理之后,进行了海底管线状态检测流程的设计,并介绍了各类声学数据的采集过程和基于空间参考的声学数据处理方法,最后提出两种检测成果表达方式,即基于图表二维表达方式和基于ESRI公司的ArcEngine组件的三维表达方式.     

基于虚拟仪器的底质声学测试系统设计

为解决在不具备海洋远洋原位测试的情况下仍然需要对沉积物进行还原海底环境声学测试的问题,将虚拟仪器技术应用于沉积物测试中,建立可以在实验室中还原海底环境的声学测试系统。采用虚拟仪器智能判断首波的方法测试沉积物在相应环境的声速,应用虚拟仪器频谱分析技术实现对超声波信号的滤波及分析,利用Labview工具编写软件实现超声测试与温度和压力的测量与控制同步。建立小尺度地质物理模型可以通过对海洋底质沉积物样品施以温度、压力控制,在实验室内还原海底特殊环境,同时对沉积物样品进行超声无损探测。在测试系统平台上对远洋获取的沉积物进行声速测试实验,对比传统方法测试实验,实验结果表明测试系统操作简单、可还原样品环境、实用性强。     

三颗星的AGNSS增强定位方法研究

为了提高辅助全球导航卫星系统（AGNSS）的定位性能,实现用户在捕获卫星数不满足解算条件下进行有效定位,论文对只有三颗可见星情况下的定位方法进行了研究。研究中采用AGNSS定位系统结构,以加快卫星捕获并提供辅助数据,通过两次观测数据的组合完成定位解算,并分析无卫星重复、有卫星重复以及两次观测间隔时长等因素对精度因子、定位性能以及置信度的影响。通过定位验证可知,随着两次观测间隔时长的增加,定位性能越来越好。当间隔时长为2min时,无卫星重复时的定位精度为2.22m,一颗星重复时为3.21m,两颗星重复时为16.76m,三颗星完全重复时为38.72m,其精度完全可以满足用户对位置的需求,增强了AGNSS定位性能。     

基于智能手机GNSS双频原始观测值的电离层延迟提取与分析

基于智能手机GNSS(全球导航卫星系统)观测值的研究主要集中于观测值质量分析和定位算法,在大气应用方面关注度则较为有限.本文基于全球首款支持GNSS双频信号的小米8智能手机和超短基线的Trimble Alloy测地型接收机,利用原始GNSS双频载波相位观测值,考虑连续历元间电离层变化较小从而进行观测值质量控制策略,评估...     

基于到达时间差和到达频率差的多层等梯度声速剖面建模与声学定位（英文）

在水下媒介中,声速随着水深、温度和盐度而变化。水体的不均匀性导致声线弯折,使得现有基于声信号直线传播假设的定位算法不够精确。为实现水下声学传感网络中的高精度节点定位,本文首先使用线性分割近似方法,提出多层等梯度声速剖面（sound speed profile,SSP）模型。基于此模型,可将声线跟踪问题转化为多项式寻根问题。利用传感器节点处信号多普勒频移的导数,提出一种新的使用到达时间差（time difference of arrival,TDOA）和到达频率差（frequency difference of arrival,FDOA）的水下节点定位算法。通过模拟仿真,可以证明所提算法的有效性。与传统基于直线传播假设的方法相比,所提算法可有效处理声线弯折现象。此外,研究了不同SSP建模误差下的估计精度。总体而言,新提出的方法可以实现准确可靠的节点定位。     

GNSS导航定位结果野值检测与修正

由于测量设备本身或者外在环境的干扰,使得GNSS导航定位结果中出现测量值严重偏离真值的情况,从而影响导航定位的精度和完好性。采用航迹推算法、多项式拟合法和函数插值法三者相结合的方式,对导航定位结果中的野值进行检测与修正。利用先验的定位点信息给出当前野值点的推算坐标,依次循环逐点检测和修正导航定位结果中的野值。通过实验验证,该算法对检测和修正导航定位结果中的野值简捷有效。     

水下声速场构建方法综述

实时、精确地构建区域声速场是建设水下综合定位、导航、授时与通信体系的重要组成部分。本文梳理并分析了水下声速场构建领域的研究现状，总结了声速剖面直接测量方法与反演方法。声速反演法相比于直接测量法具有更高的便捷性和可接受的精度性能。然而，声速反演方法依赖于声呐观测数据，因此难以适用于无水下观测系统覆盖的地区，并且无法对未来时刻的声速分布进行预测。如何在无声场观测数据情况下，综合利用历史先验信息进行智能化、高精度地全海深声速场构建，弹性化为水下用户提供不同精度、实时性需求的声速分布估计服务，是未来声速场构建研究主流趋势。     

考虑双程声径的走航式水下差分定位方法

水下声学定位中存在收发时刻位置差、声速误差等系统性误差，传统方法无法同时削弱这些误差的影响。针对该问题，本文采用历元间差分削弱系统误差的影响，给出了一种考虑双程声径的走航式水下差分定位方法，对其函数、随机模型进行了推导，并通过仿真和实测算例验证本方法的定位精度水平。结果表明：传统单程非差、单程差分、双程非差以及考虑双程声径的差分方法，对应的观测值残差均方根误差分别为3.460、3.396、1.692和1.471 m,证明本方法有效提高了水下定位的精度，且较适用于深海区域的水下定位。     

基于Xenomai实时Linux的北斗/GPS导航接收机

设计了一种基于Xenomai实时Linux的北斗/GPS导航接收机. 该接收机主体采用SoCFPGA进行实现,其中HPS上的基于Xenomai的Linux实时操作系统负责系统初始化、任务调度、射频前端驱动、捕获和跟踪环路的控制、位同步和帧同步处理以及定位解算等,而数据采集、卫星信号捕获和跟踪等部分由FPGA实现. 经测试,该接收机中的实时操作系统的任务响应延迟小于15 μs,实时性能够满足北斗/GPS导航接收机对实时性的要求,且接收机的CEP测试结果达到2.290 4 m,能达到定位需求. 此外该接收机能够支持输出差分定位的原始数据及扩展组合导航.     

“北斗一号”助力珠峰峰顶测高

备受关注的珠穆朗玛峰高程测量是我国继1975年测定并发布珠穆朗玛峰8848．13米的高程之后．再次组织开展的珠峰高程测量活动。这次测量采用了经典测量与卫星定位测量结合的技术方案。运抵峰顶进行测量的仪器设备需经受极限的挑战，能否适应峰顶的恶劣环境，成为能否顺利实现准确测量珠峰高程的一个关键因素。经过严格测试，中联重科旗下中科北斗航电科技有限公司研制的两台“北斗一号”卫星导航定位通信机以极强的耐寒性和准确的导航定位，     

简易在轨导航卫星钟长稳测试方法

在导航卫星的卫星钟发生器中,按一定频度测量主备卫星钟之间相位差,并将该相位差值作为卫星钟的监测信息,通过无线通道下行发射.在提出的星载卫星钟长稳测试方法中,首先利用地面接收机解调卫星钟的监测信息,然后进行数据处理获得主备卫星钟之间的相位差样本值,最后通过计算得到卫星钟的长期稳定度特性参数.该方法克服了传统方法需要高精度地面时频参考和复杂测试设备的问题,实现了简单、快速,测量精度能满足测试要求.采用该方法对多个在轨导航卫星进行测试,测试结果与对应卫星钟发射前的地面测试结果一致,该测试方法能准确反映在轨导航卫星钟长期稳定度特性.     

最大似然估计在GPS定位中的应用研究

讨论了基于ｎ个伪距测量值的最大似然定位原理和定位误差分析，并给出了根据可见卫星个数，自适应调整定位而数目的最大似然估计定位的算法。精度分析中，将标准的利用四颗卫星信号定位，利用五颗卫星信号的最大似然定位同利用所有可见卫星信号的自适应最大似然定位进行了比较，分析表明，与标准的四颗卫星定位相比，ＧＰＳ自适应最大似然定位可改善定位精度１２ｍ。     

基于浮-信标网络的水下声学定位关键技术研究

水下目标定位与跟踪技术越来越受到了国内外众多学者的重视,由此提出了一种基于浮-信标网络的水下长基线定位系统.采用码分多址技术建立了一种基于浮-信标网络的水声定位系统模型,阐述了定位原理;对定位信标的波形、频率、调制解调方式等关键技术进行了研究;最后,利用MATLAB对实验采集回来的定位数据进行了分析验证,证实了系统模型...     

高超声速滑翔飞行器典型运动分析与模型设计

为了得到合理可行的高超声速滑翔飞行器运动轨迹和目标跟踪预测仿真数据,对滑翔飞行器典型运动进行了分析和模型设计.首先建立简化的飞行器动力学模型,分析了无横向机动的平衡滑翔和恒攻角跳跃滑翔两种纵向运动特点;然后在给定纵向运动条件下对摆动式和转弯式两种横向运动进行了分析,建立了不同横向运动与所需控制量攻角、倾侧角之间的关系模型;最后对设计的轨迹模型进行了仿真.仿真结果表明所设计的轨迹模型是合理的.     

基于GPS/GSM和电子地图的车辆定位系统设计与实现

介绍了一个基于电子地图和GPS/GSM的车辆定位系统的设计原理、系统组成、功能、主要技术特点及其应用。系统融全球卫星定位系统、地理信息系统、全球移动通信系统以及计算机数据处理技术和数据通讯技术于一体,可实现全天候卫星定位、电子地图显示和车辆实时监控、历史记录回放、发送监控命令、数据查询等功能;能够及时迅速回传车辆基本定位信息和报警信息,以图形和数据两种方式显示车辆运行状态,简便快捷发送监控命令,一车运动多方监视及自动报警等。实际应用表明,该系统能够实现车辆智能监视、调度与管理,能够满足定位与导航的需求。