高级搜索

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

遮挡环境下原子钟和气压测高仪辅助北斗定位方法研究

李博 徐超 李孝辉 张慧君 王文利

李博, 徐超, 李孝辉, 张慧君, 王文利. 遮挡环境下原子钟和气压测高仪辅助北斗定位方法研究[J]. 电子与信息学报, 2018, 40(9): 2212-2218. doi: 10.11999/JEIT171181
引用本文: 李博, 徐超, 李孝辉, 张慧君, 王文利. 遮挡环境下原子钟和气压测高仪辅助北斗定位方法研究[J]. 电子与信息学报, 2018, 40(9): 2212-2218. doi: 10.11999/JEIT171181
Bo LI, Chao XU, Xiaohui LI, Huijun ZHANG, Wenli WANG. BeiDou Navigation Satellite System in Challenge Environment Using an Atomic Clock and Barometric Altimeter[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2018, 40(9): 2212-2218. doi: 10.11999/JEIT171181
Citation: Bo LI, Chao XU, Xiaohui LI, Huijun ZHANG, Wenli WANG. BeiDou Navigation Satellite System in Challenge Environment Using an Atomic Clock and Barometric Altimeter[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2018, 40(9): 2212-2218. doi: 10.11999/JEIT171181

遮挡环境下原子钟和气压测高仪辅助北斗定位方法研究

doi: 10.11999/JEIT171181
基金项目: 国防科技创新基金(CXJJ-17-M110)
详细信息
    作者简介:

    李博:男,1989 年生,博士生,研究方向为多信息源融合导航方法

    徐超:男,1989 年生,博士生,研究方向为高精度时间频率测量控制方法与技术

    李孝辉:男,1974 年生,研究员,主要研究方向为卫星导航系统中高精度时间频率测量控制方法与技术

    通讯作者:

    李博  lbeer1831@163.com

  • 中图分类号: P228.4

BeiDou Navigation Satellite System in Challenge Environment Using an Atomic Clock and Barometric Altimeter

Funds: Defense Science and Technology Innovation Fund (CXJJ-17-M110)
  • 摘要: 在城市峡谷等遮挡环境下,接收机无法连续进行定位解算;并且高程定位精度不能满足用户在立交桥或者盘山公路等环境下的定位需求。在接收机内使用原子钟,可以利用原子钟的高稳定性,对钟差进行高精度的预测。并通过与气压测高仪共同辅助北斗系统定位,可以有效提高接收机的定位精度和连续性;该文首先理论分析了原子钟和气压测高仪辅助定位算法;然后,提出一种气压测高仪初始化校正方法,并通过对钟差噪声类型的分析确定了钟差预测方法;最后,模拟遮挡环境,进行原子钟和气压测高仪辅助北斗卫星导航系统定位试验,并分析了定位结果。结果表明:仅跟踪两颗可见卫星,便可以进行定位解算,并且垂直方向上的定位误差从8.2 m (RMSE)下降到了5.2 m,定位结果的波动从4.6 m下降到了0.8 m。
  • 图  1  两年内气压和温度的变化

    图  2  2017年6月18日气压和温度的变化

    图  3  使用端点法,预测60 min后钟差的误差

    图  4  不同时长的接收机钟差预测的均方根误差

    图  5  可见卫星星空图

    图  6  PDOP变化图

    图  7  东西方向定位结果对比图

    图  8  南北方向定位结果对比图

    图  9  垂直方向定位结果对比图

    表  1  不同时长内气压、温度最大变化量的均方根误差

    时间(min) 气压(kPa) 温度(°C)
    15 0.017 0.44
    30 0.030 0.69
    45 0.043 0.92
    60 0.055 1.12
    下载: 导出CSV

    表  2  在不同温度和不同气压条件下,气压每变化0.01 kPa对高度的影响(m)

    气 压 (kPa) 温度(°C)
    –40 –20 0 20 40
    100 0.68 0.74 0.80 0.86 0.92
    90 0.76 0.82 0.89 0.95 1.02
    80 0.85 0.93 1.00 1.07 1.15
    60 1.14 1.24 1.33 1.43 1.53
    下载: 导出CSV

    表  3  不同时长内,气压测高仪测量高度的误差(RMS)

    时长(min) 15 30 45 60
    高度(m) 1.54 2.73 3.97 4.97
    下载: 导出CSV

    表  4  1 个小时内各个方向上的定位误差

    RMSE (m) Std (m)
    开阔环境 遮挡环境 开阔环境 遮挡环境
    东西方向 2.9 6.6 1.5 4.1
    南北方向 1.9 4.5 1.9 4.3
    垂直方向 8.2 5.2 4.6 0.8
    下载: 导出CSV
  • ZHANG Jieying, EZZALDEEN E, ZHOU Junchuan, et al. Performance investigation of barometer aided GPS/MEMS-IMU integration[C]. Position Location and Navigation Symposium (PLANS), Myrtle Beach, 2012: 598–604.
    KUBO N, TOKURA H, and PULLEN S. Mixed GPS-BeiDou RTK with inter-systems bias estimation aided by CSAC[J]. GPS Solutions, 2018, 22(1): 5 doi: 10.1007/s10291-017-0670-1
    CALERO D and FERNANDEZ E. Characterization of chip-scale atomic clock for GNSS navigation solutions[C]. International Association of Institutes Navigation World Congress(IAIN), Prague, 2015: 1–8.
    RAMLALL R, STREETER J, and SCHBECKER J F. Three satellite navigation in an urban canyon using a chip-scale atomic clock[C]. Proceedings of International Technical Meeting of the Satellite Division of the Institute of Navigation, Portland, 2011: 2937–2945.
    ZHOU Weili, HUANG Chao, SONG Shuli, et al. Characteristic analysis and short-term prediction of GPS/BDS satellite clock correction[C]. China Satellite Navigation Conference (CSNC) 2016 Proceedings, Changsha, 2016, 3: 187–200.
    MISRA P N. Clock-aided satellite navigation receiver system for enhanced position estimation and integrity monitoring[P]. USA Patent, 1997, US5623414A.
    LIU Chang, XU Feng, QU Yongsheng, et al. Analysis on factors influencing frequency drift of rubidium clocks for satellite navigation[C]. China Satellite Navigation Conference (CSNC) 2016 Proceedings, Changsha, 2016, 3: 645–652.
    KRAWINKEL T and SCHON S. Benefits of receiver clock modeling in code-based GNSS navigation[J]. GPS Solutions, 2015, 20(4): 1–15 doi: 10.1007/s10291-015-0480-2
    孙健. GPS和高精度气压高度表的组合导航定位技术研究[D]. [硕士论文], 南京航空航天大学, 2008.

    SUN Jian. Research on GPS and high precision baro-altimeter integrated navigation and positioning technology[D]. [Master dissertation], Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, 2008.
    李博, 李孝辉. 气压测高仪的设计与实现[J]. 国外电子测量技术, 2017, 36(1): 53–56 doi: 10.3969/j.issn.1002-8978.2017.01.014

    LI Bo and LI Xiaohui. Design and implementation of barometric altimeter[J]. Foreign Electronic Measurement Technology, 2017, 36(1): 53–56 doi: 10.3969/j.issn.1002-8978.2017.01.014
    KAPLAN E D and HEGARTY C. Understanding GPS: Principles and Applications[M]. London: Artech House, 2005: 336.
    KLINE P A. Atomic clock augmentation for receivers using the Global Positioning System[D]. [Ph.D. dissertation], Virginia Polytechnic Institute and State University, 1997: 55–57.
    ALLAN D W. Should the classical variance be used as a basic measure in standards metrology?[J]. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 1987, IM-36(2): 646–654 doi: 10.1109/TIM.1987.6312761
    李孝辉. 时间频率信号的精密测量[M]. 北京: 科学出版社, 2010: 34.

    LI Xiaohui. Precise Measurement of Time and Frequency Signals[M]. Beijing: Science Press, 2010: 34.
    RILEY W J. Handbook of frequency stability analysis[J]. NIST, 2007, 1065: 1–123.
    ALLAN D W. Time and frequency (time-domain) characterization, estimation, and prediction of precision clocks and oscillators[J]. IEEE Transactions on Ultrasonics Ferroelectrics and Frequency Control, 1987, 34(6): 647–654 doi: 10.1109/T-UFFC.1987.26997
  • 加载中
图(9) / 表(4)
计量
  • 文章访问数:  1385
  • HTML全文浏览量:  443
  • PDF下载量:  29
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2017-12-18
  • 修回日期:  2018-05-18
  • 网络出版日期:  2018-07-12
  • 刊出日期:  2018-09-01

目录

    /

    返回文章
    返回