GLONASS星历电文特征及其解算方法

针对飞行试验中由于GLONASS星历解算错误导致的定位结果异常问题,研究了GLONASS星历电文下传的基本特征,即通过第1~4串电文下传,并且一个更新周期内下传60组数据完全相同的星历。基于此,提出了基于电文串标识的GLONASS星历解算基本算法,但发现该算法在电文串丢失且发生星历更新时解算出错误星历的问题。为确保星历来源于连续的1~4串电文,提出了基于时间比较的星历解算改进算法,发现GLONASS星历更新时,不保证从第1串开始,也不保证在连续的1~4串电文中更新完毕,改进算法依然无法确保获取到正确星历。最后分析了星历电文误码时的特征,提出了基于星历合法性检测的星历解算可靠算法,该算法综合考虑卫星不健康、星历更新以及电文误码等异常情况,采用轨道特性检测法和原码比对检测法验证星历合法性,采用电文串标识法充分利用有效电文数据。试验结果表明,该算法的星历误码识别率达到100%,星历更新异常识别率达到100%,获取的GLONASS星历数据正确率到100%。     

一种改进的功率比值法载噪比估算算法

针对GPS载噪比估算方法功率比值法中出现的导航电文翻转敏感问题,提出改进算法。改进算法根据对I路符号判决结果对导航数据位进行预测,基于预测结果消除载噪比估算中导航电文的影响,达到消除导航电文翻转影响的效果。理论计算分析证明该算法能够提高载噪比的估算精度,提升载噪比的更新率,从而提升系统的灵敏度与稳定性。分别对改进算法载噪比估算精度、抵抗导航电文翻转能力、M取值、载噪比更新率等几个方面进行了仿真验证,证明理论分析的正确性。     

基于差分相关积分的北斗弱信号快速捕获方法

为了提高北斗接收机弱信号捕获灵敏度,解决数据比特跳变和NH码相位变化限制相干积分时间延长的问题,提出了一种基于复数型差分相关积分的北斗弱信号捕获算法。首先,在分析了北斗信号特点的基础上,对常用弱信号捕获算法进行数学分析;然后,设计了按照采样点进行延迟差分的复数型差分相关积分算法,采用正交采样方法获得复数型中频数据,利用FFT变换实现对码相位和载波频率的并行搜索;最后,利用软件接收机开展仿真验证,实现了5 ms、10 ms和20 ms的差分相关积分,积分后信噪比提升约7 d B、10 d B、13 d B。该算法极大地削弱了北斗信号比特跳变和NH码相位变化的影响,有效提高接收机弱信号捕获能力;采用基于FFT算法进行并行搜索,相比传统捕获算法极大地缩减了捕获时间,并适用于全部北斗信号和GPS信号,无需考虑GEO和非GEO导航电文的差异。     

针对高动态载体应用的高精度捷联惯导姿态算法优化方法

提高高动态条件下捷联惯导姿态算法的解算精度和解算实时性是提高高精度捷联惯导系统实用性能的重要基础。特别是针对高超飞行器等高速高动态载体的高精度实时导航需求,需要采用较高的惯性器件采样率,以提高高动态条件下的姿态解算精度。由于传统捷联指北姿态算法中器件采样率的增加会导致算法运算量的大幅增加,影响算法的实时性。基于此,提出了基于捷联算法优化编排原理的双速姿态解算方法和工程实现编排方法。该方法在增加惯性器件采样率的同时并不会显著增加计算量,能有效满足高速高动态载体的实时性导航解算需求。仿真试验结果表明,在高动态仿真条件下,双速优化姿态编排算法与传统指北算法相比,更能有效满足高动态下捷联惯导算法的实时性和高精度解算要求。     

捷联惯导系统极区导航算法优化设计及误差特性分析

采用格网坐标系下的力学编排方案能够有效解决常规惯导系统力学编排方案在极区航向误差急剧发散且无法实现定位定向的难题。格网坐标系力学编排方案可以直接获得格网航向,以及地心地固坐标系下的位置坐标,且输出航向精度及定位精度不随纬度的增高而变差。通过深入研究格网坐标系力学编排方案的误差传播规律,详细分析了高纬度下格网航向保持高精度输出的数学机理。针对格网坐标系力学编排方案在极点附近存在计算奇异值的问题,提出了一种通过格网坐标系和地球坐标系间的位置方向余弦矩阵更新解算替代由地心地固位置坐标求解经纬度三角函数值的优化算法,实现了真正意义上的格网坐标系力学编排方案在极区的"无死角"导航能力。仿真分析了载体沿经线穿越极点运动时的算法性能,并与固定指北力学编排方案进行了比较,结果表明,相比于传统导航方案,格网系下输出的航向误差不随纬度升高而发散,导航精度与低纬度区域导航能力相当。     

小倾角下空间后方交会算法辅助的SINS/GPS姿态位置解算

利用航拍图像匹配技术辅助导航系统参数解算,通常要求飞行器姿态角近似为零。提出借用航空单像空间后方交会算法实现小倾角下SINS/GPS组合导航系统的姿态位置估计。推导了载体与航拍镜头固连且横滚角、俯仰角不为零情况下,以SINS输出的姿态角作为参数对航拍图片进行仿射变换的公式。进一步提出用上述仿射变换后的航拍像片参与地图匹配,匹配所得的控制点经空间后方交会解算,结果用以修正组合系统姿态和位置量。仿真试验表明:在静态小倾角情形下,方法能够减小迭代次数,缩短导航解算时间;即使在倾角达到20°,仍可不失效地为载体提供位置姿态信息。模拟飞行器直线平飞动态情形,验证了所提出的辅助算法可获得较好的位置估算精度。     

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。     

北斗软件接收机中GEO卫星定位策略

GEO卫星在导航系统中发挥着基本导航、增强和转发等三大功能。针对北斗系统GEO卫星的特殊性和兼容性,对北斗GEO卫星播发的D2导航电文的特点进行了分析,利用GEO的静地特性在基带信号处理中应用数学思想提出了基于二次函数逼近的快速牵引,推导了GEO卫星位置速度的计算公式,提出了基于模糊控制的GEO伪距测量算法,提高了信号处理通道的通用性和兼容性。对相关算法和策略在基于DSP+FPGA的软件接收机中利用实际信号进行了验证,在省略精捕获时间的情况下实现了50 Hz以下的多普勒频移精度,伪距测量方法的通用性节省了50%的资源和工作量,相关算法具有良好的实用价值。     

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°。     

基于伪距差分的三星无源北斗/SINS组合导航系统

由于北斗卫星所处轨道远离地球,无源北斗接收机输出伪距的误差较大,影响了与惯导进行伪距组合时的滤波定位效果。考虑到无源北斗伪距误差建模复杂,且Kalman滤波要求误差模型准确,作者研究了采用单机伪距差分的方法减少滤波量测值误差,通过理论分析建立了基于伪距差分的三星无源北斗/SINS组合模型。跑车试验表明,该组合导航算法可有效提高系统的定位精度,并具有滤波参数调整简单的优点。