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[硕士论文] 陈玉龙
大地测量学与测量工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:北斗系统是我国自主研发的、是GPS和GLONASS后的又一比较完善的系统。随着GNSS的不断发展,特别是我国北斗系统的建设和不断完善,多频、多系统的组合将会是GNSS导航定位技术发展的又一趋势;多系统组合,能较好的改善冗余度,改善导航定位的精度,提高导航定位的稳定性。
  本文的主要内容有:
  1)阐述了GPS/BDS基线解算的国内外研究水平、GPS和BDS系统及GNSS定位中的各项误差源及其改正方法。
  2)介绍了GPS和BDS系统的坐标系统和时间系统、GPS和BDS系统的卫星位置计算,研究了GPS和BDS系统在时空基准上统一的问题,并在此基础上又对GPS/BDS相对定位的函数和随机模型做了研究。
  3)研究了GPS/BDS基线解算的周跳探测、Kalman滤波计算浮点解及LAMBDA方法固定整周模糊度,并介绍了LAMBDA方法的计算步骤。
  4)通过GPS/BDS基线解算的实例,研究了精度与系统的关系、精度与观测时段的关系、精度与观测时长的关系及重复基线的比较,得出了GPS比BDS的解算精度略高,GPS/BDS比单GPS和单BDS的精度都高;在进行数据采集时应尽可能避开12:00-15:00这段时间;当观测时间比较短的时候,卫星的几何结构比较差,定位的精度就越低;连续3天的数据的质量大体相同,且不同系统之间的变化趋势是一致的。
  最后通过对GPS/BDS基线解算的相关理论的研究,编写了GPS/BDS的基线解算的程序,并通过实例验证了该程序的正确性。
[硕士论文] 徐跃
测绘工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:高精度GNSS导航服务中关键技术是确定载波相位的整周模糊度,但因受观测环境影响卫星会发生失锁,卫星失锁后要重新初始化,这在一定层面上限制了定位的连续性和实时性。GNSS单历元解算方法可以通过构造先验条件来约束固定整周模糊度并且可忽略周跳的影响,因此研究GNSS单历元算法具有重要意义。
  针对单历元模糊度固定本文主要进行了以下几方面的研究:
  (1)适用于变形监测的单历元模糊度固定算法。根据测站间的相关性,利用首期观测值解算初始双差模糊,而接收机钟差和一些其它未知量作为参数,进而能够直接提取出变形信息。通过长时间观测计算将变形信息取平均值,短基线误差在N和E方向为1mm左右,在U方向为4mm左右,随着基线的增长解算结果的误差逐渐增大,故此方法仅适用于短基线变形监测。
  (2)短基线单历元模糊度固定。针对短基线单历元解算考虑到GEO卫星模糊度较难固定问题,本文采用的思路是:首先固定宽巷模糊度,在宽巷模糊度固定的基础上约束固定出IGSO和MEO卫星的模糊度;然后再用IGSO和MEO卫星模糊度约束固定出GEO卫星模糊度,而固定宽巷模糊度时法方程的病态性则通过基于奇异值分解的正则化法来解决。采用长度分别为4.4m和2.32km的两组基线进行算法验证,结果表明:BDS系统、GPS系统和BDS/GPS组合系统单历元宽巷模糊度固定成功率均为100%,原始载波模糊度成功率90%以上,北斗卫星模糊度固定成功率较常规方法有所改善,并且在N、E、U方向定位精度达到了厘米至毫米级。
  (3)中长基线单历元模糊度固定。针对中长基线单历元模糊度固定提出两次使用正则化法来改善单历元观测方程的病态性,而正则化矩阵的构造是将双差观测方程的系数矩阵进行奇异值分解求得。采用长度分别为56.225km和170.176km的两组GPS/BDS数据验证,结果表明:对一次正则化法后固定的宽巷模糊度两条基线固定成功率均达到100%,而宽巷模糊度回代求得原始载波模糊度成功率极低。故在宽巷模糊度成功固定的基础上结合无电离层组合再次使用正则化法,对56.225km基线而言,两次正则化后在N、E方向定位精度达到mm级,在U方向为cm级;对170.176km基线,两次正则化后在N、E、U方向定位精度达到cm级。
[硕士论文] 姜国强
电气工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:根据实际工程的需要,设计一种稳定平台能够使载体运动时不受外界干扰,并能对目标进行及时地、稳定地追踪,以三自由度陀螺稳定平台为研究对象,本文设计了基于贝加莱PCC的三自由度陀螺稳定平台,实现了对系统控制的良好效果,三自由度陀螺稳定平台在航海、航空、航天以及国防中都有着广泛的应用。
  首先介绍了稳定平台的概念、发展水平以及国内外技术发展概况,紧接着提出了基于贝加莱PCC三自由度陀螺稳定平台的总体设计方案并对控制器、测角元件、电机等进行选取,然后给出了稳定平台系统硬件接线图。根据力学关系对三轴稳定平台进行数学建模及仿真,得出其动力学关系以及运动学模型,并给出简化条件对模型进行简化。介绍了稳定平台PID控制模型以及模糊PID控制模型,依据PID参数整定规则以及隶属度函数设定了模糊PID控制规则。为了实现代码的自动生成,将Matlab/Simulink中的稳定平台系统控制模型通过添加贝加莱接口模块导入到应用开发软件Automation Studio,这为工程人员节约了大量的人工以及开发成本。设计了稳定平台人机控制界面HMI,可以通过人机界面轻松地实现对控制系统的操作,并介绍了VNC远程功能,可以轻松地实现远程操控稳定平台。
  将模糊自适应PID控制算法与经典PID控制算法进行对比,数字PID控制的调节时间约为0.45s,系统带宽约在14HZ;模糊PID控制的调节时间约为0.35s,比传统PID控制算法快了1s,经过模糊PID控制改进后,系统带宽应该在21HZ左右。仿真结果表明,模糊自适应PID控制算法比经典PID控制算法在调节时间以及系统带宽都取得了一定的提高,这促使稳定平台控制系统的抗干扰性能以及响应速度都得到了优化。
[硕士论文] 王昆仑
测绘工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:导航与定位一直是国内外军用和民用领域研究的热点,在载体平台智能化不断升级过程中单一性导航系统已经很难满足技术应用与发展的要求,因此,多系统的组合式导航方式在科研领域越来越受到学者们的关注。本文通过对全球卫星定位系统和捷联式惯导系统进行深入分析各自存在的优缺点后,对两系统使用Kalman滤波算法实现组合定位,集成两者之间的主要优点,进行优势互补,能够保证系统较高的精度与可靠性,使其总体性能远远大于单一独立系统。
  首先,本文阐述了课题的研究目的和研究意义,对国内外组合导航的发展近况做出了分析,并对论文文各章节所完成的主要工作进行了说明。
  其次,分别研究了GPS和SINS各自工作的原理,对运行中涉及到的坐标系进行了介绍并给出了转换方法,对影响GPS定位精度的误差源进行了逐一分析并给出了相应的改正模型;分析了SINS的力学编排、基于“四元数”算法的SINS姿态更新方程、速度更新方程以及位置更新方程,并给出误差方程,根据实际情况设计了载体运行轨迹,进行了实验验证。
  然后,通过对载体工作环境进行分析,设计了一种适用于短时间运行的组合式导航松耦合数学模型,并对Kalman滤波进行介绍并给出了滤波流程,经测试结果表明采用经结合后的系统即能够解决SINS长时间累积误差发散的问题,又能够避免单独使用GPS刷新率较低的不足,保证了在导航定位的实时性和精确性。
  最后,对论文进行总结,得出该设计方案能够满足低成本、微小型载体平台的需求,并且对今后下一步工作进行了展望。
[硕士论文] 马健武
测绘工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:随着GNSS在不同领域的发展中,用户对于该系统的精度性有着更高的要求,如何快速定位以及提高精度是当前GNSS研究的重点和发展趋势。对流层延迟极易受大气的影响,且与信号传播路径的高度角有着密切关系,当高度角为90°时误差达到2-3m,但当高度角为5°时其误差最大时可以达到25m。由于对流层误差的改正十分复杂,这成为影响GNSS精度的重要因素。提高对流层误差改正的精度,在定位与测量的应用中有着较大的意义。目前,RBF神经网络已经应用在很多领域,它能够以任意精度逼近任意函数,学习速度快。为了提高对流层延迟内插精度,建立了一种基于RBF神经网络对GNSS对流层延迟内插的模型,该模型只需输入测站点的经纬度和高程,在实际应用中带来了方便。在构造RBF神经网络模型的过程中,首先利用GAMIT软件根据安徽省电力系统10个CORS站的坐标数据解算出对流层延迟,利用6个CORS基站的坐标和对流层延迟作为建模数据,4个CORS站作为测试数据,选取合适的神经网络学习算法确定网络结构参数,构建模型。其次将模型对流层延迟的输出值与GAMIT软件解算出的对流层延迟作比较,进行误差分析,验证该模型的可靠性。实验结果表明:测试数据的对流层插值精度达到mm级别,最大误差约为2mm,利用RBF神经网络模型预测对流层延迟具有较高的精度。
[博士论文] 汪登辉
交通运输工程;交通测绘与信息技术 东南大学 2017(学位年度)
摘要:高精度卫星定位是精密测绘、位置服务和未来智能导航等应用不可替代的核心技术之一,是支撑国家战略需求发展的重要组成部分。长期以来,以RTK(Real-time Kinematic)和PPP(Precise Point Positioning)技术为代表的GNSS载波定位技术可提供厘米级的位置信息,有效推进了卫星导航系统在高精度位置服务等领域的广泛应用。然而,随着我国北斗系统的运行,Galileo、IRNSS等建设推进和GPS、GLONASS提升完善,卫星导航已进入多星座系统并存的崭新时代,强调定位过程的连续性、实时性和可靠性已成为高精度GNSS定位技术的创新和变革的迫切需求,发展融合RTK和PPP优势,兼容全星座全频段的GNSS数据处理方法已成为卫星导航研究领域的热点问题。针对上述需求及问题,本文基于全星座全频段地基增强系统网络,致力于实现网络RTK、PPP增强的统一地基增强系统GNSS数据处理方法,实现了从“星间站间差分组合”到“观测值域深度融合、全网状态空间误差估计”的技术转变创新,主要工作和贡献包括:
  1.发展了非差与差分等价处理理论与GNSS多频数据处理方法
  从GNSS原始观测值出发,定义了影响非差模糊度固定的各项时延偏差,建立了GNSS数据处理中的非差、差分及多频的统一数学模型表达,针对非差观测模型的秩亏问题,论证了引入基准实现待估参数去相关方法,并基于新的差分算子设计实现了非差和差分观测方程的等价变换。
  2.建立了接收机间时延偏差估计和多路径误差消除模型
  顾及模糊度的时不变特性,引入初始历元参考卫星模糊度基准,建立了站间单差滤波模型,基于零基线数据分析了不同接收机间、不同频率间、不同星座间的各项时延偏差的时域变化特性,为时延偏差的全网估计提供参数随机模型验证;基于残差结果采用小波降噪及傅里叶变换分析提取了多路径延迟值,验证了多路径延迟的时间、空间重复特性,并建立了多路径空间误差改正图实现了多径误差消除补偿,结果表明使用多路径模型可明显减弱多路径延迟对模糊度浮点偏差的影响,定位精度提升30%-45%。
  3.提出了基于非差非组合的单站大气误差提取和长基线模糊度解算方法
  提出了一种基于单站的实时非差大气估计算法,采用非差非组合模型,针对电离层延迟值建立单站电离层参数化模型,分离接收机端及卫星端硬件延迟偏差影响,并利用单、双频PPP用户验证了提取的非差大气误差精度。结果表明,分离的卫星硬件延迟产品精度大部分优于0.2ns,对于单频静态用户,30-40分钟平面定位精度可达到10cm以内;双频静态用户可以稳定保障10分钟内平面精度优于10厘米。同时,利用单站非差实数模糊度,通过加入IGS实时卫星钟差产品作为伪观测值,并增加卫星钟的随机游走和模糊度的时不变约束,验证了采用非差处理方法可达到同等甚至更优的双差模糊度固定效果,利用8条平均长度为150km的基线的基础模糊度固定进行统计,非差方法L1模糊度固定成功率为98.40%,且具有更为集中的浮点解偏差收敛效果。
  4.提出了全星座PPP-RTK整网数据处理新方法
  针对全星座全频段数据,在服务端,提出了附加ISB参数的全星座全网估计模型,建立了基于卫星钟差、星端载波偏差及非差电离层延迟的全网状态空间误差估值模型,解决了全网待估参数秩亏问题,恢复了非差模糊度的整数特性,完善了地基增强系统的服务体系。在用户端,提出了基于区域增强信息的用户端非差固定解滤波解算模型,通过弱化用户与区域基准站网的几何分布关系,实现了广域非差增强定位新模式,实验验证了各类偏差参数的时域变化特点,并基于不同精度的增强信息产品,分析了其对定位结果和模糊度精度的影响。
  5.整合上述算法研发了地基增强系统软件
  利用上述算法研究内容,开发了GNSS网络服务地基增强系统软件EarthNet V3.0,引入高级消息队列协议(AMQP)总线技术,采用多核心业务层实现软件的分布式处理,实现了基于PPP/RTK/RTD的各类增强信息统一播发。利用南京区域北斗三频测试站点数据,通过对网内22km站点和网外99.8km的流动站解算验证了区域网网解产品的可靠性。单天统计结果表明,北斗三频观测环境下附加大气约束可实现网内站点的非差单历元快速固定,动态条件下可实现平面1.76cm,高程2.22cm精度结果。对于网外站点,受限于增强产品存在一定空间相关性,需1-2分钟以实现模糊度可靠固定,各历元平均定位精度为平面9.03cm,高程9.88cm。
[博士论文] 崔冰波
仪器科学与技术;精密仪器及机械 东南大学 2017(学位年度)
摘要:随着多星座卫星导航系统的发展与用户端设备成本的下降,GNSS定位技术在国民生产、生活的各个领域获得越来越广泛的应用,然而将其用在人口密集的城市区域或电磁环境复杂的战场环境中无法保证导航的连续性和可靠性。GNSS拒止是指卫星信号被干扰、遮挡以及欺骗攻击等导致的GNSS定位设备无法正常输出导航参数的情形,以城市峡谷环境下车载导航平台为例,其高精度的组合定位、定向系统面临信号衰减、强多路径以及信号短时失锁等挑战。
  本文以车载导航为背景对GNSS拒止环境下GNSS/INS组合导航关键技术进行研究,主要围绕光纤陀螺(Fiber Optic Gyroscope,FOG)的误差数据处理和鲁棒的组合滤波技术开展研究。论文的主要工作与创新成果如下:
  1)针对FOG静态漂移数据的非线性、非平稳性特征,研究采用经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)及其噪声辅助分析方法实现FOG随机噪声的去噪。采用有界的迭代噪声辅助的方式消除辅助噪声的残差和虚假模态,将小波域的阈值滤波算法引入到EMD的模态单元去噪中,利用本征模态函数的震荡特性和极值点分布特征优化了模态滤波的连续性,将样本熵和概率密度函数(Probability Density Function,PDF)欧式距离组合获得更准确的模态分类结果。测试数据分析表明,所提阈值去噪方法较基于平稳小波变换的阈值去噪在滤除FOG零偏不稳定性及速率随机游走上性能更优。
  2)为辨识FOG漂移数据中的特征量,基于EMD的数据驱动特性提出一种多尺度的预测去噪与建模方法。分析了前向线性预测(Forward Linear Prediction,FLP)滤波的特点,并在其基础上利用灰色理论的累加生成方法在不增加FLP滤波延迟的基础上提高其权值的估计精度,将上述方法用于EMD生成单尺度数据序列的去噪中,并对输出的多个尺度数据序列进行累加重构得到去噪后的漂移数据。针对温度漂移误差的多因素交叉耦合特征提出多尺度的漂移建模方案,采用极限学习机对温度梯度变化产生的Shupe误差和受热应力影响的偏置误差单独建模与预测补偿。实验仿真结果表明,在补偿静态环境下的FOG温度漂移中,多尺度建模方案较基于单尺度的随机建模方法精度提高2个量级。
  3)为解决组合导航非线性量测更新中线性新息更新效率低下的问题,采用最大后验(Maximum a Posterior,MAP)滤波框架对GNSS/INS紧组合滤波进行了分析。为消除迭代更新过程中状态相关噪声的影响,在迭代量测更新中应用了状态扩增技术,加入阻尼因子加速迭代过程的收敛并确保状态估计精度的提高。实验与仿真结果表明,迭代更新框架可以改善非直接可观测状态的估计精度,当状态后验PDF满足单峰的高斯分布时改进效果更明显,且当量测模型为非线性方程时,MAP滤波器在稳定时较非迭代滤波获得更小的稳态误差。
  4)为改善容积卡尔曼滤波(Cubature Kalman Filter,CKF)的鲁棒性,基于模型误差分析提出了一种新型的Sigma点更新框架,并将其嵌入到3阶球面径向积规则中实现了鲁棒CKF(Robust CKF,RCKF)。为消除CKF中容积点对状态维数和状态高斯分布的依赖性,将预测Sigma点误差阵直接转换到后验PDF对应的Sigma点误差,降低了CKF滤波过程对量测缺失和相关噪声的敏感性。此外由于改善了滤波预测过程的精度,量测模型中的不确定性对姿态估计的影响明显小于位置与速度。仿真结果表明在GNSS失锁期达到2分钟时,扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman Filter,EKF)定位误差为RCKF的3倍以上,跑车实验进一步验证RCKF的有效性,其在GNSS频繁遮挡环境下航向角和东向位置分别较EKF改善了89.3%和56.7%。
[硕士论文] 凌生强
控制科学与工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:导航通讯、雷达以及计算机技术的逐步发展,促进了射频接收技术的不断向前发展和在不同领域的广泛应用。同时,人们对于无线通信的需要越来越大,射频接收技术在其中扮演着重要的作用,其有着很高的实用价值。对于不同的需求和应用场合,其设计技术指标带有一定的差异性,这就需要针对具体的设计技术要求,给出符合指标要求的系统方案。超外差接收方式是目前用来处理射频接收信号的主要方式,其系统工作稳定,可靠性高。本课题以超外差式结构为设计基础,给出了本课题的总体解决方案。
  本论文的主要研究对象为L波段双通道导航接收模块,其主要是将接收到的信号分成两路:将1030MHz射频信号下变频到中频140MHz输出;将1090MHz射频信号下变频到中频140MHz输出,同时,系统能提供一路中频80MHz的时钟信号。论文首先给出了总体设计方案,然后使用了SCW仿真软件对下变频链路进行了系统级仿真,仿真结果验证了设计方案切实可行。依据技术指标的要求,详细介绍了链路中重要电路的设计方法,例如采用ADS仿真软件和Altium Designer软件对低噪声放大器、混频器、频率合成器、滤波器、程控衰减器、末级放大电路、电源电路等进行了设计。
  最后,对所设计的L波段双通道接收组件进行了整体的测试,测试结果基本符合设计要求。对于接收到的射频信号,在系统输出端能够分别输出得到140MHz的中频信号,且通道增益超过60dB,系统能够稳定提供一路80MHz的时钟信号。本文给出的L波段双通道下变频接收方案对类似问题的解决具有一定的参考意义。
[硕士论文] 李伟
电子与通信工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:资产管理对于任何一家企事业单位都十分重要,单位资产数量大、种类多、分布零散的特点给资产管理人员的工作带来了很多困难。如果能够及时获取资产的变动情况、感知资产的位置信息,将大大提高资产管理效率。超宽带(UWB)凭借其数据传输快、时间分辨率高和脉冲宽度窄的特点,在室内定位和流媒体等领域得到了大量应用。基于此背景,本文设计并实现了一款适用于资产管理领域的室内定位导航系统,在地图显示和定位精度方面具有一定的优势。本文的主要研究内容如下:
  1.根据实际应用需求,完成了系统需求分析和性能分析,在此基础上,从硬件模块、驱动软件、应用软件和室内三维地图四方面进行了系统设计。使用Decawave公司推出的DW1000作为UWB收发芯片,以Altium Designer2012作为硬件开发平台。软件部分由服务器、客户端、数据库和嵌入式软件组成,以Unity3D、VS2015和Keil5作为软件开发平台。
  2.根据系统设计,本文首先实现了UWB节点的硬件和驱动软件,然后从用户登录注册、地图视野操作、兴趣点(POI)信息查询、定位目标显示、导航路径显示、用户权限分配以及消息处理等模块实现了应用软件。
  3.本文对比了常用的无线定位方法,论述了定位算法的理论推导过程及各自的特点,包括具有解析表达式的 Fang算法、Chan算法和迭代形式的 Taylor级数展开法、高斯-牛顿法,并仿真分析了测距误差在服从高斯分布条件下不同算法的性能,根据仿真结果确定本文选用的定位方法和算法。
  4.对系统的各个模块进行了测试,测试结果表明该系统功能和性能良好。在高速(6.8Mbps)和低速(110kbps)传输速率下,两节点间通信距离分别为23m和26m。除此之外,相对于传统的资产管理系统,本系统在地图显示方面更加形象逼真。
  将UWB室内定位技术和资产管理系统相结合能够有效提高资产管理效率,降低资产管理员的劳动强度和系统操作难度,为企事业单位节省开支。
[硕士论文] 徐声华
软件工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:北斗二代导航系统(BeiDou Navigation Satellite System下简称BDS)提供的位置、速度和时间信息能使我们日常生活中的许多应用得以进行。我国发展的定位系统与美国相比较晚。到2013年为止,我国有倾斜地球同步轨道卫星5颗、中圆地球轨道卫星4颗、地球静止轨道卫星5颗,处于正常工作运行之中,分别称为IGSO卫星、MEO卫星、GEO卫星。为中国军用和民用用户提供定位、集团用户管理和精密的授时服务。不管在民用领域,还是在军用市场,在分阶段性成长和完善的过程中,北斗终端的应用频率都在不断提高,许多北斗终端生产厂家也如雨后春笋般的涌现出来,各种军用和行业应用类的北斗设备进入了市场。
  本课题首先概述了终端设备的原理和开发测试软件的关键技术。终端设计绝大多数是使用软件来组建北斗接收机的,因为这种方法能彻底脱离传统的硬件方式,能更加灵活的处理各种类型的硬件收集的数据,在处理数字化信号方面,软件几乎可以认为是不受硬件限制的。然后分析了针对北斗卫星终端需求,如何设计一款专用的测试软件,以从性能、功能等方面,更加准确地测评终端的真实状态。本研究从理论、实践和测试的三大层面,探讨了该软件的实现方案。
  本课题首先就概念以及涉及到的相关理论,对终端、导航系统进行了简要介绍,以实现其将各种北斗机型在统一的平台上进行功能和性能测试为目标,充分发挥各类转换计算方法如卫星定位数据、串口通信技术等的作用,以促进预期目标的实现。联系测试工作的现实情况,基于对终端所接收信息的整理,进一步探索了测试数据。
[硕士论文] 蔡南荆
电子与通信工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:随着导航技术的发展,尤其是各国全球卫星导航系统的快速部署和完善,多个导航系统间的组合定位逐渐成为热点和趋势。同时军民用各领域对高性能导航的需求也越来越多,单一导航系统通常很难满足其导航定位需求。本文从 GNSS多模组合定位、GNSS/INS组合导航两个方面,对多导航系统间的组合定位信息处理进行了研究和探讨。本文主要研究工作如下:
  1.研究了GNSS及INS数据预处理过程与方法。分析了各GNSS系统间差异并做时间系统和空间坐标的统一。从导航信号功率谱、载噪比两方面对GNSS数据质量做了理论分析和数据测试,为后续实现GNSS多模组合定位提供一些先验信息。分析了INS解算原理,并对滤波融合定位时信息速率不一致问题提出解决方法,为后续定位处理做好准备。
  2.研究了GNSS多模联合定位技术及方法。分析了GNSS各系统信号处理过程,卫星、用户位置速度计算。研究了卫星定位信息优选问题,简化了 GDOP计算,分析推导了 GDOP递推关系,提出一种考虑卫星接收信号质量、观测误差及仰角的多模选星方法,并做了仿真验证。分析 GNSS多模联合解算原理,建立了多模组合的卡尔曼滤波模型,在实际解算时对各历元时刻的观测量做串行处理,并检测观量的有效性。基于IGS的观测数据及实测数据,做了相应的实验验证。
  3. GNSS与INS系统的组合技术与方法。基于小误差角假设推导整理了INS误差模型,分别建立了空间杆臂误差模型和时间不同步误差模型,并作为组合导航系统状态进行滤波估计。分析了GNSS/INS松组合信息处理过程,建立了以位置/速度偏差作为观测量的组合模型,基于卡尔曼滤波实现了 GNSS/INS松组合。分析了 GNSS/INS紧组合信息处理方法,建立状态方程及量测方程得到基于伪距和伪距率融合的紧组合模型,采用无迹卡尔曼滤波实现了紧组合。分析松组合紧组合各自的优势和不足,针对在城市狭谷等环境中出现缺星情况时松组合系统性能恶化的不足,提出了易于实现的改进组合方法,用惯导的位置参与 GNSS的解算,并做了详细的推导分析和仿真验证,结果表明改进组合的性能与紧组合相当。
  4.在前文GNSS多模组合定位、INS/GNSS组合定位研究的基础上设计了半物理实现平台,对相关理论方法做了验证实现。利用 GNSS中频信号采集设备采集了GPS/BDS多模信号,设计了多模组合定位数据处理软件对实采数据进行捕获跟踪、组合解算处理,信号跟踪稳定,定位精度可达4.5m(95%CEP)。其次利用惯性测量单元ADIS16405与GNSS采集设备采集卫星和惯导数据,在此基础上实现了GNSS与INS的松紧组合导航,实验表明在普通车载环境下二都性能相当。针对城市狭谷等可能出现的缺星情况将前面提出的改进组合与紧组合做对比实验,验证了改进组合在缺星情况下与紧组合性能相当。
[硕士论文] 申庆辉
电子与通信工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:随着移动互联网行业的迅猛发展,近年来可穿戴设备越发受到大众的欢迎。可穿戴设备逐渐深入到协助人们管理时间和轨迹、优化健身和健康、生活管理等各个方面,让互联网的普适化走上新的台阶。而且随着近几年来定位技术大规模商业化的发展,基于位置的服务(LBS)已经越来越引人关注,成为新兴的移动互联网产业,并得到了快速的发展,而如何确定用户的位置是实现LBS的关键所在。
  目前,基于传统的全球定位技术(GPS)和基站辅助定位技术已经在可穿戴设备上得到了广泛应用。但是由于卫星定位系统自身的技术特点,当人们在开阔的室外环境下时,GPS全球定位系统可提供较精确的定位服务。而在高楼密集的复杂城市环境下和建筑物内部,由于可穿戴设备无法感知GPS卫星信号,从而无法在这些场景中实现定位。但是这些场景都是人们的生活息息相关的,给人们的生活和工作带来了极大的不便。所以人们迫切的希望能有一款智能可穿戴设备可以提供无时无刻、无处不在的位置服务,即泛在位置服务,使人们不在“迷失”在复杂的环境下。因此室内外无缝定位技术的研究越来越成为定位领域的热点和难点。
  本课题在综合研究全球定位系统、捷联惯性导航系统在室内外定位时的优缺点,提出了一种基于IMU/GPS/磁力计的室内外无缝导航定位系统,该系统将惯性传感器(陀螺仪、加速度计)、GPS、磁力计有效结合起来,取长补短,充分发挥各自的定位技术优势,从而实现室内外环境下的无缝导航定位。
  论文的主要研究内容和创新如下:
  1、本课题首先对捷联惯性导航系统、全球定位导航系统的技术原理分别进行了详细的分析,进而对GPS/SINS组合导航定位系统进行了深入研究并对其建模。在工程背景下,针对户外行人运动时,当GPS短时失效的情况下,提出了加入三轴姿态角作为外部观测量的不完全约束条件来改善惯导单独解算时的误差积累,并对上述两种算法分别进行仿真验证了其正确性。
  2、针对在室内进行导航定位时,由于GPS信号完全失效,在传统的行人航迹推算算法(PDR)的基础上,提出了一种基于扩展卡尔曼滤波器和对行人脚部站姿状态的检测算法并且同时采用零速度修正(ZUPT)算法和零角速率修正(ZARU)来辅助IMU进行姿态、位置、速度的实时修正的最优估计行人航位推算算法,本文称该算法为INS-EKF-ZUPT+,简写为IEZ+。并且通过多次行人室内行走实验和仿真表明,基于IEZ+方案确实要比基于IEZ方案可以提供室内更高的位置精度。
  3、构建了基于ARM为核心处理器的IMU/GPS/磁力计的泛在无缝导航定位系统的整体硬件架构设计以及相应的嵌入式软件体系架构设计;
  4、对泛在无缝定位时的自动切换策略进行了研究。由于卫星的运行或用户的移动,使用户接收到的卫星数目或无线接入点发生变化的情况,此时就需要进行切换定位模式,从而实现定位模式切换的平稳过渡;
  5、重点讨论了组合导航系统中的时间同步问题,并提出了一种可行的时间同步方法,然后基于ARM设计完成了GPS/SINS时间同步系统;
  6、实验测试与结果分析。即对本系统搭建的硬件平台和相应的系统软件平台进行实地全面的测试,并对各部分的测试结果进行详细的分析。验证系统能否在复杂城市环境下和室内环境下进行正确的导航定位,以及环境变化时,自动实现定位模式的切换。
[硕士论文] 杨况骏瑜
电子与通信工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:在最近几十年的时间里机载电子系统进入了迅猛的发展阶段,在发展过程中,对信息的综合程度不断提高,对信息的实时通信能力、传输速率以及可靠性的要求也在不断提升。作为新一代航电网络的通信协议应具备高速率、可扩展性、高可靠性、低延迟以及必须适应开放式系统的要求等特点。光纤通道(FC)它具有高带宽,低延迟、拓扑灵活、对距离不敏感、支持多种上层协议等优点,是一个为适应高性能数据传输要求而设计的计算机通信协议,非常适合用作新一代航电网络的通信协议。作为基于FC协议而开发的机载航空电子系统在开发前期则必须要进行大量的仿真实验,以节约开发所消耗的人力、物力以及时间。
  本论文针对上述问题,以光纤通道标准协议(FC)技术及其在机载航电网络中的应用为主要研究对象,在深入分析理论和技术原理的基础上,设计FC航电网络仿真系统,并对其本身功能和在网络环境中的应用进行了大量的测试。
  基于FC仿真系统,在FC网络中做了许多实际的测试应用。这些测试从侧面也佐证了FC仿真系统的开发和测试意义。对于FC技术的测试,国内外没有统一可查的测试规范。由于技术封锁,我国FC仿真类产品的测试技术整体落后,新一代的航电网络总线产品的研发速度被严重影响。在FC仿真产品开发后也无法较完善的去对其本身的功能性能以及在 FC网络中的网络参数进行测试,所以对FC网络仿真类产品的测试技术的研究刻不容缓。
  本论文完成了FC航电网络仿真系统的开发与测试应用。开发内容主要包括了FC航电网络的硬件框架设计和软件模块设计。测试内容主要包括了FC航电网络仿真系统的集成测试和基于FC航电网络仿真系统的网络性能测试。FC航电网络仿真系统测试有如下内容:FC IP核的测试、FC仿真系统的功能模块测试、FC仿真系统的性能测试和FC仿真系统的兼容性测试。FC网络测试应用有如下内容:均匀激励源测试、作为激励源测试FC交换机、FC网络时延以及时延抖动测试、网络丢包率测试和网络误码率测试。
[硕士论文] 张鑫鑫
电子与通信工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:GPS卫星导航系统的应用极为广泛,几乎涵盖民用领域和军事领域的方方面面。现行GPS系统在应用过程中逐渐显出诸多的弊端,美国国防部近年来一直在筹划GPSⅢ卫星导航的建设,届时GPS卫星导航的性能将会有革命性的更新,其在军民领域将产生不可估量的影响。随着GPS导航系统在军事中的应用,其军事精准打击能力受到各国军事专家的重视,研究发展导航技术已经成为现代军事技术发展的重要分支之一。GPS卫星导航技术把现代战争推向了导航战,导航战是敌我双方精确导航与精准干扰导航的技术手段对抗,因此研究GPSⅢ卫星导航系统的有效干扰技术方案和干扰源优化部署,打破对方在战争环境中的信息优势已成为电子对抗的热门研究课题。
  在本文研究中,首先介绍GPSⅢ卫星导航系统的改进发展,从定位原理展开讨论分析实施干扰的可行性,结合GPSⅢ卫星导航系统新增设的L1C信号,研究单频干扰和脉冲干扰;建立四站和单站转发干扰平台,结合压制式干扰进行干扰源的空域转发欺骗干扰部署以及地面压制干扰和空中转发欺骗干扰相结合的干扰源部署;最后基于混沌蚁群优化算法分析干扰源组网优化部署问题,论文的主要内容归纳总结如下:
  1.绪论阐述GPSⅢ卫星导航系统的干扰技术以及干扰源组网优化部署的课题研究背景意义,从研究意义以及研究现状上对课题进行介绍。
  2.分析GPSⅢ卫星导航系统相对现行GPS卫星导航系统的升级改进,分析L1C信号特性,探讨GPSⅢ卫星导航干扰技术的研究方向。
  3.从GPSⅢ卫星导航的定位原理展开分析,探讨GPS干扰技术的可行性。在研究干扰方案时,本文重点研究压制干扰中的单频干扰和脉冲干扰技术对GPSⅢ卫星导航系统新增信号L1C的影响,通过对比干扰前后L1C码跟踪性能的变化判断干扰技术有效与否。
  4.在研究干扰源部署方案的过程中,针对四站转发干扰机转发平台和单站干扰机转发平台进行区域干扰性能分析,在此基础上研究转发干扰的时延是如何影响干扰机钟差进而达到欺骗目的,最后建立压制式和转发欺骗式干扰相结合的干扰源部署基本模型。
  5.研究干扰源优化部署算法。首先分析干扰源组网优化部署原则,给出优化部署性能的评判标准;采用混沌蚁群算法进行优化求解。
[硕士论文] 程亚文
电子与通信工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:多模 GNSS接收机指的是能够接收多个卫星系统的信号并进行相应处理的接收机,相比较单模接收机,多模接收机具有更高可靠性和定位精度。然而又由于各个卫星系统信号之间存在着差异,因此不能使用同一种基带处理方式对这些卫星信号进行处理。本文主要研究了多模 GNSS接收机的基带信号处理过程,设计了一个单模复用与多模复合的基带处理通道,通过配置初始化参数,改变通道中的部分可变模块,然后组合其他不变的模块构成一条具有特定功能的通道,该通道能够根据输入的参数分别处理GPS、GLONASS、BDS和Galileo信号。主要内容如下:
  1、介绍了GPS L1、GLONASS L1、BDS B1I和Galileo E1B信号,分析了这四种信号的调制方式、PRN码产生过程、码相关函数等特征,对比了这些特征中存在的差异,并指出了这些差异对基带处理过程的影响。
  2、研究了卫星信号常用的捕获算法,对于Galileo信号,提出了其基于Filter算法的改进算法,仿真验证了该算法的正确性。然后为了提高Galileo捕获算法和常规算法的共用单元,又提出了另一种左右移位BOC信号无模糊度捕获算法,理论分析和仿真结果都表明,该算法能够有效去除BOC信号的副峰。
  3、研究了传统的卫星信号跟踪算法和BOC信号的无偏跟踪算法,在BOC信号跟踪时,为了去除副峰干扰,使用了经过 ASPeCT算法重构的鉴相函数。通过Matlab仿真,可以得出该鉴相算法能够去除传统算法在?0.56个码片处的误锁点。
  4、使用前面介绍的卫星信号捕获算法,通过单模复用与多模复合的思想,设计了多模卫星信号捕获的总体结构。然后分模块的对捕获过程的各个部分进行了设计和实现,给出了其经过综合的RTL级图和功能仿真结果。
  5、根据前面研究的跟踪算法,同样设计了多模卫星信号跟踪的总体结构。对于 Galileo信号跟踪时需要12路相关结果来完成鉴相的设计,通过时分复用两次码产生模块和环路运算模块,计算出12路相关结果,送入码鉴相器。接着对跟踪结构中的各个子模块进行了实现并验证。
  6、联合捕获和跟踪的结构,设计了GNSS接收机的捕获与跟踪总体结构,通过ISE与Modelsim的仿真,验证了其中的捕获模块能够捕获到四大卫星系统的信号,跟踪模块可以解调出导航电文。
[硕士论文] 贾振东
电子与通信工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:随着科学技术的飞速发展,载体动态性能也将越来越强,这给导航定位技术带来新的机遇和挑战,尤其是在军事应用领域上。然而传统跟踪环在高动态下的劣势决定了其不能满足在高动态环境下的定位需求。因此,如何实现高动态环境下的准确实时定位是急迫需要解决的问题。本文在此背景下,利用惯性导航技术和 GNSS接收机的深耦合技术,深入研究跟踪环路的设计,寻求实现高动态下载体定位的解决方案。
  本文首先对课题研究背景和意义进行了介绍,并阐述了矢量跟踪技术、GNSS/INS深耦合组合导航技术以及高动态导航技术国内外的研究现状。然后分别对惯性导航技术和传统跟踪环路原理进行了分析,并指出传统跟踪环路锁相环阶数和跟踪环鲁棒性之间的矛盾以及为适应高动态环境的环路带宽设计和热噪声的引入之间的矛盾,从而得出了传统跟踪环在高动态环境下的局限性。并通过仿真证明了矢量相位跟踪环相较标量相位跟踪环的优越性。
  在矢量相位跟踪的基础上,本文接着深入研究 GNSS/INS深耦合跟踪环的信息融合算法和系统架构。在高动态环境下 GNSS/INS深耦合跟踪环路滤波处理过程将表现出强非线性性。于是本文分别对常用的几种非线性卡尔曼滤波算法原理进行了分析,并利用异常观测方差膨胀抗差模型来自适应调整量测噪声,最后仿真分析得到抗差CKF其滤波性能最优。文章对GNSS/INS深耦合几种不同的系统架构原理进行了详细分析,结合仿真总结了其各自不同的优缺点,并得出了非相干型级联式GNSS/INS深耦合系统更适合在低载噪比、高动态情况下使用的结论,为后续研究打下了基础。
  接着,本文针对非相干级联式 GNSS/INS深耦合系统定位精度不足的缺点,提出了利用多载波模型来消除电离层误差的方法,并设计出两种不同的GNSS/INS深耦合系统多载波矢量相位跟踪环,并且提出利用多载波模型获得的电离层误差信息以及接收机钟差信息加入NCO估计参数中并结合基于预测的本地信号生成方法,并在仿真条件下证明了方法的有效性。
  最后,结合前面研究成果,并对载体轨迹产生、IMU测量模块、信息同步等问题进行了分析说明,实现了 GNSS/INS深耦合系统多载波矢量相位跟踪环的仿真平台,并通过在高动态环境下的仿真证明了平台的有效性。
[硕士论文] 方超
船舶与海洋工程 集美大学 2017(学位年度)
摘要:随着近年来航海、智能控制技术以及无人平台的不断发展,无人机、无人船艇已经成为时下研究的热点。在航海领域上,目前远洋航海大多数依赖于海事卫星、美国全球定位系统作为通信主要手段。当下,通信技术迅速发展,不管是传统航海船舶业,还是时下迅速发展的无人自主航行器的通信技术,都需要掌握在本国手中,尤其是在军事上,应积极避免采用他国卫星技术作为通信方式。故本文研究和开发了一种基于北斗卫星导航系统的无人船艇的数据传输系统。将我国的北斗卫星导航系统的通信技术,应用于无人船艇的数据传输系统,以解决目前无人船艇的数据传输,多采用美国全球定位系统作为通信手段的不足。
  该系统包含两大部分,一为船载端数据自动转发装置的开发,该转发装置采用的是STM32芯片为运行MCU,连接北斗定位模块、报文模块,以及天线用户机模块,对无人船艇的各项基本数据进行自动提取、封装、发送,对岸基软件平台发送的指令做简单处理;二为岸基显示界面软件平台的开发,采用的是vs2010开发环境,基于.net框架,开发c/s架构的winform桌面应用程序,对无人船艇的各项基本数据进行解析、监测,其中包括无人船艇的各项基本参数、避障参数、水面环境参数。整个系统的通信,采用了北斗的定位功能,数据的传输主要途径是采用北斗的短报文功能。为克服短报文通信信道上行带宽有限,以及字符传输数量的限制,对数据提出了合理的协议传输方案。
  最后,通过无人船艇船载端软硬件和岸基端软件监测平台的联机测试,船载端数据转发装置各个串口都能实现设计功能,岸基端软件监测平台界面满足需求,该数据传输系统基本达到了设计要求。为无人船艇的数据传输提供了一种高效便捷的方式,同时对北斗卫星导航系统的民用推广有着重要意义,并具有很高的市场应用价值。
[硕士论文] 张泽宇
软件工程 东南大学 2017(学位年度)
摘要:在室内导航中,方向的准确性一直是研究的热点。而在依靠微型机电系统(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)传感器的行人轨迹推算导航中,通过磁力计判别方向的传统方法难以满足要求,且行人轨迹推算的室内导航方向与设备姿态有着对应关系,因此,通过MEMS传感器解算可靠的载体姿态成为关键,也是本文算法的研究目标。
  本文旨在设计一种基于多MEMS传感器的微小型姿态测量系统,用于动态输出载体每一时刻的三维姿态信息,不仅能应用在室内导航领域,还可以应用于各种航模飞行控制平台、可穿戴设备等。本文介绍和分析了基于MEMS传感器解算姿态的方法与存在的缺陷,引出了通过数据融合算法来提高姿态解算精度,接着研究和分析了卡尔曼滤波体系中的无迹卡尔曼滤波的原理和模型,然后针对MEMS姿态解算的系统模型,分析了无迹卡尔曼滤波(Unscented Kalman Filter,UKF)在此模型下存在计算量大、模型固有误差不可消除和协方差矩阵非正定化等问题,提出了简化无极卡尔曼滤波的步骤、引入自适应因子快速抗扰动和协方差矩阵正定化的优化方法。最后根据优化了的无极卡尔曼滤波设计了整个系统的算法流程。
  本文采用一片CC2640主控芯片和一片BNO055实现了双通道组合测姿系统,通过与商业级定姿系统SEC380固联,进行了静态测试、动态测试、抗干扰测试和应用测试,最终的测试结果表明本文的姿态解算与数据融合算法在静态条件下误差在±0.3°以内,动态条件下航向角误差在±2°以内、俯仰角和横滚角误差在±1.5°以内,且在行人轨迹推算导航中表现良好,满足本文设计要求。
[硕士论文] 张政权
电子与通信工程 内蒙古大学 2017(学位年度)
摘要:北斗卫星导航系统是我国自主建设、独立运行的全球卫星导航系统,可为用户提供高精度、高可靠的定位、导航、授时服务。建设具有知识产权的北斗卫星导航系统,对于保障国家信息安全等方面,具有十分特殊的意义。本课题是研究开发一种基于嵌入式处理器与GPRS通信方式采集并发送目标定位数据,通过云服务器上的数据库接收,结合百度地图API技术的目标定位监测系统。本文主要是研究前端定位数据采集、处理与发送电路设计,为云服务器数据处理与定位提供数据传送服务。
  本课题设计的北斗卫星的定位终端包括数据接收模块、无线发送模块、定位数据显示模块和数据处理与控制模块。其中,数据处理与控制模块为基于ARM9处理器的S3C2410。首先将北斗卫星模块接收的目标位置数据通过串口传送到S3C2410模块,进行解析处理与封装,处理后的定位信息在本地显示,并将处理后的定位数据通过GPRS模块传送到上位机。控制模块部分针对基于嵌入式软硬件可以裁剪的特点设计了一个最小系统板,并对linux内核移植和U-boot移植以及根文件系统制作进行了分析。
  本系统经实际测试基本实现了预期功能,与云服务器上的上位机定位应用软件共同构成了基于北斗卫星的目标定位系统,定位精度较高,经完善后在定位应用方面有很大的实际意义。
[硕士论文] 黄永江
仪器科学与技术;导航定位与测控技术 东南大学 2017(学位年度)
摘要:初始对准是捷联式惯性导航系统(SINS,Strapdown Inertial Navigation System)经典和核心话题。本研究针对晃动以及运动基座两种条件,分别研究了基于矢量计算的惯性系解析对准方法。
  研究内容主要包括:
  第一,介绍了惯性导航的基本知识,重点阐述了姿态更新算法的微分方程;对经典的双矢量定姿算法进行了总结概括;仿真结果表明经典双矢量定姿算法仅适用于静基座,而不适用于晃动基座。
  第二,针对晃动基座条件下的初始对准问题,本研究利用链式法则将姿态矩阵Cnb拆成Cn(t)e(t)、Ce(t)e0、Ce0lb0和C1b0b(t)),从而将初始对准问题归结为Ce0lb0的求解问题,并利用双矢量定姿算法进行求解。针对重力视运动向量随机噪声干扰问题,简要介绍了递推最小二乘法的参数辨识与重构方法,提出了牛顿-拉格朗日迭代法的参数辨识与重构方法,并仿真验证了其有效性;针对对准过程中需要纬度信息的问题,进一步将初始对准问题归结为Cnlb0的求解问题,利用三矢量计算进行求解,并仿真验证了其有效性。
  第三,针对运动基座条件下的初始对准问题,本研究引入外部速度、位置参考信息,并将初始对准问题归结为基于多矢量定姿的Wahba姿态求解问题,具体利用q-method方法完成姿态求解;详细分析了矩阵最小特征值所对应的特征向量即为初始四元数的最佳估计的机理;仿真验证了算法的有效性。
  第四,针对初始对准过程中的仪表误差与杆臂长度估计问题,本研究建立了运动基座条件下的仪表误差和杆臂模型;通过对惯导基本方程进行移项、积分和离散化处理,将仪表误差和杆臂参数的求解转化为多元函数求极值的问题,运用了牛顿-拉格朗日迭代算法对其进行求解;在不同运动状态及仿真条件下,对该算法进行了仿真验证。
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