基于伪距宽巷组合的GPS模糊度固定方法

中长基线模糊度快速解算是GPS网络差分技术的核心内容。根据网络差分模糊度固定只用于基线解算而不用于定位的特点,通过对常用GPS原始观测数据组合方式的分析,提出伪距宽相组合的数据处理方法,有效消除了电离层、对流层传播误差,形成抗差性强、大气误差自由的GPS组合观测值;在此基础上引入双差伪距宽相组合进行模糊度浮点解并建立法方程,应用高度角与大气误差的关系构造权阵,对常规LAMBDA算法进行了改进,形成一种适合GPS网络差分的中长基线模糊度解算方法。对三个参考站同步观测数据的实际测试结果表明：使用该方法网络模糊度解算时间小于300s,基线长超过60km,并满足闭合性原则。     

基于改进人工鱼群算法的DGPS整周模糊度快速固定

为提高DGPS整周模糊度的搜索效率,将改进人工鱼群算法引入模糊度固定解搜索环节。在解算中首先根据GPS双差载波相位观测方程,利用卡尔曼滤波估计模糊度浮点解,针对短基线解算问题,以基线长度为约束确定模糊度搜索范围,进而采用LLL降相关算法对模糊度浮点解作降相关处理,最后利用附加整数约束的改进人工鱼群算法搜索整周模糊度固定解。算例分析结果表明,在与遗传算法的100次对比实验中,改进人工鱼群算法搜索平均用时1.6617 s,比遗传算法缩短2.4987 s,算法搜索速度更快,搜索效率明显提高。算法的模糊度搜索成功率为92%,高出遗传算法9%,搜索成功率得到有效提升。因此,与遗传算法相比,改进人工鱼群算法能够更为快速地得到整周模糊度固定解,且具有更高的搜索效率和成功率。     

载波相位差分相对定位在航天器对接中的应用

将GPS载波相位差分技术应用于航天器自主对接,提出了一种在单频接收机条件下的整周模糊度快速求解方法,首先采用载波相位平滑伪距差分技术进行相对定位,估计模糊度的浮点值,而后通过LAMBDA搜索法求解得到整周模糊度,最后通过最小二乘方法实现相对定位。该方法求解过程简单,并可在基线较长情况下解算模糊度。仿真结果表明,当两航天器相距小于100km时,通常20s即可求解模糊度,最长不超过45s。模糊度确定后,采用整周约束解进行相对定位,相对定位的均方差为0.006m,能很好地满足航天器对接的精度需求。     

GNSS网络实时动态模糊度解算病态性解决策略

针对GNSS网络实时动态(RTK)参考站间模糊度解算病态性问题,分析了病态性对模糊度浮点解影响,并基于无电离层组合解算模糊度基本模型,提出了改善模型病态性的两种策略。1参数选取策略:针对高仰角卫星,采用相对天顶对流层参数代替常规双天顶对流层参数设置,减少待估参数以改善病态性;2参数相关性优化策略:将GNSS卫星模糊度解算分为较易固定和较难固定两类,首先获取较易固定模糊度整数解,并反演天顶对流层延迟信息,再将该信息作为先验信息对较难固定模糊度解算模型进行约束,通过减小天顶对流层与模糊度相关性改善病态性。算例分析表明:两种策略在初始历元法方程病态性就明显优于常规模型,且只要通过少数十几个甚至几个历元就能够快速减弱法方程的病态性。该方法不需要考虑附加矩阵或参数的设置,易于实际工程应用。     

GPS快速定位中相位模糊度动态解算的一种正则化方法

针对GPS快速定位中少数历元组成的法方程存在严重病态性的问题,研究了GPS单频整周模糊度快速解算的新方法:即首先采用改进SVD分解获得系数矩阵的精确奇异值,避免了较小奇异值抖动的影响;然后基于改进SVD分解结合法矩阵病态性特点,设计了一种改进Tikhonov正则化方法,合理构造了正则化矩阵,有效抑制法矩阵的病态性。算例表明:与LS估计-LAMBDA方法和Tikhonov正则化-LAMBDA方法相比,新方法能够有效降低法矩阵的条件数约3个数量级,仅解算4个历元数据,浮点解偏离真值的方差从41.89减小到1.04,可以快速获得准确、稳定的模糊度浮点解。模糊度固定性能结果进一步表明,新方法显著地提高模糊度搜索效率和成功率,解算成功率提高100%。     

单频GPS/BDS/MEMS IMU紧组合模糊度固定抗差模型

针对高精度GNSS/INS组合定位中,伪距多路径误差严重影响模糊度固定效率及系统定位精度的问题,引入抗差估计函数,建立INS辅助GPS/BDS模糊度快速固定抗差模型。首先建立了单频GPS/BDS/INS紧组合动力学模型以及观测模型,继而研究了紧组合系统INS辅助下GNSS模糊度快速分解模型,分析了伪距观测值粗差对于模糊度参数估值的影响。为减弱异常观测值对于模糊度固定成功率的影响,提出了附有INS定位约束的模糊度解算抗差算法。最后利用实测导航定位数据验证了算法的有效性。结果表明:对比不考虑观测值粗差影响的模糊度固定算法,模糊度固定抗差算法显著提高了模糊度固定的可靠性,抗差算法的模糊度固定效率不受粗差值大小的影响;对于模拟的伪距多粗差情形,抗差算法对GPS/INS、BDS/INS和GPS/BDS/INS三种组合方案的模糊度固定Ratio均值分别提高了100.8%、47.7%以及19.5%;在INS定位松约束条件下,抗差算法提高了模糊度固定成功率。     

LAMBDA算法的部分模糊度固定及性能分析

模糊度解的可靠性对GPS精密定位至关重要.针对GPS定位中存在的残余误差及未改正偏差降低模糊度固定成功率的问题,在LAMBDA算法的基础上推导了不完全模糊度固定的数学模型,提出了以模糊度浮点解方差为依据、以模糊度固定成功率为约束条件的最优子集选取方法.对选取的模糊度子集进行LAMBDA部分固定测试分析.结果表明,与传统LAMBDA模糊度固定法比较,部分模糊度固定不仅减小了模糊度搜索空间,缓解了计算负担,而且提高了模糊度解的可靠性.     

GPS网络RTK星形多基线模糊度解算方法

为了克服三角形结构网络RTK模糊度解算存在的缺陷,提出了一种基于星形的多基线模糊度解算方法.采用消电离层伪距组合和双频相位组合法快速固定宽巷模糊度,消除了基线长度变化对宽巷模糊度固定的影响,且不需要高精度的P码；在此基础上,利用星形解算单元建立多基线解算模型,求出星形单元中最短基线L1模糊度固定解,同时,利用卡尔曼滤波...     

惯导系统在动基座条件下对准的新途径

提出一种解决惯导系统在动基座上对准问题的新途径。试验表明：用最小二乘法作参数估计能缩短对准时间,并得到高精度的参数估计。这种方案可应用于舰船上。     

基于最优组合的长基线网络RTK三频载波模糊度快速解算

针对三频载波模糊度解算TCAR法因电离层、观测噪声等误差影响而导致长基线模糊度解算可靠性较低的问题,提出了一种改进的适用于长基线网络RTK的TCAR方法.该方法继承了传统TCAR法逐级固定整周模糊度的思想,充分根据模糊度解算中每一步骤不同特点及不同目的选择最优组合观测值.首先,利用组合限制条件确定超宽巷模糊度解算最优组合;然后,引入平滑思想提高电离层残差估计精度,同时结合求解窄巷模糊度的WL/NL最优组合快速获得窄巷模糊度;最后,通过线性无关宽巷与窄巷组合模糊度实现基础载波模糊度准确解算.算例分析表明,基于最优组合的改进TCAR法有效提高了模糊度解算的成功率,实现了长基线网络RTK三频载波模糊度的快速解算.     

Galileo系统动态滤波的研究

提出一种Galileo动态定位滤波的方法。该方法从Galileo系统接收机输出的定位结果入手，将各种误差因素的影响等效为一个总误差，对Galileo系统接收机的机动载体加速度采用当前统计模型，利用线性卡尔曼滤波器进行动态定位数据的处理，并将次优加权自适应卡尔曼滤波算法应用到Galileo系统动态定位中。该模型简单，实时性好，滤波后定位精度得到提高。     

微惯性/卫星组合导航高精度事后基准确定方法

针对高性能MEMS组合导航系统的高精度定位定姿需求,提出了一种基于GNSS(Global Navigation Satellite System)精密相对定位RTK(Real-time Kinematic Positioning)和MIMU(MEMS-based Inertial Measurement Unit)组合的高精度事后基准确定算法,该算法在MIMU/RTK组合导航正向Kalman滤波的基础上,采用RTS(Rauch-Tung-Striebel)反向平滑再次进行信息融合,提升了组合导航结果的事后处理精度。另外,通过Allan方差分析技术实现对MIMU随机误差精细建模和MIMU/RTK组合导航相对精度分析。对实测的车载动态试验数据处理结果的均方根误差和Allan方差分析表明:相对于传统正向滤波方法,RTS反向平滑方法能够将MIMU/RTK组合导航定位、定姿精度分别提升45.2%和54.1%。该方法可作为GNSS/INS组合导航高精度参考基准的确定方法。     

An acceleration for the eigensystem realization algorithm with partial singular values decomposition

The real-time identification of dynamic parameters is important for the control system of spacecraft. The eigensystem realization algorithm (ERA) is currently the typical method for such application. In order to identify the dynamic parameter of spacecraft rapidly and accurately, an accelerated ERA with a partial singular values decomposition (PSVD) algorithm is presented. In the PSVD, the Hankel matrix is reduced to dual diagonal form first, and then transformed into a tridiagonal matrix. The eigenvalues are computed by the bisection method in terms of the Sturm property, and the corresponding eigenvectors are obtained by the inverse iteration method. Finally, the eigenvalues and the eigenvectors are transformed into the singular values and the singular value vectors of the original matrix. An example for space station is presented to demonstrate the efficacy and accuracy of the proposed algorithm.     

A time-varying forgetting factor stochastic gradient combined with Kalman filter algorithm for parameter identification of dynamic systems

Parameter estimation problem of a class of observer canonical state-space system is considered in this paper. By means of the property of the shift operator, the space-state model is transformed into the input–output representations. Then, a time-varying forgetting factor stochastic gradient combined with Kalman filter algorithm is proposed. The proposed algorithm is based on interactively estimating unknown parameters to achieve all the parameters identification of the system. A numerical example is provided to verify the effectiveness of the proposed algorithm.     

卫星分群的抗差Kalman滤波在GPS/BDS融合精密单点定位中的应用

抗差Kalman滤波是控制GNSS动态导航定位中观测异常的有效算法,当应用到GPS/BDS实时动态精密单点定位(Precise Point Positioning,PPP)时,会出现某些历元定位精度甚至不如单一系统定位精度高,这主要是因为同一接收机接收的不同种类卫星观测量的随机特性不同,使得观测量验后残差的分布特性不一致,抗差估计时随机特性不同的观测量验后残差互比,反而对某一系统优质数据也进行了降权,导致定位结果出现偏差,减弱了GPS/BDS融合精密单点定位的优势。针对这一问题,提出了卫星分群的抗差Kalman滤波算法,并应用到GPS/BDS融合精密单点定位中,算法的核心是在每一历元观测数据质量控制时根据卫星类型分类构建方差膨胀因子,给出了算法的实施步骤,最后通过MGEX实测数据进行了验证,结果表明算法应用到GPS/BDS融合精密单点定位中,相较传统的抗差Kalman滤波算法在东、北、天三个方向分别提高了34.6%、33.3%、31.0%,同时表明该算法提高了GPS/BDS融合精密单点定位的可靠性。     

基于线性互补模型的梯度塑性连续体无网格方法

对梯度塑性连续体提出了一个归结为线性互补问题的数值分析方法. 塑性乘子与位移均为主要未知变量,并采用基于移动最小二乘的无网格方法分别在积分点与节点上插值. 联立弱形式下的平衡方程与积分点上逐点满足的非局部本构方程和屈服准则可以导出一个线性互补问题,并通过Lexico-Lemke算法求解. 构造了一个基于N-R方法的迭代方案,使得不需要形成一致性切线刚度矩阵而仍保持二阶收敛性. 一维和二维的数值算例证明了所提出的方法处理由应变软化引起的应变局部化问题的有效性.      

基于Gibbs矢量估计卫星轨道姿态的滤波算法研究

针对“矢量观测 陀螺”这种典型的三轴稳定卫星姿态确定系统模式,引入具有四元数优越性的Gibbs矢量作为姿态参数,提出了一种新的具有良好实时性能的轨道姿态估计方案。在方案设计中,为描述卫星轨道姿态的Gibbs矢量,推导出了基于四元数的运动学方程,并将QUEST法作为处理多矢量观测信息的压缩技术引入估计器,使得滤波修正算法得以简化。另外,针对单矢量观测情况,给出了能够加快状态估值收敛速度的改进协方差修正算法。仿真结果验证,新方案的姿态估计精度与传统的欧拉角估计法相当,而运算效率却明显高于欧拉角估计法。     

On the coupled vibration of an ideal fluid with a linear elastic structure

The purpose of this paper is to analyse theoretically and numerieally the coupled vibration of an ideal fiuid with a linear elastie structure.It is proved in the paper that the natural frequencies of the coupled vibration do exist and are all real positive. The paper presents an efficient method to transform a coupled fluid-structure system to the structure with added mass and the ribrational analysis of the former is replaced by the latter in vacuum only. Numerical solution is outlined for the transformed problem and a compact frequecy equation is derived in which fluid variables do not appear. This simplifies the analysis significanily. A convergent proof has been given to guarantee the reliability of the solution. The paper also offers a general algorithm combined with Ritz method, boundary element method, and finite element method to analyse the transformed problem. Based on this algorithm, one can apply a known structural analysing program, with a little modification, to solve many different kinds