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GNSS/伪卫星组合导航技术研究

宋建材  
【摘要】:全球卫星导航定位系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)可以在全天候、开放空间环境中提供最精确的时空基准服务,在国防、军事、通信、交通、物流等行业中得到了广泛的应用,并深刻的改变了人们的生活。但是,由于卫星导航信号在受到遮挡的环境中无法正常工作,致使用户接收机在室内无法实现定位,因此仅使用GNSS系统无法解决一体化精确导航“最后一公里”的问题,或者说无法实现室内、室外导航服务的无缝衔接,这种在遮挡环境中的可用性问题是GNSS系统目前存在的主要问题之一。伪卫星作为对GNSS系统的增强与补充,可以较好的解决GNSS系统在遮挡环境中的可用性问题。针对目前GNSS与伪卫星组合导航技术研究中仍面临定位精度和可用性不高的问题,本文围绕“最佳布站、优化选星、完好性监测”三个方面展开了相关研究。本文的主要创新点如下:(1)针对伪卫星星座布局的多约束组合优化问题,本文提出了一种基于自适应遗传算法的改进伪卫星星座最优化布局方法。在考虑伪卫星与接收机之间的仰角、伪随机码间隔离度和远近干扰等多约束条件下,以定位服务区内几何精度因子最小和系统可用性最高为准则进行全局优化,提高了接收机的定位精度和系统的可用性。(2)针对接收机多种应用场景下的快速选星问题,本文提出了基于改进的自适应动态遗传算法选星(MAGASS)。该算法充分利用了遗传算法强大的并行处理和全局寻优能力,与现有的算法相比,能更快的找到使几何精度衰减因子为最佳(或准最佳)的卫星集合,同时满足多星座GNSS选星或接收机自主完好性检测算法中选择大于4颗卫星的应用需求。(3)为了提高接收机自主完好性检测算法的性能和效率,本文提出了一种基于顺序处理扩展卡尔曼滤波算法(SPEKF)的接收机自主完好性监测RAIM和故障排除FDE算法。该算法主要是利用正交分解方法将矢量计算转化为标量进行计算,避免了迭代过程中的矩阵求逆。该算法综合运用当前和之前历元的观测信息,相比现有的Snapshot类检测方法计算简单、性能好,是一种快速高效的导航定位接收机自主完好性检测算法。综上所述,本文较好实现了伪卫星星座布局优化、智能选星和高效完好性监测算法,较好地提高了接收机的定位精度和系统可用性,为GNSS/PL组合导航系统研制和推广应用提供了一定的研究基础。


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