基于BDS/INS紧组合的动对动相对导航算法

针对动对动相对定位中卫星观测质量不佳、信号易丢失导致北斗卫星导航系统定位精度不高、无法连续定位的问题,提出了一种基于BDS/INS紧组合的动对动相对导航算法。通过惯导系统与北斗卫星导航系统紧组合的方式,以捷联惯导误差作为组合系统状态量,通过多普勒信息进行伪距平滑,并利用扩展卡尔曼滤波将惯导及卫星观测信息进行融合,解算相对导航结果。通过车载实验对所提出的相对导航算法进行了验证,实验结果表明,所提出的BDS/INS紧组合动对动相对导航算法能够保持分米级相对导航精度,卫星信号短时中断时,能有效保持高精度相对导航结果输出。     

顾及频间钟差的BDS/GPS三频非组合精密单点定位方法

采用传统精密钟差产品进行多频精密单点定位(PPP)时,频间钟差(IFCB)会对定位结果产生明显的系统性偏差,针对此问题,提出了基于无几何模型的BDS/GPS频间钟差估计方法,并推导了其在三频非组合PPP模型中的应用方法。通过全球184个监测站连续7天的数据实验,验证分析了IFCB的时变特性。结果表明:GPS和BDS GEO/IGSO卫星的IFCB周期性明显,BDS的IFCB量级小于GPS,一般不超过3 cm;对于静态PPP,与不改正IFCB相比,IFCB改正后,单GPS点位精度提高83.4%,GPS和BDS GEO/IGSO/MEO卫星的相位验后残差标准差分别减小了75.0%、54.5%、32.1%和19.2%;对于动态PPP,单GPS和BDS/GPS双系统组合的点位精度分别提高59.6%和54.7%。该方法解决了传统钟差产品与多频精密定位的兼容问题。     

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。     

北斗双频组合动对动高精度相对定位新算法

针对动对动相对定位基线矢量实时变化导致整周模糊度浮点解在动态情况下难以快速精确求解的问题,提出了一种北斗双频动对动相对定位算法:对组合双差方程基线向量的系数矩阵进行奇异值分解,并变换组合双差方程以消除基线参量,将变参数估计问题转化为定参数估计问题,然后采用递推最小二乘算法实时推算组合模糊度的浮点解及其协方差矩阵,在此基础上,采用最小二乘模糊度降相关平差法(LAMBDA)搜索和固定组合模糊度。试验结果表明,该方法能够快速准确固定组合模糊度,与单频解算相比,初始化时间用时更短,基线误差在5 cm以内,能较好地适用于动对动相对定位。     

历元间载波相位差分的GPS/BDS精密单点测速算法

针对单系统历元间载波相位差分测速出现跳变的问题,提出一种顾及广播星历更新计算卫星钟差的方法。通过当前的历元信息判别卫星钟差的基准,进而消除因历元间基准变换引起的测速异常。在此基础上,分析GNSS系统间偏差对组合系统精密测速的影响,发现系统间偏差对GPS/BDS精密测速的影响基本可以忽略。最后,利用MGEX测站和车载数据进行静态和动态试验,验证GPS/BDS组合测速的有效性。结果表明:动态测速时,GPS、BDS、GPS/BDS的3D均方根误差在0～10 mm/s范围内所占的比率分别约为61%、58%、83%,GPS/BDS组合测速精度和稳定性更优。     

基于软件GPS接收机的高动态跟踪环路设计

介绍了三阶载波跟踪环路的设计方法,并在MATLAB软件上通过低动态实验和高动态仿真实验对设计的跟踪环路性能进行验证。低动态实验采用中频信号采样器采集的真实GPS信号,高动态实验采用GPS信号仿真器生成的高动态仿真信号。实验结果表明,基于软件GPS接收机设计的二阶载波跟踪环路可满足一般低动态要求,而三阶载波环路则可满足载体相对于卫星加速度为10个g的高动态要求。     

基于方差分量估计的多模GNSS/声学联合定位方法

由于海洋环境的特殊性,现阶段通常采用卫星定位与声脉冲测距相结合的方式建立海洋大地测量控制网。针对BDS/声学联合定位海底点时存在收敛慢、精度受限等问题,提出融合BDS、GPS、Galileo多系统观测数据的多模GNSS/声学联合定位方法,并进一步引入Helmert方差分量估计,以改善因随机模型不准确而影响融合定位性能的情况。采用海上实测数据和模拟水下测距数据进行了实验验证,结果表明:较之单BDS/声学定位模式,多模GNSS观测数据的加入可以加速组合滤波收敛,提高定位精度和稳定性;引入Helmert方差分量估计精化随机模型后,双系统模式下三维点位误差RMS值约为0.2 m,三系统模式下三维点位误差RMS值约为0.1 m,联合定位性能得到进一步提升。     

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。     

基于空间交会的GPS/INS组合导航系统仿真

由于实验务件限制,GPS/INS组合导航系统很难在真实空间交会对接环境中进行GPS/INS组合导航系统性能测试研究。为此,简要设计和实现了基于空间交会的GPS/INS组合导航软件仿真平台,研究了基于空间交会两航天器绝对和相对运动轨迹生成、GPS/INS组合导航系统误差建模、观测数据生成等实现方法,并通过仿真数据分析验证了这种设计方案的可行性,为进一步开展相关研究奠定了基础。     

基于交互式多模型的车载INS/OD/GPS的定位方法

INS/GPS组合导航时,GPS信号会由于环境因素或是其他信号干扰导致信号丢失、信号跳变等故障。针对INS/GPS组合导航中,在GPS出现离群故障难以得到满意定位性能的问题,提出了一种基于交互式多模型滤波的车载INS/OD/GPS定位方法。引入里程计对INS/GPS组合导航进行辅助,基于INS/GPS、INS/OD两种组合导航模型,利用交互式多模型算法交互更新模型概率,通过模型概率的差异判断主滤波器INS/GPS组合过程中的GPS量测故障,并在滤波过程中对故障量测加以修正,以此来实现车辆定位系统的良好定位性能。实验结果表明,在里程计量测辅助条件下,当GPS出现离群点时,系统平均定位精度比INS/GPS单一滤波器条件下的定位精度提升60%以上。     

基于软件GPS平台的高动态数字中频信号模拟与实现

在有限的实验条件下,为验证高动态软件GPS接收机信号的捕获和跟踪模型,提出了一种基于软件GPS接收平台的高动态GPS数字中频信号模拟方法.介绍了软件GPS接收平台的基本结构框架,并根据高动态环境下伪随机码的多普勒效应及本地振荡器的频率误差对接收信号的影响,推导并建立了一种较精确的高动态GPS数字中频信号模型.为使模型适用于更加复杂的环境,通过设置接收信号的噪声幅值来调整信噪比大小,以确定所需的信号强度;在信号参数的设置过程中调整入射信号与反射信号的幅度比值及反射信号的时间延迟参数,以模拟不同程度的多路径效应对中频信号的影响.仿真结果表明了该方法的有效性.     

基于MEMS-IMU辅助的高动态GPS选星方法设计

一般的GPS选星方法通过搜索选取使几何精度衰减因子最小的4颗卫星,对于高动态应用特别是在水平姿态角较大的情况下,传统的选星方法存在许多局限性。针对低成本的MEMS-IMU/GPS组合导航系统,提出了基于MEMS-IMU辅助的GPS选星方法;针对高动态载体姿态变化较大的问题,采用MEMS-IMU输出的高速率姿态信息压缩卫星搜索范围,通过选取不超过6颗可见卫星来降低几何精度衰减因子,从而提高定位性能。使用半实物仿真数据,验证了所提出的方法。测试结果表明,与传统的选星方法相比,基于MEMS-IMU辅助的GPS选星方法在飞机高动态大机动条件下,优化了卫星星座,具有精度高、计算量低、可靠性高等优点。     

基于MATLAB的GPS软件接收机捕获与跟踪算法实现

研究了GPS软件接收机的捕获和跟踪算法,并基于Matlab软件平台和射频前端在PC上实现了GPS软件接收机样机。介绍了GPS软件接收机的结构和数据采集硬件,讨论了GPSC/A码的特性、产生原理以及捕获过程。针对传统的串行搜索算法慢的缺点以及高动态GPS软件接收机的特点,在该样机中实现了快速的基于循环卷积的并行捕获算法,并联合使用超前滞后环和对相位反转不敏感的科斯塔斯锁相环分别对码相位和多普勒频偏进行跟踪,解调得到导航电文。仿真和测试结果表明,使用GPS软件接收机进行信号处理的思想使用户在算法处理和软件升级等方面具有更大的灵活性,可应用于下一代任何全球导航卫星定位系统(GNSS)和空基增强系统(SBAS)接收机的设计。     

基于UKF的车辆GPS/蜂窝网无缝定位算法

当车辆运行在存在遮挡和多路径的复杂环境下时,车载GPS接收机由于无法接收到足够数量的GPS定位卫星将导致车辆无法准确定位。GPS/蜂窝网无缝定位技术将蜂窝基站视作伪卫星,将蜂窝基站观测值与GPS观测值结合进行融合解算有效解决了该问题。针对目前融合解算算法所采用的EKF解算算法存在高阶项截断误差和Jacobian矩阵难计算的缺点,本文将不敏卡尔曼滤波(UKF)引入到基于GPS和蜂窝网的无缝定位算法中。UKF算法是一种基于UT变换的非线性的滤波方法,避免了因进行强行线性化带来的误差影响。通过在高斯信道、静止和运动场景下,对两种混合定位算法性能进行对比分析,实验结果表明:将UKF算法用于GPS和蜂窝网络的混合定位中时,在不同的定位环境下,其定位均方根误差(RMSE)相较EKF算法降低了20%~70%。     

动网格生成技术及非定常计算方法进展综述

对应用于飞行器非定常运动的数值计算方法(包括动态网格技术和相应的数值离散格式)进行了综述.根据网格拓扑结构的不同,重点论述了基于结构网格的非定常计算方法和基于非结构/混合网格的非定常计算方法,比较了各种方法的优缺点.在基于结构网格的非定常计算方法中,重点介绍了刚性运动网格技术、超限插值动态网格技术、重叠动网格技术、滑移动网格技术等动态结构网格生成方法,同时介绍了惯性系和非惯性系下的控制方程,讨论了非定常时间离散方法、动网格计算的几何守恒律等问题.在基于非结构/混合网格的非定常计算方法中,重点介绍了重叠非结构动网格技术、重构非结构动网格技术、变形非结构动网格技术以及变形/重构耦合动态混合网格技术等方法,以及相应的计算格式,包括非定常时间离散、几何守恒律计算方法、可压缩和不可压缩非定常流动的计算方法、各种加速收敛技术等.在介绍国内外进展的同时,介绍了作者在动态混合网格生成技术和相应的非定常方法方面的研究与应用工作.     

一种利用GPS定位与测速相结合的动态定位方法

提出了一种利用GPS定位与测速相结合的动态定位方法。引入模糊人工神经网络技术对GPS数据进行处理,利用BP网络实现模糊化知识集的记忆和模糊判决的功能;最后,对处理前后的结果进行了对比。试验结果表明,该方法可以有效地提高GPS在开阔场地的定位精度。     

动态系统的抗差Kalman滤波及其影响函数

离散历元动态测量及其相应的动态模型可能存在异常，若在数据处理不中考虑对这些异常的特别处理，则动态模型参数估值及其所提供的动态信息将极不可靠。对于GPS动态定位数据的处理，按抗差估计原理，构造了状态向量和观测值对模糊度的影响函数，并由此建立了动态GPS定位的抗差Kalman滤波解法。实际计算验证了该方法的实用性和可靠性。     

基于GPS的弹载捷联惯导动基座传递对准技术

针对载机未装备主惯导系统的弹载捷联惯导初始对准问题,提出了一种基于机载GPS信息的动基座传递对准算法。首先利用惯性凝固思想设计了基于比力积分和GPS速度信息的惯性系粗对准算法,粗略估计弹载惯导的初始姿态;然后通过分析惯导系统在惯性系下的导航误差方程,设计了基于GPS信息的"速度+位置"匹配卡尔曼滤波精对准算法,对粗对准误差做进一步估计补偿。车载试验结果为:与车载激光捷联惯导输出相比,水平和方位对准精度分别为6’和18’。试验验证了该算法的有效性,为未装备机载主惯导的弹载捷联惯导的快速初始化提供了工程应用参考。     

花岗岩动静态压剪复合加载实验研究

岩石为天然含有微裂纹微孔洞等缺陷的复杂介质,其在复杂应力状态,尤其是在压剪应力状态下的性能研究,对工程应用有着十分重要的意义。本文利用双斜面垫块改进现有装置对花岗岩进行了动静态下的压剪复合加载实验,其中静态实验基于MTS材料试验机,动态实验基于分离式Hopkinson压杆（以下简称SHPB）,由此得到不同压剪载荷联合作用下花岗岩的静态和动态力学性能。通过改变倾斜端面的角度就能够得到岩石在不同压剪加载路径下的力学性能,由此可以得到岩石的静动态破坏面。结果表明:花岗岩的破坏强度具有明显的加载速率效应。本研究为探讨岩石在复杂应力状态下的力学性能提供了新的方法。     

山地输电线动刚度计算及模态分析

为了揭示地形变化对连续档输电线动态特性的影响，本文提出了基于任意高差角的动刚度理论．首先将单档导线视为连续档导线的子结构，构建了两悬挂点不等高的单档导线振动方程，并在该理论方程中引入了二次项，能够考虑重力沿弦向分量的影响，推导出绝缘子串绕其悬挂点转动的动刚度计算方法，通过动刚度理论研究连续档导线横向振动模态和频率，并应用有限元软件ABAQUS 验证理论模态和频率公式的准确性．所得结果表明，动刚度的计算方法具有较高的精度，理论模态与有限元输出结果吻合较好，同时获得的频率和模态可为山地高压输电线路防舞技术的研究提供依据．