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导航定位与授时
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双月刊

导航定位与授时/CSCDCSTPCD北大核心
正式出版
收录年代

    欧美月球GNSS规划现状分析综述

    张云钱九悦洪中华杨树瑚...
    1-15页
    查看更多>>摘要：月球是地球最重要的天然卫星,当前国际上正在迎来新一轮月球探索高潮,数十个机构和商业团队正在规划月球探索任务,并设想在未来实现航天员长期驻月,围绕月球的"太空竞赛"刚刚开始.月球GNSS(基于现有的地球GNSS以及新的环月卫星通信导航基础设施的月球卫星通信导航定位技术)是空间基准科研的基础,能够提供航天器着陆定位以及月面(及其覆盖空间)定位、导航与授时等服务,同时可以将月球作为试验场,将导航工具包扩展到更远的 目的地(如火星).对欧美近期发布的月球GNSS规划进行了整理归纳,其中包括美国月球GNSS接收机实验(LuGRE)计划和欧洲月光(MoonLight)计划,以及美国中远期月球通信中继和导航系统(LCRNS)计划,这些计划可以为我国开展月球GNSS规划提供参考.

    欧美月球GNSS规划卫星导航增强弱信号增强GNSS接收机环月导航卫星网络深空星间链路

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    基于月面LTE基站OFDM测距的巡视器定位

    曾国强庄忱杜遇乐胡闪...
    16-24页
    查看更多>>摘要：针对目前的月面定位技术中成本高、观测时间长以及缺少可用定位信息的问题,开展了基于长期演进(LTE)基站的月面定位技术的研究,并引入了 LTE技术,通过在月面布设基站为月面巡视器的实时定位提供了可行基础.提出了一种基于因子图优化的月面定位方法,通过融合月面基站的正交频分复用(OFDM)测距信息和巡视器自身的惯性导航信息,利用有限的月面基础设施,在较低成本的硬件条件下实现了月面巡视器的准确定位.仿真实验结果显示,该月面定位方法具有良好的准确性和鲁棒性.

    月面定位长期演进(LET)正交频分复用(OFDM)因子图优化多源数据融合

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    月球导航星座轨道的地球GNSS可见性评估

    张云许磊杨树瑚洪中华...
    25-35页
    查看更多>>摘要：随着月球探索进入一个新的时代,为确保未来月球任务的实时高精度定位,大幅提高登月航天器的自主性,且减少对地球基站的依赖,选取合适的轨道构建月球导航星座,并且实现月球导航星座与地球GNSS的通信链路同步尤为重要.为评估月球导航星座轨道中卫星接收GNSS信号的性能,首先对椭圆形月球冻结轨道(ELFO)、近直线晕轨道(NRHO)、顺行圆形轨道(PCO)和低月球轨道(LLO)4种轨道进行仿真.然后基于天线方向图等指标仿真了 GNSS卫星信号,并依据主旁瓣波束宽度和载噪比等仿真结果评估了 4种不同轨道卫星对GNSS的可见性.结果表明,NRHO和ELFO对GNSS星座有较好的可视效果,最高可见时间占比达99.57％,保障了绝大部分时间内能够稳定接收GNSS信号,有助于实现月球导航星座轨道卫星的轨道和时钟校正,并保证轨道的定位性能.

    月球导航全球导航卫星系统可见性载噪比

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    面向月球基地设备交互场景的目标检测与路径规划算法研究

    杨旭吕书畅王强凌鑫阳...
    36-47页
    查看更多>>摘要：随着国际月球科研站计划的快速推进,针对月球基地相关技术的研究受到了广泛关注.面向月球基地场景下不同的设备间进行自主接触式交互这一应用背景展开研究.考虑不同的设备在进行自主接触式交互时,需要准确地完成相互识别,并且规划出畅行无阻且较优的行进路线以保证往返活动顺利进行,基于Webots搭建了月球基地仿真环境进行目标检测和路径规划相关实验.以前后配备高精度RGB相机的交互设备为载体实现基于TPH-YOLOv5月球基地场景下的目标检测.此外,设计并实现了交互设备在月球基地场景下基于双向快速扩展随机树(Bidirec-tional RTT)的路径规划算法,以保证交互设备在月球基地环境下的相关工作顺利进行.仿真结果显示,该目标检测及路径规划算法能够实现预期功能.

    月球基地设备交互TPH-YOLOv5目标检测双向快速扩展随机树路径规划

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    基于ZUPT的新型月面导航处理方法

    杨喆庄忱
    48-57页
    查看更多>>摘要：为了解决探测器在月面工作时惯性导航系统的误差累积问题,克服现有研究对环境敏感或是需要定期停止才能进行误差修复的短板,结合探测器的行驶行为,将探测器使用零速更新(ZUPT)原理修正误差的过程分解成了无ZUPT、完全ZUPT、水平动态ZUPT和垂向动态ZUPT 4种子模型的叠加,并分别推导了它们的系统矩阵和测量矩阵.针对月面导航系统提出了 一种新型多模型零速更新(MMZUPT)算法.该算法应用多模型交互原理,允许多种更新模型同时工作,可以通过计算每个模型的权重在每个定位历元输出最优导航结果并约束误差.在精心挑选的受限环境中对月面导航进行了模拟实验,结果表明,所提MMZUPT方法无需频繁地主动停车以满足传统ZUPT使用边界就可以取得良好的效果,并且通过对包含错误的校准信号加以识别和利用可以获得更好的性能.

    零速更新多模型交互惯性导航月面导航

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    一种基于实测飞行轨迹的惯导误差分析方法研究

    严恭敏陈浩然李静李旦...
    58-65页
    查看更多>>摘要：针对传统蒙特卡罗仿真方法用于惯导误差分析时计算量大且参数调整不便的问题,提出了采用Kalman滤波的状态均方误差预测公式结合惯导误差传播方程进行误差协方差分析的新方法.该方法将惯导总误差分解为各种不同误差因素的线性组合,且各误差因素之间是相互独立的,误差计算和参数调整都非常简单方便.以一组实测飞行轨迹数据为例,利用所提协方差分析方法进行误差分解,并将结果以多种形式直观展示,显示了新方法在误差分配和精度评估中的优越性.

    惯导系统协方差分析法精度评估飞行轨迹

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    惯性推算误差抑制的神经网络自学习模型设计与验证

    吕嘉睿朱锋
    66-75页
    查看更多>>摘要：惯性推算误差抑制是提升复杂场景下组合导航定位性能的关键,现有采用运动约束或系统误差高阶建模的方法从运动学模型及传感器误差模型出发,通过经验确定参数及模型的最优解.深度学习隐式模型能够挖掘数据之间的隐含关系,进行自主化参数寻优,并在提升惯导误差建模精度方面具有一定优势.总结了现有主流网络模型设计的优缺点,通过对比不同的输入输出方案进行优选,最终利用卷积神经网络构建了一套惯性误差抑制的轻量化神经网络自学习模型,并利用实测车载数据验证了该模型的有效性.实验结果表明,在GNSS信号失锁300 s的路段Ⅰ和失锁285 s的路段Ⅱ,网络模型速度约束的算法相较于纯惯性推算和传统NHC算法均有一定提升,融合NHC及网络模型速度约束的算法在水平定位精度上分别改善了 41.7％～47.4％和26.7％～36.6％,一定程度上抑制了惯性推算误差.

    组合导航惯性导航误差抑制神经网络

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    组合动力飞行器吸气段轨迹设计方法研究

    王浩鑫黄一敏崔蒙蒙王姝琪...
    76-84页
    查看更多>>摘要：水平起降组合动力可重复使用运载器是未来航天运输系统的重要发展方向.针对采用空气预冷涡轮火箭发动机的组合动力飞行器在吸气爬升段受多约束条件限制、动力与质量特性变化大的特点,提出了一种基于动压-高度剖面的轨迹设计方法.通过推导基于高度的质点运动学方程,得到轨迹参数解算流程,并结合动压、迎角与法向过载的约束边界以及任务窗口确定动压-高度剖面形状,从而得到满足要求的吸气段标称轨迹.在此基础上,设计了标称轨迹高度跟踪制导律.仿真结果表明,标称轨迹在吸气段多种不确定性偏差的影响下满足多约束要求,具有较强的鲁棒性.

    轨迹设计吸气段组合动力飞行器动压剖面

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    基于改进注意力机制CNN-ATT的区域性ZTD预测模型

    韦廖军莫懦任晓斌任宏权...
    85-100页
    查看更多>>摘要：基于天顶对流层延迟(ZTD)的强时空特征,提出了一种融合卷积神经网络的改进注意力机制(CNN-ATT)的多站点ZTD组合预测模型.该模型首次将多源数据(包括日解算精度、年积日(DOY)和三维坐标)综合运用于ZTD预测任务.通过对南宁市的5个参考站(CORS)和14个国际GNSS服务(IGS)站点共1 501个年积日的观测数据进行研究,选取传统BP模型、GPT2w模型和ATT模型作为基线模型进行实验对比分析.研究结果显示,在预测精度方面,改进的CNN-ATT 模型与BP模型相比其均方误差(MSE)和平均绝对误差(MAE)分别减少了 5.5 mm和4.4 mm,预测精度分别提高了 41.4％和67.8％;与ATT模型相比,CNN-ATT模型的预测MSE和MAE也分别减少了 4.6 mm和2.1 mm,预测精度分别提升了 36.2％和50.0％.在定位精度方面,改进的CNN-ATT模型的精度表现优于SAAS,GPT2w,BP以及ATT模型.并且与传统SAAS对流层模型相比,CNN-ATT模型在N,E,U 3个方向的精度提升高达18.2％,12.6％和31.0％.此外,研究还发现CNN-ATT模型在长预测时间步长中的精度表现更为稳定,更适合多测站预测任务,并且其精密单点定位(PPP)收敛速度更快.

    注意力机制对流层延迟预测模型卷积神经网络

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    基于选星预处理的改进随机抽样一致性RAIM方法

    田斌鹏方乐曾文轩张且且...
    101-108页
    查看更多>>摘要：多星座导航能够增加可视卫星数量,改善卫星几何构型,已成为卫星导航定位领域发展的重要方向之一.多星座导航接收机自主完好性监测(RAIM)技术对提高导航系统的完好性具有重要作用.面向多星座导航的完好性监测需求,分析了传统随机抽样一致性(RANSAC)故障检测方法的不足,提出了一种基于最小样本集选星预处理的改进RANSAC RAIM算法.该算法基于最大四面体积法和GDOP值贡献度的选星方法选取具有较好构型的卫星构成卫星子集,取代了传统RANSAC RAIM方法通过遍历构成卫星子集,可有效避免卫星子集中存在较差卫星几何构型的情况,减少子集数量,提升故障检测的准确率.静态和动态仿真实验表明,改进的RANSAC RAIM算法在检测效率和检测准确率等方面明显优于传统方法.

    随机抽样一致性(RANSAC)接收机自主完好性监测(RAIM)选星预处理最大四面体积法

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