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基于飞行体间精确测距的动态相对定位方法

系统工程与电子技术 2009年第12期31卷 2949-2953页

作者：江涛夏艳陈卫东中国科学技术大学电子工程与信息科学系安徽合肥230026

飞行体间的精确相对定位是实现飞行体协同工作的重要技术基础。提出了一种将飞行体惯导信息与相对距离测量信息相结合、实现两飞行体间精确动态相对定位的算法。首先利用较为精确的相对距离测量信息对两飞行体惯导系统的相对误差进行单... 详细信息

飞行体间的精确相对定位是实现飞行体协同工作的重要技术基础。提出了一种将飞行体惯导信息与相对距离测量信息相结合、实现两飞行体间精确动态相对定位的算法。首先利用较为精确的相对距离测量信息对两飞行体惯导系统的相对误差进行单次修正,提高了两飞行体间的单次相对定位精度。然后,利用相对距离信息进行相对机动状态的检测,并根据检测结果对状态滤波模型进行选择和切换,实现飞行体间的动态相对定位。仿真结果表明,本算法具有较高的相对定位精度和稳定性。

关键词：惯导信息动态相对定位相对机动检测并行滤波

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动态相对定位数据后处理方法研究

电子测量技术 2021年第20期44卷 17-21页

作者：黎标幸宋树祥夏海英杨军黄健广西师范大学电子工程学院桂林541004

在GNSS-RTK形变检测领域中,动态相对定位由于观测时间短,误差消除不够充分,导致基线出现粗差和数据大噪声现象。针对上述问题,提出了一种改进无约束平差算法,减小了系统解算误差,对基线向量中的粗差也起到一定约束作用。针对基线向量中... 详细信息

在GNSS-RTK形变检测领域中,动态相对定位由于观测时间短,误差消除不够充分,导致基线出现粗差和数据大噪声现象。针对上述问题,提出了一种改进无约束平差算法,减小了系统解算误差,对基线向量中的粗差也起到一定约束作用。针对基线向量中的残余粗差,采用抗差卡尔曼滤波算法进一步消除残余粗差,得到更精确的状态估值。与传统的滑动平均滤波、小波阈值去噪、EEMD-小波联合去噪进行实测效果比较分析,在不添加硬件资源的情况下,新方法联合滤波去噪效果突出,且保留了基线坐标域较多细节部分,基线的均方根误差从2.36cm减小到1.00cm,精度提升57.6%。

关键词： GNSS-RTK形变检测动态相对定位改进无约束平差算法抗差卡尔曼滤波

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动态相对定位中自适应滤波方法研究

动态相对定位中自适应滤波方法研究

作者：杨胜利国防科学技术大学

学位级别：硕士

卫星动态相对定位技术是定位技术发展的一个重要方向，本文针对动态环境下的GPS、GPS／SINS组合系统和北斗双星／SINS组合系统的定位做了以下研究。首先，首先根据载体的动态运动特点，结合GPS误差对定位的影响，建立了GPS车载运... 详细信息

卫星动态相对定位技术是定位技术发展的一个重要方向，本文针对动态环境下的GPS、GPS／SINS组合系统和北斗双星／SINS组合系统的定位做了以下研究。首先，首先根据载体的动态运动特点，结合GPS误差对定位的影响，建立了GPS车载运动模型，并构造了Kalman滤波方程。针对实际变化的动态环境，分析比较了Sage-Husa自适应滤波和强跟踪卡尔曼滤波两种算法，并在此基础上提出了改进型自适应Kalman滤波算法，实验结果表明该算法动态滤波效果较好。其次，本文分析了SINS的误差模型，并选择了组合类型。依据SINS系统的误差模型，选择了观测量并建立了标准的Kalman滤波方程。由于Kalman滤波精度不高，因此在熟悉BP网络算法的基础上，改进了BP神经网络算法，并将改进后的BP神经网络算法引入组合导航滤波过程，辅助Kalman滤波对数据的处理。通过具体实验表明：BP网络辅助Kalman自适应滤波在精度方面较其它滤波算法有较大提高。最后，将BP网络辅助Kalman自适应滤波技术应用于北斗双星／SINS组合系统，通过与标准Kalman滤波的对比，得到了一些有用的结论。

关键词： GPS SINS Kalman滤波动态相对定位 BP神经网络北斗双星

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中长基线下GNSS动态相对定位算法与实现

中长基线下GNSS动态相对定位算法与实现

作者：赵祥伟中国矿业大学

学位级别：硕士

本论文以中长基线条件下GNSS动态相对定位为研究课题,主要围绕多路径效应误差、周跳探测、对流层延迟误差等影响定位结果的误差源分析、消电离层最优组合以及单历元数据解算展开详细的讨论及系统的研究。通过理论的研究与推导,结合CVF6.... 详细信息

本论文以中长基线条件下GNSS动态相对定位为研究课题,主要围绕多路径效应误差、周跳探测、对流层延迟误差等影响定位结果的误差源分析、消电离层最优组合以及单历元数据解算展开详细的讨论及系统的研究。通过理论的研究与推导,结合CVF6.6程序开发平台,利用Fortran编程语言实现动态相对定位基线解算功能,并结合中长基线的实例对该算法程序进行实验结果分析。总结本文的主要研究内容如下所述:1)系统阐述了非差相对定位的原理及数据处理方法,包括相对定位的函数模型及随机模型,为后续研究内容做好研究基础;并选取不同类型的伪距观测值,计算与分析观测时间段内的多路径效应值,提出抑制多路径效应的有效措施;2)为研究选用的广播星历的计算误差是否在容许范围以内,能否满足中长基线的定位要求,本文通过计算机编程与时间外推实现了利用广播星历计算卫星轨道信息的功能,通过实际对比结果表明计算误差在容许范围以内。另外,通过基线长度误差与广播星历误差的关系式分析了广播星历完全在动态相对定位条件下的适用性;周跳探测方面,本文对周跳的处理策略是只探测不修复,总结不同类别的周跳探测方法,并选取电离层残差法、相位减伪距法以及M-W组合法三种常用的周跳探测方法,以实际站点的数据通过不同方案对比三种周跳探测方法的优劣性;3)考虑对流层延迟误差影响,统计分析不同的天顶对流层延迟(Zenith Tropospheric Delay,ZTD)计算模型及相关投影函数,总结了其在不同基线模式下的适用性,依此提出全球天顶对流层延迟时空特征分析方法,从纬度、高程以及时间维方面对ZTD进行精度分析,进一步进行时空分区,提出改进的ZTD修正模型,提高模型计算精度;4)考虑电离层延迟误差影响,为消除电离层延迟误差对相对定位结果的影响,综合研究现有不同形式的消电离层组合(双频、半和以及交叉和),并给出双频和三频模式下的不同消电离层观测值组合集形式,依据提出的最优消电离层组合集评价方法,选取最优组合集,并与现有的TCAR/CIR和矩阵变换法对比,验证最优组合集的正确性;5)为实现动态相对定位,保证单历元条件下已知观测条件数,提出一种单历元模糊度固定方法,通过动态实验验证算法的正确性。另外,基于Fortran程序语言开发动态相对定位基线解算模块,通过四个中长基线实验验证得出算法可实现大部分单历元cm级动态定位精度。

关键词： GNSS 动态相对定位对流层延迟模型消电离层组合集单历元模糊度解算

BDS/GPS组合动态相对定位及其质量控制方法研究

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BDS/GPS组合动态相对定位及其质量控制方法研究

作者：曾琪武汉大学

学位级别：硕士

GNSS精密相对定位技术是二十世纪八十年代发展起来的一种高精度定位技术,它采用两台或两台以上的接收机,利用载波相位观测值实时或事后确定用户载体的位置。由于其作业成本较低、可全天候观测、定位精度较高等诸多优点,被广泛应用于大... 详细信息

GNSS精密相对定位技术是二十世纪八十年代发展起来的一种高精度定位技术,它采用两台或两台以上的接收机,利用载波相位观测值实时或事后确定用户载体的位置。由于其作业成本较低、可全天候观测、定位精度较高等诸多优点,被广泛应用于大地测量、工程测量及地球空间科学等研究领域。其中动态相对定位因其测站位置、运动状态不受限制的特点,相比静态相对定位有着更为广阔的应用前景,在移动测绘、工程放样、动态载体的定位定向、地理信息数据采集等应用场合发挥着重要作用。另外,随着我国北斗卫星导航系统(BDS)的快速发展,基于BDS、GPS组合的动态定位与传统的单GPS定位相比,在可见卫星数、卫星几何构型、收敛速度以及定位精度等方面更具优势,因此研究基于BDS、GPS组合的动态相对定位具有非常重要的意义。虽然动态相对定位技术历经三十余年地快速发展,是一项较为成熟的空间定位技术,但在实际动态定位中,由于载体运动和观测环境的复杂多变,会造成卫星数频繁变化和观测数据质量较差等问题,从而降低了模糊度固定率、定位精度和可靠性。本文旨在基于BDS、GPS多频观测数据,针对上述问题分别从数据预处理、参数估计以及模糊度固定三个方面着手,设计和改进了一系列质量控制方法,以改善动态定位中的模糊度固定率、定位精度和可靠性,论文主要工作和结论如下:(1)系统总结了动态相对定位还存在的难题,阐述了 BDS/GPS组合动态相对定位的数学模型和理论方法。从原始观测方程出发给出了不同基线长度下的函数模型以及随机模型;从参数估计的角度介绍了标准卡尔曼滤波估计以及基于卡尔曼滤波的动态定位模型,并给出了模糊度解算及检验的常用方法。(2)构建阈值模型以改善TurboEdit方法对动态数据的周跳探测性能。该方法在滑动平均滤波MW组合周跳探测方法中加入了自适应观测序列均方根变化的阈值模型;在相邻历元求差的GF组合周跳探测中加入了随采样率及卫星高度角变化的加权阈值模型。通过大量数据测试检验,结果表明,该组合方法有效可行,相比原始方法不仅在探测灵敏度上有一定提高,在避免周跳误判、漏判上也有较大改善。(3)针对传统抗差卡尔曼滤波(Robust Kalman Filter,RKF)方法不能区分粗差和小周跳的缺陷,提出了一种改进的抗差卡尔曼滤波方法。该方法将传统抗差方案中位于拒绝域的相位观测值当做周跳处理,并采用残差和标准化残差进行联合判定;同时,为了避免模糊度误初始化影响收敛,采用了只有当同一颗卫星的相位观测值连续两次位于拒绝域才重置其模糊度的策略;实测数据测试表明,改进的抗差卡尔曼滤波能够避免未探测到的小周跳对定位的影响,避免后续历元相位残差持续增大,显著提升了动态定位精度和可靠性。(4)针对动态定位中卫星数频繁变化对滤波估计以及模糊度固定造成影响的问题,提出了一种改进的自适应卡尔曼滤波(Adaptive Kalman Filter,AKF)方法。该方法以卫星连续跟踪历元数为判别统计量,按照卫星数增加和减少两种情况分别对模糊度过程噪声进行自适应缩放;数据测试表明,改进的自适应卡尔曼滤波方法在卫星数增加时,能有效降低新出现卫星对滤波解算的影响,显著提升了定位性能,其中固定率提升了 30%左右,各方向定位精度也有一定改善,高程方向较为明显,改善了约35%;在卫星数减少时,可以避免卫星遮挡造成的卫星几何构型差对定位的影响,保持滤波结果的稳定性和连续性。(5)针对动态定位特点,提出一种粗筛选和精筛选相结合的部分模糊度固定(Partial Ambiguity Resolution,PAR)方法。该方法综合考虑了卫星跟踪历元数、高度角和降相关模糊度方差对模糊度固定的影响,构建了一个较为合理的模糊度剔除索引,更加适应动态定位实际情形。大量实测数据结果表明,部分模糊度固定方法相比全模糊度固定(Full Ambiguity Resolution,FAR),可以显著改善历元固定率,改善程度约为15%～35%,中长基线首次固定时间(Time to First Fix,TTFF)平均由44.1分钟缩短为30.1分钟,缩短了 31.7%;同时在一定程度上提高定位精度。改进的部分模糊度固定方法与原始的部分模糊度固定方法相比,进一步改善了固定解的性能。尤其是对实测动态数据,固定率平均提升了 4.5%左右,首次固定时间由30.1分钟进一步缩短至28.2分钟,缩短了 6.3%,定位精度上也有一定的提升。

关键词： BDS/GPS 动态相对定位质量控制数据预处理抗差自适应卡尔曼滤波部分模糊度固定

BDS/GNSS精密实时动态相对定位方法研究

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BDS/GNSS精密实时动态相对定位方法研究

作者：邱立杰中国石油大学(华东)

学位级别：硕士

随着全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)的完善和发展,导航定位服务的应用领域不断拓宽。然而,在恶劣的观测环境中或者载体处于运动状态下,仅依靠单一GNSS难以获取高精度、高可靠性的定位结果。GNSS多系统融合... 详细信息

随着全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)的完善和发展,导航定位服务的应用领域不断拓宽。然而,在恶劣的观测环境中或者载体处于运动状态下,仅依靠单一GNSS难以获取高精度、高可靠性的定位结果。GNSS多系统融合已成为实现精密动态相对定位的有效途径。因此,本文首先建立了BDS动态相对定位模型,在此基础上,研究了BDS/GNSS融合的精密实时定位方法,编写BDS/GNSS动态相对定位软件,并通过实测数据验证了软件的可用性。论文的主要工作与研究内容如下:1.针对采用双频定位过程中的周跳探测问题,对单频数据探测的载波相位变化率法进行了改进。通过观测值变化率的组合实现对双频数据的同时探测,减少了计算量,并结合电离层残差法,在实测双频数据的应用中取得了较好的效果。***星座中包含三种类型的卫星,根据其星座结构特点,探究了利用精密星历插值不同轨道类型卫星坐标的精度问题,分别给出了满足BDS卫星坐标内插精度需求的拉格朗日插值法与切比雪夫多项式法的最低阶数。3.为解决运动载体可视卫星数少和定位结果不稳定的问题,研究了BDS/GPS组合相对定位模型。首先对GNSS坐标系统与时间系统进行介绍,给出了不同系统时空坐标系的转换关系;然后研究了验后定权中的Helmert方差分量估计法,该方法可以弥补验前定权方法不能有效区分各系统观测数据质量差异的不足。经实验验证,多系统组合定位精度高于任何单一系统,Helmert方差分量估计法进一步提升了多系统组合定位结果的精度和可靠性。4.基于FORTRAN语言编写用于BDS/GNSS动态相对定位解算的软件,实现了论文中提到的一些算法,并介绍了其数据处理流程。开展相关实验对软件的可用性和可靠性进行验证,通过单系统或多系统组合解算结果的对比分析,表明了在静态应用和动态应用中BDS/GNSS均能获得较高的定位结果,实现了精密动态定位。

关键词： BDS GNSS多系统组合动态相对定位周跳探测卫星轨道插值 Helmert方差分量估计

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GNSS融合实时精密动态相对定位方法研究

GNSS融合实时精密动态相对定位方法研究

作者：李建龙武汉大学

学位级别：硕士

自GPS(Global Positioning System,GPS)系统建成以来,卫星导航定位理论取得了长足的发展,其中实时精密动态相对定位技术以实时性,全天候,高精度,高可靠性等优势而被广泛应用于变形监测,精准农业,动态载体定姿,编队飞行等领域。现有的动... 详细信息

自GPS(Global Positioning System,GPS)系统建成以来,卫星导航定位理论取得了长足的发展,其中实时精密动态相对定位技术以实时性,全天候,高精度,高可靠性等优势而被广泛应用于变形监测,精准农业,动态载体定姿,编队飞行等领域。现有的动态相对定位理论及方法可以保证大多数应用场景下载体的定位精度,但是特殊观测条件下,如在建筑物、树木遮挡严重,载体高速运动或者水面信号反射严重,使用非测地型GNSS接收机或天线,采用单一定位系统或者传统动态相对定位方法难以获得稳定可靠的定位结果,甚至可能无法满足实时定位需求。随着各GNSS系统的建成与发展,预计到2020年,四大全球导航定位系统都将具备全球定位服务的能力,这为在复杂环境下实现高精度动态相对定位提供了保障。因此,本文将建立适合单/多GNSS系统动态相对定位的数学模型并构建适用于特殊观测环境下的数据处理方法。首先针对GLONASS频分多址特殊性,提出适用于实时处理的单GLONASS及多系统融合定位模型,然后从已有的经典动态相对定位理论出发,结合复杂观测条件以及非测地型低成本接收机的数据特点,在随机模型精化以及验后抗差处理方面开展了详细研究,实现了多系统动态相对定位处理软件,并通过实测数据进行验证。本文主要工作和结论如下:(1)阐述了相对定位的函数模型以及不同基线处理方式;根据GLONASS频分多址的特点,在单差滤波模型基础上,改进了频间偏差的处理方式。同时,为兼容GLONASS系统,满足多GNSS融合动态定位需要,构建了适合单/多系统,单/多频观测的参数估计方法。实测数据表明,模型能有效处理单/多系统融合定位问题,短基线GLONASS定位精度接近其他单系统定位精度,显著提升了GLONASS模糊度固定率。(2)特殊观测条件下,特别是遮挡较为严重时,观测数据易出现粗差及周跳,可用观测数据十分有限且观测值精度不能提前获知,需要充分利用已有数据先验信息以期得到最优定位结果。本文先从定位的随机模型方面出发,首先总结了现有的高度角、信噪比随机模型的优缺点,然后提出了相对定位实时伪距噪声计算方法,并通过实测数据对三种模型进行了对比分析。结果显示,采用实时伪距噪声计算方法更能反映伪距观测数据的真实质量,可有效提高卡尔曼滤波浮点解精度,减少抗差迭代次数并提升定位解算精度。(3)特殊观测条件中粗差及周跳难以在验前阶段被完全探测识别,需要在验后进一步抗差迭代处理。针对这一问题,本文在经典IGGⅢ抗差方案的基础上,对于未能识别的粗差,直接进行降权或零权处理;对于未能探测的小周跳,在下个历元再次被判定为异常后重置其模糊度参数。实测数据表明,改进方法可以有效抑制粗差观测值影响,同时及时处理了观测值中未能识别的周跳异常,较经典方法的抗差效果更优。(4)在本文提出的多GNSS融合动态相对定位模型的基础上,研制了 GNSS融合动态精密相对定位软件,并分别利用实测的多GNSS观测数据、低成本接收机观测数据以及动态多粗差数据对软件进行验证,结果表明软件具备单/多GNSS动态相对定位处理能力,在复杂动态观测环境下,三维解算精度优于0.1m。

关键词： GNSS系统融合动态相对定位复杂动态观测条件低成本GNSS接收机随机模型精化抗差估计

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一种载波相位动态相对定位精度验证方法

测控技术 2015年第3期34卷 36-39页

作者：王勇赵修斌庞春雷王祝欣空军工程大学信息与导航学院中国人民解放军93033部队

针对动态条件下用户较难验证其接收机载波相位相对定位精度的问题,提出了一种载波相位动态相对定位精度验证方法,即用两个移动站之间的解算基线长度与真实基线长度的差值来间接反映载波相位动态相对定位的精度。仿真结果表明该验证方法... 详细信息

针对动态条件下用户较难验证其接收机载波相位相对定位精度的问题,提出了一种载波相位动态相对定位精度验证方法,即用两个移动站之间的解算基线长度与真实基线长度的差值来间接反映载波相位动态相对定位的精度。仿真结果表明该验证方法有效可行且有效性在94%以上,静态实验结果进一步表明了该方法的有效性,跑车实验验证了载波相位动态相对定位精度为厘米级。

关键词：载波相位动态相对定位定位精度验证方法

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联动目标动态实时相对定位精度验证方法

联动目标动态实时相对定位精度验证方法