北斗卫星高精度定位系统关键技术研究

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北斗卫星导航系统是中国自主研发、独立运行的全球定位系统。随着导航技术的不断成熟,对定位精度都有了更高的要求。在定位过程中,削弱多路径效应、探测与修复周跳,动态定位过程中的姿态角解算是高精度定位的重要技术支持。为了实现北斗系统的高精度定位,本文具体研究的内容如下:(1)为了削弱多路径效应对定位精度的影响,本文采用数据后处理方式,先用最小二乘法迭代出初始位置,利用改进的卡尔曼滤波算法对系统噪声和量测噪声进行滤波处理,之后采用L-M优化算法保证全局的收敛,对协方差矩阵进行优化,获得更加快速准确的定位。(2)由于信号的屏蔽造成接收机计数失败会产生周跳现象,因此针对定位过程中出现的周跳问题,本文提出了一种利用小波变换组合双线性插值的方法来实现双差模型的周跳探测与修复。先使用小波变换对高频系数进行尺度分解,得到发生周跳的位置。之后利用双线性插值法对周跳处的奇异值替换,进行周跳修复。本文对检测序列进行二尺度分解,分别对第一层高频系数奇异值和同时对一、二层高频系数奇异值进行替换,比较周跳的修复效率。结果表明,后一种修复方法的修复效率更高。(3)在动态定位过程中,针对低成本的惯性导航系统精度不足导致姿态角解算容易发散的问题,本文提出一种改进Allan方差的自适应卡尔曼滤波算法。在滤波之前,先用四元数改进型PID的互补滤波来融合数据,以抑制数据的波动,同时也加快了运算速率。在对噪声进行分析时,运用Allan方差的分析方法,并组合高斯牛顿优化算法,提高了姿态解算的精度,能够对姿态角实现短时间内的稳定以及长时间精确的跟踪。
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