基于GNSS的列车定位信号完好性提高方法（英文）

全球导航卫星系统(GNSS)应用于铁路领域,能够为列车运行控制系统提供实时的位置信息。同时列车定位应当满足一定的安全标准,因此如何提高基于GNSS列车定位的完好性就显得尤为重要。首先,介绍了目前传统的列车定位方式和应用方法;其次,基于D-S证据理论和列车轨道卫星数据库提出了一种新的提高列车定位完好性的方法。最后,通过仿真和实验验证表明:该方法对GNSS在铁路领域的应用具有重要的参考价值。     

基于多解分离的GNSS/Inertial组合系统完好性监测

在卫星导航系统的完好性监测中,通常的接收机自主完好性监测过分依赖于可见星的几何分布,并且不能提供足够的可用性。针对该问题,给出了一种基于多解分离的惯性辅助卫星导航完好性监测方法。在对基于奇偶矢量的接收机自主完好性监测法及其可用性分析基础上,设计了基于多解分离的卫星导航/惯性组合导航紧耦合滤波器,推导了其完好性监测以及可用性计算方法。通过仿真实验,从可用性、阶跃故障和斜坡故障的完好性监测效果等方面,对两种方法进行了对比分析。结果表明,多解分离法在5颗星时仍能定位故障,水平保护限值可以降低50 m,对于1 m/s的斜坡故障检测时间可以缩短71 s,显著提高了完好性监测性能。     

多星座GNSS/INS紧耦合方法

针对可用卫星数目不足、多星座GNSS接收机不能定位条件下,传统GNSS/INS松耦合方式退化为"纯惯性"模式,无法抑制惯导误差发散的问题,提出了一种基于多星座GNSS接收机原始伪距观测量的GNSS/INS紧耦合方法。利用惯导与多星座GNSS接收机搭建硬件平台,开展了车载试验。试验结果表明,当可用卫星数目满足定位条件时,多星座GNSS/INS紧耦合方法与松耦合方法的导航精度相当;当可用卫星数目不足、多星座GNSS接收机不能定位时,多星座GNSS/INS紧耦合方法仍可利用剩余卫星提供的观测信息继续运行,当卫星数减少为5颗时,纬度和经度精度均优于30 m;当卫星数进一步减少为4颗时,纬度精度优于90 m,经度精度优于50 m。     

基于ERAIM的惯性辅助卫星导航系统完好性检测

针对卫星导航/捷联惯导组合导航系统的完好性检测问题,给出了一种扩展接收机自主完好性检测方法,将单独用于卫星导航系统的接收机自主完好性检测方法扩展到组合导航系统中.通过综合卡尔曼滤波器的状态预测模型与量测模型,采用最小二乘估计原理来解算最优估值,建立新的量测模型进行卫星导航/捷联惯导组合系统的完好性检测,包括故障探测、识别、可靠性以及可分离性的测量.仿真结果表明,扩展接收机自主完好性检测法可以明显提高组合导航系统的完好性检测性能.     

基于加权奇偶矢量的机载自主完好性监测算法

针对接收机自主完好性监测在卫星数少或多星同时发生故障下无法保证可用性的问题,结合实际机载多传感器配置,提出了一种基于陆基导航系统辅助的加权奇偶矢量机载自主完好性监测方法,利用陆基导航系统的斜距及卫星伪距观测信息建立联合监测系统的观测方程,并采用加权奇偶矢量法构建检验统计量实现对故障卫星的检测判别。仿真结果表明,该方法能及时准确地识别故障卫星,从而保证卫星导航系统的完好性及组合导航定位精度,具有重大的工程应用参考价值。     

基于足部微惯性/地磁测量组件的个人导航方法

为降低个人导航定位对卫星导航系统(GNSS)的依赖性,研究了一种基于足部安装微惯性/地磁测量组件的个人导航定位方法.该方法通过微惯性测量组件信息进行捷联惯导解算获得人体足部的姿态、速度与位置信息,利用磁传感器确定运动的航向信息,并采用基于步态相位检测的零速修正方法,实时修正MEMS惯性导航系统的导航信息误差以及惯性传感器的随机误差,从而减缓惯性导航系统的定位误差随时间的积累.导航定位实验结果表明,直线与矩形行进路线的导航定位误差在行进约9 min时分别保持在2 m与6 m左右,分别占行进距离的1.1％与2.5％.该实验结果证明所提出的方法可有效提高个人导航系统的定位精度,在GNSS信号衰减或失效的环境中可实现较长时间的个人导航定位.     

基于极大似然比的多故障卫星完好性检测

针对多星座情况下多卫星同时故障时的接收机自主完好性检测的问题,分析了多卫星同时故障的原因及特点,提出基于极大似然比的分层完好性检测方法.通过奇偶向量矩阵的计算,根据极大似然估计,进行故障检测与隔离,利用全量检验统计值与部分检验统计值之间的关系进行故障卫星的确定,并利用接收机的数据进行仿真验证.仿真结果表明,本方法可以快速有效地实现多星座情况下的接收机自主完好性检测,检测出并隔离故障卫星.     

惯导速度辅助下GNSS高精度定位

传统的卫星导航接收机无法同时适应高动态和高精度要求。对于10g以上的加速度,高精度接收机很难达到高精度的指标,甚至基带环路失锁无法正常导航定位。针对GNSS动态条件下高精度定位需求,引入惯性/卫星深组合导航技术,在应用惯性信息辅助接收机减小基带跟踪环路带宽基础上,采用码片窄相关方法降低伪距抖动误差,提高动态条件下GNSS伪距定位精度。仿真结果表明:通过惯性信息辅助跟踪环路可实现较小跟踪环路带宽下的稳定跟踪;在此基础上,通过码片窄相关方法并提高射频前端带宽可实现定位精度的提高。对比传统的伪距定位方法,定位精度(1?)从6 m提高到3 m左右。     

INS辅助的GNSS欺骗干扰辨识与抑制方法

GNSS欺骗干扰已经成为导航装备应用中面临的重要威胁之一。现有的基于INS/GNSS组合的抗欺骗算法大多只进行欺骗检测,不能恢复正确的定位结果。针对该问题,将多径抑制算法中的Multi-correlator结构用于真实信号和欺骗信号的参数估计,利用INS短期精度高的特性,实现欺骗信号的辨识。然后将辨识结果反馈跟踪环路抵消欺骗信号,保证接收机跟踪环路始终锁定真实卫星信号。最后,在INS/GNSS组合导航解算过程中引入抗差卡尔曼滤波算法,减小参数估计和辨识结果中粗差对定位结果的影响。利用公开数据集进行试验测试,欺骗干扰条件下定位误差由600 m降为10.0 m,而且在GNSS信号中断90 s重新恢复后,所提算法依旧能够实现欺骗信号的辨识和抑制。试验结果表明所提算法能够保证接收机在欺骗条件下锁定真实卫星信号,连续输出高精度的导航和授时信息。     

高速铁路列车系统中的动力学问题

本文系统地讨论了高速铁路列车系统中存在的动力学问题,包括结构动力学、车辆动力学、空气动力学和一些耦合动力问题。重点对高速铁路列车系统中的一些特有动力现象和解决方法进行了分析与介绍,并指出了高速铁路列车系统中各个研究领域的现状和发展方向。      

一种可用于运载火箭的SINS/GNSS自主导航方案

研究了一种可用于运载火箭的SINS/GNSS自主导航方案。起飞前捷联惯组采用基于惯性系重力加速度积分的解析粗对准和卡尔曼滤波精对准,起飞后采用SINS/GNSS卡尔曼滤波组合导航反馈实时修正姿态、速度和位置。仿真结果表明捷联惯组水平自主对准误差0.01°,方位自主对准误差1.5°,起飞后经组合导航修正后的姿态误差小于0.2°,速度误差小于0.4m/s,位置误差小于40m,考虑所有误差的蒙特卡罗仿真结果满足火箭入轨精度要求,此方案具有较高的工程应用价值。     

QZSS导航系统在亚太地区的初步性能评估

QZSS系统是由日本宇宙航空研究开发机构研发和实施的区域性卫星导航及增强系统。利用实测数据分别从系统可见性、定位服务和增强服务三个方面就QZSS系统在亚太地区的服务性能展开评估分析。结果显示:QZSS系统对日本测区的可用性提升最为显著;有QZSS系统协同配合的GPS系统的定位精度、可用性和可靠性较单一GPS系统均有提升,尤其在高截止高度角情况下这种改善更为显著;QZSS系统提供的L1-SAIF增强信号能显著提升GPS系统实时导航的精度。     

GNSS/INU/DMAP组合导航定位技术在车辆导航中的应用

利用先进的组合导航技术组成GNSS系统，充分发挥GPS和GLONASS各自优势，并采用航迹推算（DR）技术，精确地图匹配（DMAP）技术组成GNSS／INU／DMAP组合导航系统，提高了系统精度和可靠性，并利用GSM网进行定位数据的无线传输。该系统将卫星导航技术，惯性导航技术，计算机技术，无线通讯技术融合在一起，实际跑车试验验证了系统具有全方位，全天候，无遮挡，高精度的特点。     

一种车辆模型辅助的MEMS-SINS导航方法

针对城市环境中GNSS因遮挡导致MEMS-SINS精度快速降低的问题,在车辆运动学约束的基础上,结合四通道ABS轮速传感器和方向盘转角信息,提出一种新的适用于陆地车辆的MEMS-SINS导航方法。该方法通过分析车辆转弯和运动约束特性,构建角速度和加速度观测量,从而实现基于模型辅助的MEMS误差在线补偿;其次,ABS轮速信息与非完整约束条件结合可额外增加三维车体速度观测量,进一步维持卫星失效时组合滤波器的量测更新。跑车实验表明,在GNSS信号频繁丢失甚至长时间无法定位时,低精度MEMS惯性器件引起的快速误差积累得到有效抑制,与经典车体约束结合里程计算法相比,航向精度提高约70%,位置、速度精度也有相应的提高,验证了算法的有效性。     

大椭圆轨道卫星天文/雷达高度计组合导航方法

为了实现大椭圆轨道卫星在整个轨道上的自主导航,提出了一种天文导航与雷达高度计测高相结合的组合导航方法。由于大椭圆轨道卫星在近地点动力学特性变化剧烈,单纯的以星光仰角为观测量的天文导航方法精度严重下降。雷达高度计能够直接获得高度测量,但是受其体积和功率的限制,测量范围仅为1000 km以下的高度。考虑到两种方法的特点,采用两种方法的组合导航方案,利用UKF滤波方法进行导航估计。当卫星进入近地点附近,其高度小于1000 km时,在天文导航中引入雷达高度计测量实现精确导航;当卫星在远地点时,则仅采用天文导航方法。仿真结果表明,所提出的组合导航方案,能够充分结合两种导航方法的特点,实现大椭圆轨道卫星自主、连续的导航信息输出,其导航精度较单纯的天文导航方法提高约68.9%。     

惯导／GNSS／罗兰C／航姿系统组合导航方案

为保证飞行器的导航精度及可靠性,采用了惯导/GNSS/罗兰C/航姿系统的组合导航。该组合导航采用开环组合方式,将多系统导航信息在计算机中进行综合,提高导航信息精度。仿真试验结果说明,所设计的组合导航系统是可行的,能满足任务要求。     

高速飞行环境下卫星导航信息滞后补偿方法

为了解决高速飞行环境下卫星导航信息滞后严重影响导航精度和性能的问题,研究了一种基于曲线拟合技术的滞后补偿方法.针对高速飞行环境下导航参数的变化情况,分别采用抛物线和三次抛物线来拟合卫星导航系统的输出信息,推导获得抛物线和三次抛物线的各项系数,进而研究获得卫星导航信息滞后的补偿算法.仿真结果表明,尽管卫星导航输出的滞后时间长达0.8 s,采用该滞后补偿方法可以使捷联惯导/卫星组合导航的水平位置精度达到±0.6”,高度精度达到±18.9 m,速度精度达到士0.15m/s.因此该方法能够有效补偿卫星导航系统的输出滞后,具有良好的工程应用前景.     

在实时单点定位中基于残差信息的改进抗差滤波方法

在利用卫星导航定位系统进行单点导航定位时,为了进一步提高导航定位的精度、实时性和可靠性,针对实时观测信息中存在粗差问题,基于残差分析理论,比较分析了最小二乘法、M估计、抗差滤波估计方法在GNSS单点导航定位中参数估计问题。在此基础上,针对观测量与动力学模型不准确的情况,利用残差信息,构建了有效的改进的基于残差信息的抗差滤波。其特点是观测信息误差比较大的情况下不会导致滤波精度明显下降。在GPS单点导航定位解算中,编程并计算,通过比较分析,结果验证了构建的滤波在单点定位中抗差的优越性,并在导航定位算法选择上得到一些有益结论。