地月平动点导航仿真程序设计及可行性验证

由于我国地面测控资源有限和全球导航卫星系统对深空导航覆盖效果不足，有必要寻找自主导航方式。平动点导航是一种利用星间测距的深空自主导航方式。本文设计了包含 4 个模块的仿真程序，并利用仿真程序进行可行性仿真。地月 L1Halo 轨道卫星与绕月轨道卫星进行测距测速滤波导航定轨，平动点轨道卫星综合位置误差小于 50m，绕月轨道卫星综合位置误差小于 20m，验证了平动点导航的可行性。     

太空指南针——导航卫星（上）

导航卫星有两个最大的功能：定位与授时。能定位了,朝那儿走还不容易吗？导航卫星按导航方式不同可分为多普勒测速导航卫星和时间测距导航卫星;根据轨道高度可以分为低轨道、中高轨道和同步静止轨道导航卫星。     

混合星座卫星导航系统定位精度分析方法

随着卫星导航技术的发展,无人机等运动载体上的卫星导航设备一般可以接收多个星座的卫星导航信号。在进行多星座卫星导航混合定位处理时,需要评估混合星座卫星导航系统的定位精度指标。卫星导航的定位精度与等效测距误差、空间几何分布等因素有关,不同星座的接收机使用的时钟不同,也会引入相应的误差影响。本文根据卫星导航定位原理,分析了混合星座卫星导航系统的定位误差方差,推导了混合星座定位的精度评估方法。最后,本文还分析了在混合星座定位时,引入测距精度较差的星座系统后,对整个导航系统性能的影响。实验结果表明, 本文分析的混合星座定位精度评估方法与实验结果相符合,为评估多星座导航系统信息融合后的定位性能提供了指导参考。     

集成多媒体功能的GPS方案

卫星定位概述 全球卫星导航的基本原理是：卫星发射导航电文,其中包括测距精度因子、开普勒参数、轨道摄动参数、卫星钟兰参数和大气传播迟延修正参数等。地面接收机根据码分多址CDMA或频分多址FDMA的特点区分各导航卫星,接收并识别相应的导航电文,测量发来信号的传播时间,利用导航电文中的一系列参数逐步计算出卫星的位置。     

利用参考波形估计导航信号测距偏差

针对卫星导航信号存在的微小信号畸变,研究了因导航信号畸变而引起的测距偏差的估计问题。基于理想矩形脉冲波形和真实信号波形的上升沿零交叉点信息,给出参考波形定义,并以此为基础估计测距偏差。该方法可用于定量评估卫星导航信号波形畸变对测距偏差的影响及比较卫星之间的测距差异。以二阶模型为基础产生畸变波形,验证了该方法的有效性,并分析了估计精度与信噪比关系。通过大口径天线采集“北斗”卫星B1频点信号,利用该方法获得了B1频点I/Q支路信号的测距偏差,表明该方法可用于在轨卫星信号的测距性能评估。     

航天测控中导航卫星精密轨道预测方法

本文根据导航定位卫星的运动学特点,介绍了导航卫星在无摄运动下的开普勒轨道根数和开普勒方程,以及导航卫星实际运行时在摄动力作用下的开普勒轨道根数的修正,分析了把导航卫星目标从轨道坐标系转换到航天测控站大地测量极坐标系的过程,并给出了导航卫星的星历计算方法和精密轨道预测的软件实现。     

基于激光点云数据的卫星导航定位研究

卫星导航是当前通信领域的研究热点,面向非线性环境,及时的定位与全面的目标提取是实现卫星导航的重要依据。研究基于激光点云数据的卫星导航定位方法,采用标识点过程方法建立目标地面投影几何形状,通过几何重心获取平面域节点集合、随机变量、目标投影点高程以及地面投影点高程的概率密度函数,基于以上概率密度函数通过贝叶斯定理获取激光点云数据的目标提取模型,利用单差分以及双差分处理算法整理通过目标提取模型获取的激光点云数据,并对已处理的激光点云数据实施相对定位以及相对速度解算,实现目标精准导航定位。实验结果表明,通过该方法进行不同距离卫星导航定位,可将导航定位误差控制在0. 2%以内。     

低轨卫星定位的导航卫星可见性与GDOP分析

针对全球卫星导航系统对低轨卫星定位的动态观测几何问题,对于不同低轨卫星轨道高度、不同截止高度角和不同卫星导航系统的情形,进行了导航卫星可见性分析,并在此基础上分析了几何精度因子（GDOP）。低轨卫星高度在几百km内变化时对可见性与几何精度因子的影响很小,而不同截止高度角则影响较大;另外与采用单个GPS系统相比,采用GPS—Galileo组合卫星导航系统对低轨卫星定位时,可见导航卫星数目明显增加,GDOP数值减小,且即使在截止高度角较大时也能得到较好的GDOP。     

临近空间伪卫星定位精度仿真分析

基于临近空间的伪卫星具有非常显著的定位优势,提出了基于临近空间飞艇定位的伪卫星方案。通过理论分析,设计了基于4颗伪卫星的最佳布局方案;通过仿真计算得到了伪卫星覆盖区域内各点的几何精度因子;通过对伪卫星的星历误差、星钟误差和对流层延迟误差等主要误差源的分析,计算得到了基于飞艇伪卫星的定位测距误差,并给出了伪卫星覆盖区域内用户的定位误差。仿真结果表明,基于临近空间的伪卫星具有较好的定位精度,可以满足区域导航定位的精度要求。     

我国GEO卫星高精度测定轨技术进展

同步轨道卫星在通信、气象、导航定位、对地观测、数据中继等领域应用广泛,对其轨道精度的要求也越来越高。结合国内外卫星系统的高精度测量体制,介绍了我国GEO卫星高精度测定轨技术的2个发展趋势:厘米级高精度多站测距技术和主动CEI测量定轨技术,给出了相应的误差分析、关键技术及解决途径,并介绍了最新试验进展。试验结果表明,给出的2种技术体制均能够实现近10 m量级的GEO卫星实时定轨精度,满足我国GEO卫星的高精度测定轨需求。     

基于EKF的脉冲星导航在转移轨道的应用

为提高深空探测器在转移轨道的自主导航能力,提出了一种基于EKF的X射线脉冲星自主导航定位系统.以X射线探测器获得的脉冲到达时间为量测量,以深空探测器轨道动力学模型为状态方程,利用扩展卡尔曼滤波算法进行状态估计.以美国火星探路者任务深空转移段为例进行了仿真实验,仿真结果表明了该方法的可行性与有效性,能够完成深空探测器转移段的自主导航任务.     

面向高轨航天器的北斗导航特性分析

利用卫星导航信号实现高轨航天器的自主定轨与导航已成为当前国内外的研究热点,高轨星载导航接收机面临可见卫星数少、接收导航信号微弱、动态性较大等问题。针对以上问题,分析了高轨环境下星载导航接收机获取到的信号功率、可见星数、DOP值及多普勒频移状态。首先建立了北斗星座模型与高轨航天器动力学模型,构建星间测距链路,对高轨卫星的可见性进行了仿真分析,结果表明当星载接收机功率为-177 dBw时,可见星数能达到4颗以上,能满足定轨需求;然后对高轨卫星的定轨精度进行了仿真,DOP值的均值为15.657 8;最后对导航卫星和高轨卫星之间的多普勒频移进行了分析,仿真的多普勒范围为±14kHz。相关研究结果可支撑高轨航天器星载接收机的开发。     

A Big-data Inspired Precision Improvement Algorithm for Autonomous Navigation Based on Period Variable Stars

Periodic variable navigation can realize the integration of positioning, attitude determination, timing and other functions. As a novel autonomous navigation method, autonomous management and autonomous operation of spacecraft are the main direction of great significance to reduce the burden of ground measurement and control, to improve the viability of spacecraft, While, the precision of the navigation is very critical for the use of periodic variable navigation for the long range spacecraft. So, we propose a big-data inspired precision improvement algorithm in this paper. Period variable star phase time measurement is used as observation information, and accomplished by the orbital dynamics equation of spacecraft motion. According to the gathering of the sampling data and the sensor data, a self-learning system is trained with the parameters from the nonlinear filtering methods. Based on the Unscented Kalman Filtering, an autonomous navigation algorithm of period variable star is established to realize the navigation and positioning of spacecraft. Under the measurement conditions of a single sampling interval of 0.01s and the measurement precision of period variable star phase observation time of 10^??5s, It can be find that the navigation position determination precision can reach 400m, the speed determination precision can reach 0.3m/s, and the measurement precision can reach 10^??5s with our proposed algorithm.

     

基于MOOS的AUV的数据采集和监控系统

随着海洋事业的发展,对海洋的探测和开发工作提出了更高要求。自主式水下机器人能很好的适应水下复杂的环境,通过自主导航定位,路径规划来完成相应的工作。为实现水下机器人稳定可靠的数据采集工作,采用以MOOS为平台的分布式设计方法,提高了数据采集系统的精度和效率,从而提高了AUV导航定位的准确性和可靠性。     

基于路标信息的绕飞小天体探测器自主光学导航方法研究

 小天体表面存在大量的弹坑地形特征,具有较高的可见性与可分辨性,本文对以这类地形为导航路标的小天体绕飞自主光学导航方法进行了研究.针对轨道动力学模型的不确知与强非线性问题,提出了一种利用高斯-马尔科夫过程和Unscented卡尔曼滤波的导航滤波算法,以提高轨道确定精度和保证算法的稳定性.考虑导航路标位置几何分布对轨道确定精度的影响,利用观测矩阵的奇异值、条件数对导航系统可观测度进行分析,给出了导航路标选取的基本准则.最后,通过数学仿真对自主导航系统性能进行分析,验证了自主导航方法的有效性.     

移动站GNSS外弹道测量的时钟模型

深入分析了对GNSS外弹道测量定位起关键作用的时钟模型。从GNSS伪距单点定位机理和被动式测距体制这2个层面引出了目标接收机重建时钟模型的必要性和主要原因——利用模型计算伪距采样时间,给出了GNSS时钟钟差模型计算公式和GPST到定位绝对时间显示的转换公式,详细剖析了导航电文对GPST的表示方法。阐述了GNSS利用导航电文修正时钟模型和计算采样时间的全部过程及缩短首次定位时间的经验方法。     

基于AprilTag二维码的无人机着陆引导方法

计算机视觉导航技术具有精度高、不受电子干扰,成本低等特点,被誉为未来无人机自主定位的必备手段之一.作为新的定位手段,我们需要在实验室搭建仿真平台来进行大量的模拟训练.将虚拟现实、可视化技术与计算视觉导航算法紧密结合起来,开发了一种基于虚拟仿真环境的无人机视觉自主定位仿真验证系统.在场景中构建虚拟摄像机、棋盘格以及合作二维码标签,在虚拟场景中进行相机标定,并用标定得到的内参解算得到基于标签定位的位置参数,实时计算和输出位置参数.实验结果表明:该仿真系统可以对场景中虚拟相机进行准确标定得到虚拟摄像机的内参,解算定位参数误差在0.2m以内,满足无人机自主飞行以及降落的精度要求,并具备良好的用户显控界面,验证了基于视觉无人机自主定位算法的可行性.     

Mars-LiDAR系统误差分析及安置角误差飞行检校

机载激光雷达系统是集激光扫描仪、全球定位系统和惯性导航系统等于一体的多传感器集成系统。机载激光雷达的检校和标定是保证激光点云定位精度的关键环节,其中扫描系统安置角误差是影响定位精度的主要因素之一。首先介绍了国产中远程机载激光雷达Mars-LiDAR系统,然后基于误差传播定律对系统误差进行了分析。研究了系统安置角误差的飞行检校方法,采用外场定标的方法将安置角进行动态分离,并通过飞行试验完成了系统安置角误差的动态检校,对Mars-LiDAR系统在3000 m、4000 m飞行高度获取的点云进行了定位精度分析和校正,验证了Mars-LiDAR系统安置角误差检校方法的实用性。     

基于单浮标的水声/惯性组合导航定位与试验验证

惯性导航由于其无源、自主等优点,在水下导航中处于中心地位,但惯性导航误差随时间增大,很难长时间提供精确的导航信息.针对此问题,本文提出一种基于单浮标的水声/惯性组合导航定位方法,借助水下潜航器的速度和方位信息,通过实际浮标和3个虚拟浮标的位置以及与水下潜航器之间的4个距离观测量,采用长基线导航定位技术,实现水下潜航器导...