旋转短基线北斗双天线/MIMU定向方法

针对无人运载器的定向需求,提出一种旋转短基线北斗双天线/MIMU定向方法。首先,介绍了自主研制的旋转短基线北斗双天线/MIMU组合系统的硬件构成,该系统主要由旋转机构、北斗双天线、MIMU、导航计算机等组成。然后,给出了旋转MIMU定向算法、北斗双天线/MIMU组合系统扩展卡尔曼滤波方程和观测方程,以及组合系统定向解算步骤。该系统以北斗天线接收机的速度、位置和北斗卫星原始信息作为卡尔曼滤波器的观测量,经数据融合后解算出航向角和姿态角。最后,进行了室外动态和船载试验,以及双天线基线长度变化试验。试验结果表明:当基线长度为0.3 m时,该组合系统航向角误差小于1°,水平姿态角误差小于0.2°。     

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。     

基于速度辅助的车载卫星定向模糊度动态确定方法

针对车载双天线卫星定向系统的载波相位模糊度动态确定,探讨了速度辅助对模糊度搜索空间的约束性能,首次提出主天线速度矢量方向与车体纵轴之间偏离角的定量表达式,从而实现了准确设置卫星定向模糊度解算中的航向搜索范围。对实际车载数据的分析验证了该方法的有效性,不但适用于车载纯卫星定向系统,而且适用于多天线卫星定向（定姿）/IMU组合车载航姿确定系统,可显著提高卫星定向动态模糊度搜索速度及成功率,尤其增强车辆机动时的模糊度初始化性能。     

惯性辅助超短基线GPS航姿解算

ＧＰＳ航姿系统是利用ＧＰＳ 载波相位相对测量来确定载体的航向和姿态。对于只有２ ～３ 个载波波长的超短基线，载波相位初始模糊度的确定将变得容易，而且这样的超短基线有利于周跳的检测，但超短基线使航姿解算精度较低。为了提高航姿解算的精度和可靠性，本文提出了ＧＰＳ航姿和低精度陀螺的组合系统，并进行了仿真研究。     

GPS载波相位双差整周模糊度在航求解

鉴于整周模糊度的快速解算是GPS载波相位测姿的一个主要技术难题,从系统实时性、动态性要求出发,给出了一个整周模糊度的快速解算的新方法。其主要特点为:利用三角函数约束条件减少模糊度搜索范围,优选指标不受基线运动状态影响,可利用多历元动态基线数据进行平差。实验结果验证了该算法的有效性。     

北斗站间单差载波相位差分定位方法

针对传统基于站间-星间双差载波相位差分存在放大观测量随机误差,使得卫星间存在耦合,导致参考星变换时产生整周跳跃的问题,提出一种基于站间单差模型的精密定位算法,通过站间单差消除大气延迟、卫星端等偏差,保持了卫星间观测量的独立性,并结合双钟差模型以保持载波相位的整周特性。通过北斗实测车载实验进行了验证,测试结果表明,基于改进的单差模型定位精度达到厘米级,模糊度固定率达到90%以上。     

基于PNN的北斗转发式欺骗干扰信号检测方法

针对载波相位差分检测技术中存在的模糊度解算复杂和虚警率高的问题,提出基于概率神经网络(PNN)的北斗转发式欺骗信号检测方法。在推导不同条件下载波相位双差检测方法的基础上,采取故障诊断的思想,通过构建PNN模型,利用真实信号双差观测值随时间变化的一致性特点,实现对欺骗信号的分类检测;然后根据不同星间差分组合的检测结果,进一步确认受欺骗干扰的卫星信号。实测数据结果表明,所提方法的检测正确率在样本历元数为100时,能够达到98.51%,检测耗时不超过0.1 s,不仅满足对转发式欺骗干扰实时检测的要求,还可对不同类型组合的欺骗信号进行有效识别。     

伪距/伪距率/双差分载波相位组合导航方法

为了提高组合导航的精度,提出了一种伪距/伪距率/双差分载波相位组合导航方法。通过构造双差分载波相位观测量,以消除组合导航中若干误差源,避免整周模糊度的求解。为了避免组合后误差积累发散,引入伪距/伪距率信息,设计了一种新的滤波器。该滤波器能发挥载波相位高精度和伪距/伪距率包含绝对信息的优势。最后利用GPS实测数据和仿真惯性导航数据进行组合导航试验。试验中对比了伪距组合、双差分载波相位组合等常见组合导航方法。两小时试验结果表明,提出的组合导航方法比传统伪距组合方法的平均水平定位精度高61.13%,方法可行。     

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。     

两种多天线GNSS定姿方法的精度分析

基于高精度多天线GNSS基线分量及精度估计结果,实现了两种常用的多天线定姿方法:直接姿态法和最小二乘姿态法。利用一套车载三天线GNSS实测数据和高精度惯性导航系统(陀螺漂移0.005(°)/h,加速度计零偏优于10~(-3)g)输出的姿态结果,深入分析了两种定姿方法的内、外符合精度。实验结果表明:两种定姿所解算的航向角、俯仰角和横滚角的精度分别为:直接法的内符合精度约为0.3°~0.5°、0.3°~1.0°、0.5°~1.0°,最小二乘法约为0.1°、0.2°~0.5°、0.5°~2.0°,即最小二乘法对航向角估计有明显改善,对俯仰角和横滚角改善不明显;两种方法的姿态外符合精度(消除航向系统偏差)基本一致,约为0.08°、0.15°、0.42°,但是最小二乘法得到的航向角系统偏差更小。     

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。     

结合GPS测姿技术的空中修正方案研究

文中提出一种结合ＧＰＳ载波相位测姿技术对弹上惯导进行空中修正的方案。在导弹飞 行过程中，利用ＧＰＳ载波相位测姿技术确定导弹方位，结合位置信息对弹载平台的姿态误差 进行修正，使之达到精度要求。文中论述了利用双天线ＧＰＳ接收机的载波相位信号测定载体 方位的原理，采用某型国产ＧＰＳ接收机进行了静态实验，验证了使用该型接收机的技术可行 性；讨论了利用位置及方位信息估计与修正平台姿态误差的三种方案，给出仿真结果及结论。     

多传感器导航中双天线基线欺骗干扰检测方法

考虑卫星导航可能受欺骗干扰的风险,基于舰船多具有两套卫星导航天线和其他导航传感器的特点,提出一种多传感器导航中双天线基线欺骗干扰检测方法。采用共视卫星伪距进行双差,基于舰船上多传感器融合的导航信息与卫星星历信息计算卫星视距方向的单位矢量,根据伪距双差和卫星视距方向单位矢量得到基线长度。利用该计算基线长度与两天线实际基线长度构造欺骗干扰检测函数,对是否收到卫星欺骗干扰进行判决。为了验证提出算法的可行性,基于卫星信号模拟器和欺骗干扰源测试了所提算法对“突发型”欺骗干扰和“引诱型”欺骗干扰的检测能力。试验结果表明所提出算法能够有效检测出0.1 n mile的“突发型”欺骗干扰和0.2 kn的“引诱型”欺骗干扰。该方法无需更改接收机结构,只需修改导航信息融合设备软件,可为工程应用提供参考。     

旋转状态下的GPS信号跟踪性能

对于旋转载体采用圆柱共形微带天线更易实现对GPS信号稳定和连续的接收,然而接收得到的信号含有载体旋转引入的调制效应,对接收机跟踪环路提出了较高的要求。在考虑圆柱共形微带天线相位中心偏移的基础上,分析了载体旋转对GPS载波相位和频率的影响,研究了旋转状态下接收机跟踪环路的性能。仿真结果表明：为了减少旋转引入的动态应力误差,保持对GPS载波相位的稳定跟踪,必须相应的增大接收机跟踪环路的带宽,且旋转状态下二阶环路的跟踪性能要好于三阶环路。     

基于Kalman滤波的GPS载波相位信息融合技术

主要针对载体运动加速度的确定，研究了以卡尔曼滤波为基础，融合GPS载波相位信息中相位速率和加速率的方法。采用载体运动的“当前”统计模型建立系统状态方程，系统观测方程中组合双差载波相位速率和加速率作为观测向量。针对一组静态数据和一组航空实测数据所作的处理分析表明，这种方法相对于单独利用载波相位加速率进行加速度估计，精度有明显提高。在10Hz GPS数据采样频率上，静态数据载体运动加速度估计精度约为1．4mm／s^2，动态数据加速度估计精度约为0．40m／s^2。     

载波相位时间差分辅助的SINS/GNSS紧组合导航方法

为提升无基准站辅助条件下的单站微惯性/卫星组合实时导航性能,提出了一种基于载波相位时间差分的改进微惯性/卫星紧组合导航方法。所提方法直接利用高精度的载波相位时间差分观测信息改善微惯性导航误差的在线补偿精度。分析比较了两种载波相位时间差分观测模型对组合导航精度的影响,通过抗差序贯卡尔曼滤波建立抵御GNSS观测粗差的紧组合滤波模型。城市内车载试验结果表明,相对于传统紧组合导航方法,所提算法能够有效提升定位、定速和定姿精度达29%、21%和42%。另外,相对较长GNSS中断(60 s)条件下,所提算法能够显著提升滑行位置、速度和姿态精度达46%、40%和51%。     

基于递推最小二乘的航姿系统罗差校正

为校正姿态与航向参考系统使用环境中软硬铁产生的罗差,提出了一种利用地磁场连续转动信息补偿三轴软硬铁的方法.由于陀螺短时精度高,初始对准后短时内可得到精度较高的捷联矩阵,如果已知当地磁倾角,由捷联矩阵可将已知的地磁场投影到载体系.当航姿系统改变姿态角连续转动时,采用递推最小二乘算法来估计12个罗差参数.实验说明,与常用罗差校正方法相比,此方法在全姿态范围内效果更好,水平时航向角精度为0.3°,35°倾角航向角精度为1.1°,59°倾角航向角精度为1.2°.     

GPS测姿中载波相位差分技术的研究与实现

从载体姿态测量精度的要求出发，介绍了GPS载波相位差分技术，在此基础上，以具体的测姿试验为例，重点研究与分析了载波相位双差解算的过程，给出了相应的数据处理结果，为今后进一步姿态解算方法奠定了基础。     

Galileo/GPS组合接收机载波相位定位方法

鉴于载波相位观测量可提供高精度定位信息的特点，采用扩展卡尔曼滤波和载波相位组合观测值相结合的方法，提出了一种适合Galileo／GPS组合接收机的载波相位定位方法。通过扩展卡尔曼滤波给出精确的载波相位不足整周的相位值，并且在模糊度保持为整数的前提下，根据一定的组合标准论述了具有相应特性的组合观测值，给出一些典型的组合，通过这些组合后的观测值可以容易地解算整周模糊度。最后对结果进行了分析。     

一种GPS测姿系统的设计及精度分析

为了研究一种适合船用的启动快、全天候、低成本、没有误差积累的测姿系统,根据船体甲板结构布局,设计了一套GPS测姿系统。系统采用4台双频GPS接收机,4天线棱形布局,艏艉基线约33 m,利用GPS载波相位测姿技术确定船舶姿态。海上动态试验时以惯导和光电经纬仪为数据比对基准进行精度分析。结果表明系统已基本达到了全时段测量的能力,其有效数据覆盖率可达94.8%以上,航向角系统误差小于18",纵摇角系统误差小于28",横摇角系统误差小于80"。系统已可作为大型船舶姿态测量的主要测量手段之一,同时由于其航向精度较高,可作为惯导系统航向校准的补充手段。