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全球定位系统

优先发表栏目展示本刊经同行评议确定正式录用的文章,这些文章目前处在编校过程,尚未确定卷期及页码,但可以根据DOI进行引用。
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基于GPS时间序列分析的地震前后噪声特性差异性研究
杨登科
当前状态:  doi: 10.12265/j.gnss.2020100905
[摘要](0) [HTML全文](0) [PDF 1079KB](0)
摘要:
针对现有地震预测研究中噪声特性分析研究较少,就较大地震对GPS时间序列噪声特性的影响进行分析. 选取较大地震及相应的临近测站,将GPS时间序列按照时间跨度分为震前4~3 a、前3~2 a、前1~0 a、震后0~1 a、后1~2 a五个时段,分别求取各时段的谱指数,采用不同的噪声模型组合对它们进行噪声特性分析,然后对结果进行对比. 结果表明:地震前后谱指数、速度场、振幅相位等变化较大,GPS时间序列噪声特性对地震响应明显;部分测站地震前后谱指数、速度场、周年振幅等较震前1~0 a具有一致性;地震孕育阶段,闪烁噪声+白噪声(FN+WN)在所有最优噪声模型中所占比例上升,闪烁噪声+随机漫步噪声+白噪声(FN+RWN+WN)中FN在所有噪声分量中所占比例上升,震后均下降,与地震时能量释放,地震后站点运动态势恢复常态相一致.
多源管线信息采集平台及其应用
王涛, 蔡东健, 周旺辉, 王家珂
当前状态:  doi: 10.12265/j.gnss.2020112702
[摘要](0) [HTML全文](0) [PDF 1529KB](0)
摘要:
针对传统管线信息采集方式依赖纸质地图、手记采集信息、采集效率低下和项目管理复杂的问题,研究了多源管线信息采集平台. 平台将移动地理信息系统(GIS)技术、全球卫星导航系统(GNSS)技术和无线网络通信技术相结合,涵盖了基于切片地图Web服务的地理信息快速发布、多源GNSS设备与移动端的数据通讯、云服务的移动系统搭建、平台模块化开发与管理以及内业成图自动化等模块,实现了快、准、全的测绘地理信息采集模式,增强了数据采集时的数据共享与协同性,提高了管线信息采集与调查项目智能化管理水平.
北斗卫星导航系统在近海无人水下航行器路径跟踪方面的应用
吴子岳, 李二杨, 王儒
当前状态:  doi: 10.12265/j.gnss.2020112704
[摘要](0) [HTML全文](0) [PDF 962KB](0)
摘要:
针对无人水下航行器(UUV)沿给定路径航行时会出现各种偏差的问题,设计了一款运用高性能STM32单片机与UM220-Ⅳ N定位模块搭建的导航定位分系统. 将其应用于UUV特定的路径跟踪方面,通过单片机将北斗定位模块采集到的UUV位置坐标、航速航向等数据发送到上位机,上位机将其与给定跟踪路径数据进行对比,计算路径偏差并通过单片机控制UUV的驱动模块改变UUV运动方向,实现对给定路径的精确跟踪. 同时通过无线通讯模块,将UUV路径轨迹及采集的水质信息实时显示在岸基监控系统上位机软机界面. 水下实验表明,UUV路径跟踪精度明显提高,为纠正UUV路径跟踪偏差提供了一种参考方法.
典型低轨卫星星座导航增强性能对比性评估研究
江旭东, 陈潇, 马满帅, 王莹, 梁任腾, 杨子佳
当前状态:  doi: 10.12265/j.gnss.2020111202
[摘要](20) [HTML全文](12) [PDF 1045KB](0)
摘要:
选取国外的Iridium NEXT系统、国内的“鸿雁”星座和“微厘空间”共三个典型低轨星座对北斗卫星导航系统(BDS)从信号落地功率、可见卫星数和精度衰减因子(DOP)等方面进行导航增强分析.结果表明:由于星座结构和卫星数目的不同,低轨星座对导航系统的增强能力存在差异. Iridium NEXT系统和“鸿雁”星座等极轨星座对极地地区有较强的导航增强能力,但随着纬度的降低增强能力下降明显,而以倾斜轨道为主的“微厘空间”在中低纬度的导航增强能力更强.
不同卫星高度角对GPS、GLONASS、BDS和Galileo融合定位的影响
覃继前, 徐宁辉, 梁月吉
当前状态:  doi: 10.12265/j.gnss.2020102003
[摘要](19) [HTML全文](18) [PDF 1874KB](0)
摘要:
研究不同卫星高度角对GPS、GLONASS、BDS和Galileo(G+R+B+E)融合定位的影响,并建立了相应的模型. 采用MGEX(Multi-GNSS Experiment)提供的全球卫星导航系统(GNSS)数据,经理论分析和算例表明:G+R+B+E组合使得参与定位的有效卫星增多,在不同的卫星高度角下均能保证较多的卫星数,保证较好的空间几何分布结构;组合系统达到一定的卫星数后,卫星高度角对定位结果影响不大;当卫星高度角大于30°时,相对于单一的GPS定位G+R+B+E在3D方向的外符合定位精度有所改善.
海洋潮汐负荷对精密单点定位的影响研究
李艳红, 成芳, 沈朋礼, 肖厦
当前状态:  doi: 10.12265/j.gnss.2020090401
[摘要](16) [HTML全文](17) [PDF 793KB](0)
摘要:
在全球范围内选取地处内陆、沿海和岛屿的85个国际GNSS服务(IGS)测站,对其一天的观测数据进行无海洋潮汐改正和加入GOT4.8海洋潮汐改正模型两种解算,分析了海洋潮汐负荷对全球不同地理区域IGS测站精密单点定位(PPP)精度的影响. 结果表明:岛屿测站受海洋潮汐负荷的影响范围最广,改正量最大. 加入海洋潮汐改正后,约91%的岛屿测站在PPP中定位误差得到了改正,沿海测站和内陆测站得到改正的比例分别约为85%和82%;海洋潮汐改正对测站的N方向几乎起不到改正的作用,对E方向的影响较小,对U方向影响最大,其中在岛屿测站的U方向上影响范围是2~8 mm,部分站点接近厘米级.
基于铱星突发信号的导航定位技术研究
崔志颖, 岳富占, 田润, 张爽娜
当前状态:  doi: 10.12265/j.gnss.2020121503
[摘要](16) [HTML全文](11) [PDF 1734KB](0)
摘要:
全球导航卫星系统(GNSS)存在落地信号弱、易受干扰等问题,而低轨卫星系统因其较高的信号落地功率、较低的信号空间损耗以及较好的多普勒特性逐渐成为导航领域的研究热点. 铱星星座是目前唯一已实现全球覆盖的低轨卫星系统,其提供的授时与定位(STL)能力主要服务于美国军方,具体信号体制及接收处理技术均未公开发布. 通过对铱星STL突发信号体制开展深入研究及解析,提出利用STL突发信号实现非合作导航定位,并通过实收信号完成了定位解算算法验证,实收试验结果表明所提算法能够实现精度优于100 m的定位. 研究成果能够为我国低轨导航系统建设提供理论基础,有效推进下一代卫星导航系统持续发展.
INS/GNSS/ODO嵌入式系统的容错技术研究
张芳宁, 江金光, 严培辉, 谢东朋, 陶毅峰
当前状态:  doi: 10.12265/j.gnss.2020110302
[摘要](18) [HTML全文](15) [PDF 1325KB](0)
摘要:
车载低成本嵌入式组合导航系统的可靠性容易受到多种传感器故障和环境的影响,基于全球卫星导航系统(GNSS)状态的惯性导航系统(INS)/GNSS/里程计(ODO)抗差组合导航算法,提出了一种两级故障检测处理方法. 其中,第一级检测使用了基于解析冗余的残差卡方检验法,第二级检测使用了改进的双状态传播卡方检验算法. 利用自主研制的GN310低成本嵌入式系统采集路测数据. 结果表明:相对于传统算法,水平定位精度提升了39.7%;另外在半实物仿真下,水平定位误差保持在3 m以内,表明该容错方法能够有效地处理ODO、INS故障和GNSS软硬故障.
神经网络在SINS/GPS组合定位中的应用
储诚涛, 吴峻
当前状态:  doi: 10.13442/j.gnss.2020120802
[摘要](19) [HTML全文](19) [PDF 3748KB](0)
摘要:
地籍测量中,单一系统无法满足定位要求,组合定位技术应运而生. 其中,捷联惯性导航系统(SINS)和GPS组合定位应用最为广泛.在卫星信号受到干扰失效区域,系统进入纯SINS解算,定位误差会逐渐累积,无法满足定位精度要求. 针对此问题,提出一种长短期记忆(LSTM)神经网络辅助的组合定位算法. 根据LSTM神经网络能够有效运用于长距离时间序列的特性,在GPS有效区域,用卡尔曼滤波(KF)算法对SINS/GPS信号进行数据融合得到精确定位信息,同时利用惯性测量单元(IMU)、GPS和SINS输出信息对神经网络进行训练;在GPS失效区域,利用训练好的神经网络预测GPS位置信息,使得系统能继续用卡尔曼滤波器滤波. 最后结合地籍测量特点,设计了仿真实验,证明了该算法在GPS信号失效时可以有效抑制系统误差发散、提高定位精度,在不同运动状态下依然可以满足定位精度要求、鲁棒性强.
机载预警雷达测角误差对探测航迹影响分析
姚华飞, 幸涛, 鲁卫红
当前状态:  doi: 10.12265/j.gnss.2020102301
[摘要](18) [HTML全文](17) [PDF 2979KB](0)
摘要:
针对载机转弯时段,机载预警雷达系统探测航迹偏差较大的问题,建立载机姿态、预警雷达测角与探测航迹数据的坐标转换关系模型,剖析了航迹偏差影响机理. 首先对预警雷达系统存在测角误差的情况下,平台姿态变化与探测目标投影位置关系的分析,建立坐标转换矩阵,编写仿真程序,然后利用实际飞行数据进行仿真运算,仿真验证结果与预警雷达实际探测情况一致. 分析结果证实了引起航迹偏差的主要原因是仰角系统误差,明晰了误差传递途径,促进了机载预警雷达系统研制改进.
基于动态聚类的卫星导航信号多波束抗干扰方法
郑雅萍, 赵璐璐, 龚文斌, 邵丰伟, 常家超
当前状态:  doi: 10.12265/j.gnss.2021020401
[摘要](18) [HTML全文](19) [PDF 2269KB](0)
摘要:
针对卫星导航抗干扰需求,研究了基于自适应波束形成的多波束抗干扰技术. 为了解决传统固定多波束抗干扰方法在波束数目受限时无法兼顾所有导航卫星信号导致接收性能下降的问题,提出了一种基于K-means聚类算法的动态指向多波束抗干扰方法. 建立天线阵列进行仿真,结果表明,该方法在接收的北斗卫星信号数目多于波束数目时,抗干扰性能优于传统方法.
北斗三号精密单点定位精度分析研究
陈哲正, 欧阳明俊, 朱祥维, 戴志强, 傅其祥
当前状态:  doi: 10.12265/j.gnss.2020112701
[摘要](34) [HTML全文](19) [PDF 1084KB](2)
摘要:
2020年7月31日,北斗三号全球卫星导航系统(BDS-3)正式开通. BDS-3增加播发B1C、B2a新信号,结合原有北斗二号(BDS-2)的B1I、B2I、B3I信号,5个频点形成7种消电离层组合,进行双频精密单点定位(PPP)研究,结果表明所有组合PPP定位精度在厘米级.
基于接收机钟差约束的精密单点定位时间传递研究
赵传宝, 盛传贞, 张宝成
当前状态:  doi: 10.13442/j.gnss.2020120901
[摘要](24) [HTML全文](15) [PDF 896KB](2)
摘要:
精密单点定位(PPP)技术起初主要面向定位与导航等位置应用. 近年来,PPP技术逐渐成为时间传递等非定位应用的一种重要且有效的手段. 如今,具有更高稳定性的氢原子钟也被越来越多的测站用来提供时间频率基准. 而传统的PPP时间传递方法通常在数据处理时将接收机钟差参数视为白噪声(WN)参数进行处理,并未充分利用原子钟的高稳定特性. 因此,基于实测数据计算得到氢原子钟的经验方差,提出了一种接收机钟差参数的约束方法来提高PPP时间传递性能. 通过三条时间链路进行验证分析,结果表明:相较于传统的PPP时间传递方法,提出的基于接收机钟差约束的PPP时间传递方法在整体上具有更高的稳定性,其中短期稳定性可以实现量级的提升.
GPS RTK/UWB紧组合精密动态定位性能分析
王生亮, 刘根友, 高铭, 曹士龙, 肖恭伟, 赵文浩
当前状态:  doi: 10.12265/j.gnss.2020110603
[摘要](24) [HTML全文](24) [PDF 5119KB](3)
摘要:
为克服GPS-RTK定位在复杂环境下由于信号遮挡,可视卫星数量不足等原因无法获取厘米级高精度定位结果的不足,研究将超宽带(UWB)短距离高精度定位系统与实时动态(RTK)进行紧组合来提高复杂环境下动态定位的精度. 依据UWB定位原理,给出了GPS-RTK/UWB紧组合数学模型,详细介绍了数据处理流程. 滑轨动态实验结果表明,观测环境良好时,GPS RTK/UWB紧组合与GPS相比能进一步提升固定率和动态定位精度;在截止高度角为40°的情况下,模糊度固定率从20.93%显著提升到93.96%,N、E方向定位精度提升至厘米级,U方向定位精度提升至分米级,仍能满足一定的工程需要.
基于5G毫米波TDOA的室内定位算法
李芳馨, 涂锐, 韩军强, 张垠, 洪菊
当前状态:  doi: 10.12265/j.gnss.2021012901
[摘要](22) [HTML全文](21) [PDF 989KB](1)
摘要:
随着第五代移动通信技术(5G)时代的到来,以毫米波通信为代表的技术得到了日益广泛的关注. 5G毫米波信号的带宽大、频率高、时延短,并且信道稀疏,所以能够为基于到达时间(TOA)和基于到达时间差(TDOA)的定位提供更加准确的测量值,有利于实现高精度的室内定位. 研究了三种应用于室内的5G毫米波TDOA定位算法,并结合卡尔曼滤波进行了试验验证分析与比较. 结果表明,基于5G毫米波的室内静态定位精度可达0.2886 m,动态定位的精度可达0.6076 m.
倾斜摄影技术的单体塔式建筑物三维重建方法
王晓东, 岳军红, 陈兴芳
当前状态:  doi: 10.12265/j.gnss.2020092502
[摘要](18) [HTML全文](18) [PDF 1051KB](0)
摘要:
针对塔式单体建筑物形状不规则导致三维模型构建失败,提出倾斜摄影技术的塔式单体建筑物三维重建方法. 选用消费型多旋翼无人机搭载单镜头的相机,通过环线拍摄的方式获取多视影像数据,通过ContextCapture软件对获取的多视影像数据进行处理,构建塔式建筑物的实景三维模型,利用外业控制点、纹理细节信息对生成的三维模型精度评定. 试验表明:环线航拍获取多视影像数据构建三维模型,精度较高、模型纹理信息缺失少、完整度高.
北斗二号对北斗三号伪距单点定位精度影响分析
王汉民
当前状态:  doi: 10.12265/j.gnss.2020082504
[摘要](32) [HTML全文](28) [PDF 988KB](0)
摘要:
针对当前BDS-2/BDS-3组合定位性能,基于国际GNSS服务(IGS)跟踪站对BDS-2/BDS-3的组合定位实测数据,分析了北斗二号(BDS-2)不同类型卫星对北斗三号(BDS-3)卫星B1I、B3I与B1I/B3I双频组合伪距单点定位精度的影响. 经研究发现,BDS-2不同类型星座卫星都能有效改善BDS-3卫星可见数与卫星空间几何构型,地球静止轨道(GEO)卫星、倾斜地球同步轨道(IGSO)卫星、中圆地球轨道(MEO)卫星使BDS-3单频和双频伪距单点定位精度的提升在20%以内,而全部BDS-2卫星使BDS-3单频和双频伪距单点定位精度的提升在30%以内,整体提升关系为:BDS-2全部卫星>IGSO卫星>GEO卫星>MEO卫星.
CEEMD与GRNN神经网络电离层TEC预报模型
高清文, 赵国忱
当前状态:  doi: 10.12265/j.gnss.2020091401
[摘要](33) [HTML全文](26) [PDF 1090KB](0)
摘要:
针对电离层电子总含量(TEC)存在非线性、非平稳,由多因素影响导致高噪声的问题,建立了补充集合经验模态分解(CEEMD)和广义回归神经网络(GRNN)模型相结合的CEEMD-GRNN电离层TEC预报模型. 以解决直接使用原始数据进行预测会导致拟合效果差,预测精度低的问题. 采用国际GNSS服务(IGS)中心提供的2019年电离层数据对高、中、低纬度磁暴和非磁暴的不同年积日数据进行实验,均方根误差(RMSE)最优可达到1.21,平均绝对误差(MAE)最优为0.97,验证了CEEMD-GRNN预报模型精度高于EMD-GRNN以及单一的GRNN模型.
显示方式:
理论与探讨
基于GNSS多径信号的反射面参数估计算法
邵乙伦, 赵娟, 刘承禹, 王岩, 陈新
2021, 46(1): 1-6.   doi: 10.12265/j.gnss.2020111601
[摘要](129) [HTML全文](92) [PDF 1013KB](20)
摘要:
全球卫星导航系统(GNSS)多径信号广泛存在于城市峡谷等复杂导航定位场景中. 多径信号在干扰GNSS接收机并造成系统定位精度下降的同时,也为接收机提供了周边反射面环境信息. 在码相位延迟幅度联合跟踪算法(CADLL)实现GNSS多径信号感知和特征参数提取的基础上,设计实现了基于粒子滤波的反射面参数估计算法. 该算法可以在GNSS多径环境中增强接收机的环境感知能力,相关环境信息可应用于场景感知、避障、路径规划和定位增强等领域. 静态环境下进行GNSS多径信号采集和算法测试,实验结果表明该算法能够有效估计反射面位置参数,反射面方位角均方根误差(RMSE)小于10°,反射面俯仰角RMSE小于5°,反射面距离RMSE小于10 m.
超定测距定位方程参数估计的松弛重心迭代法
袁兴明, 孙振
2021, 46(1): 7-12.   doi: 10.12265/j.gnss.2020052504
[摘要](68) [HTML全文](50) [PDF 723KB](6)
摘要:
针对重心迭代法收敛速度缓慢的不足,基于残差最小步长准则,提出了一种松弛重心迭代法. 该方法依据残差最小性质,导出了松弛因子的确定公式,从而自适应调整迭代步长来提高重心迭代法的收敛效率. 松弛重心迭代法实质为最速下降法,具有迭代格式简单、无需矩阵求逆和计算海森矩阵的优点. 最后采用全球卫星导航系统(GNSS)定位数据和水下定位数据进行验证,结果表明松弛重心迭代法能够明显提高重心迭代法的收敛效率.
基于PCA-SMO的CSI指纹定位方法
孟俊剑, 邹进贵, 赵胤植
2021, 46(1): 13-19.   doi: 10.12265/j.gnss.2020111301
[摘要](110) [HTML全文](58) [PDF 1256KB](4)
摘要:
Wi-Fi信道状态信息(CSI)中包含丰富的特征信息,使得基于CSI的指纹定位方法可以构建更高维度的特征以改善定位精度,但指纹特征中的冗余信息也导致构建的指纹库存储量大、建立定位模型的时间开销变大以及实时定位计算量大等问题. 对此,提出使用主成分分析(PCA)的方法对原始指纹特征进行降维,而后利用序列最小最优化算法(SMO)建立降维后特征与对应位置的回归模型并进行位置预测. 实验结果表明,此算法在有效克服上述问题的同时,平均定位误差为1.25 m,定位误差在2 m之内的累计概率可以达到97%.
顾及控制点均匀性的无人机实景三维建模精度分析
成李博, 李佳, 段平, 王云川
2021, 46(1): 20-27.   doi: 10.12265/j.gnss.2020102801
[摘要](57) [HTML全文](45) [PDF 1487KB](7)
摘要:
无人机(UAV)倾斜摄影技术以其低成本、高效率、高精度等优点成为实景三维模型构建的主流. 实景三维模型的精度受很多因素影响,研究主要从控制点分布均匀性的角度出发,探究其对实景三维模型精度的影响,提出一种较为普适的控制点均匀性衡量指标. 研究中设计了两种不同数目的控制点实验,每种实验各包含3种不同均匀性分布方案. 使用UAV获取实验区航空影像,分别采用6种方案参与模型构建. 通过分析模型精度,结果表明:控制点均匀性较低时实景三维模型精度较差,高程精度比平面精度差;增加控制点的均匀性会提升模型的整体精度;控制点均匀性的提升对均匀性较低时模型精度的改善较高;控制点均匀性可作为一种评价指标应用于外业控制点的布设中去.
基于卡尔曼滤波和改进DBSCAN聚类组合的GPS定位算法
葛倩, 侯守明, 赵文涛
2021, 46(1): 28-35.   doi: 10.12265/j.gnss.2020100904
[摘要](96) [HTML全文](45) [PDF 1093KB](6)
摘要:
实时获取智能移动终端的地理位置信息是增强现实(AR)实景智能导航系统实现的关键,为了提高智能终端GPS定位的精度,提出了一种基于卡尔曼滤波与改进的具有噪声的基于密度的聚类方法(DBSCAN)结合的GPS组合定位优化方法. 通过对GPS系统采集到的位置坐标数据进行卡尔曼滤波,去除较大的数据波动,控制定位误差范围,采用DBSCAN聚类算法进行分类去噪和二次聚类,对类中数据求得算术均值和类间数据总数进行加权求重心,确定位置坐标. 实验结果表明,提出的算法能有效提高GPS单点定位精度,减少定位误差,同时很好地满足了AR实景智能导航系统实时性和鲁棒性的要求.
基于紧耦合的视觉惯性定位方法
卢佳伟, 许哲
2021, 46(1): 36-42.   doi: 10.12265/j.gnss.2020082801
[摘要](60) [HTML全文](48) [PDF 1373KB](3)
摘要:
惯性测量单元(IMU)受自身温度、零偏、振动等因素干扰,积分时位姿容易发散,并且机器人快速移动时,单目视觉定位精度较差,为此研究了一种基于紧耦合的视觉惯性即时定位与地图构建(SLAM)方法. 首先研究了视觉里程计(VO)定位问题,为减少特征点的误匹配,采用基于快速特征点提取和描述的算法(ORB)特征点的提取方法. 然后构建IMU的数学模型,使用中值法得到运动模型的离散积分. 最后将单目视觉姿态与IMU轨迹对齐,采用基于滑动窗口的非线性优化得到机器人运动的最优状态估计. 通过构建仿真场景以及与单目ORB-SLAM算法对比两个实验进行验证,结果表明,该方法优于单独使用VO,定位精度控制在0.4 m左右,相比于传统跟踪模型提高30%.
顾及有色噪声影响的甘肃境内CMONOC基准站坐标时间序列分析
刘双童, 徐鉴民, 高志钰, 陈晨, 杨树文
2021, 46(1): 43-49.   doi: 10.12265/j.gnss.2020101002
[摘要](51) [HTML全文](40) [PDF 1487KB](9)
摘要:
针对甘肃省境内19个CMONOC基准站坐标时间序列结果,采用极大似然估计法(MLE)探讨了各基准站的最优噪声模型,确定了基准站的速度场,并分析了甘肃省地壳运动状况. 研究结果表明:甘肃省境内CMONOC基准站各坐标分量噪声特性存在较大的差异,“白噪声+闪烁噪声(WN+FN)”为最优噪声模型,能够更好地描述基准站坐标时间序列3分量上的噪声特性,且估算的速率不确定度是仅考虑WN时的4~15倍. 甘肃省CMONOC基准站在ITRF14框架下水平方向运动的平均速率为34.54 mm/a,运动方向为SEE 98.07°;相对于欧亚板块的水平方向运动的平均速率为6.49 mm/a,运动方向为NEE 79.23‬°.
窄带与脉冲干扰对卫星导航信号载噪比的影响
郭海玉, 鲁祖坤, 陈飞强, 刘小汇, 庄钊文
2021, 46(1): 50-56.   doi: 10.12265/j.gnss.2020100901
[摘要](63) [HTML全文](35) [PDF 962KB](4)
摘要:
现代电磁环境日趋复杂,导航接收机受到各式各样干扰的风险越来越高,窄带干扰和脉冲干扰就是对卫星导航信号常见的压制干扰手段. 不同的干扰信号具有不同的时频域特征,对卫星导航信号造成的影响也有很大差异,这种影响主要体现在信号的载噪比和误码率等方面. 针对目前国内脉冲干扰的性能研究不足的现状,通过对比窄带干扰性能评估方法提出了适应于脉冲干扰的抗干扰品质因数计算公式. 推导了脉冲干扰下在时域计算信号等效载噪比的方法,并对推导结果做了仿真验证,结果表明:不同占空比的脉冲干扰下,等效载噪比计算误差小于0.5 dB,结果较为准确.
BDS-3新频率与Galileo单频组合伪距单点定位精度分析
彭劲松
2021, 46(1): 57-61.   doi: 10.12265/j.gnss.2020102001
[摘要](54) [HTML全文](34) [PDF 747KB](5)
摘要:
为对比分析北斗三号(BDS-3)/Galileo相同频率伪距单点定位精度,基于MGEX(Multi-GNSS Experiment)分布的跟踪站实测数据,分析了BDS-3、Galileo以及BDS-3/Galileo单系统单频、双系统相同频率组合和非相同频率组合伪距单点定位精度. 经研究发现,BDS-3/Galileo相比单系统有效提升了卫星可见数与卫星空间分布几何结构,在单系统定位方面,BDS-3系统B1C和B2a伪距单点定位精度优于Galileo对应相同频率的伪距单点定位精度,在双系统定位方面,BDS-3/Galileo相同频率组合伪距单点定位精度优于非相同频率组合,双系统组合定位对Galileo单系统定位精度提升优于BDS-3,表明BDS-3相同频率的设计有效地提升了与Galileo系统的兼容性.
无转换参数下参考框架间Helmert直转模型及精度分析
姜英明, 纪晓雨, 侯晓伟, 冯彦同
2021, 46(1): 62-67, 88.   doi: 10.12265/j.gnss.2020102002
[摘要](246) [HTML全文](37) [PDF 880KB](6)
摘要:
针对基于布尔莎模型的Helmert转换公式,当两个坐标参考框架没有直接的转换参数,但可通过“中间过渡”框架进行转换时,推导了由“中间过渡”参数计算直接转换参数的公式,以解决多步“过渡”转换时的复杂和低效问题. 以EUREF公布的714个站点坐标和速度为例,将其从ETRF2014框架转换到ETRF2000框架. 结果表明使用该方法计算的直接转换参数与间接转换相比,坐标差异在$ {10}^{-8} $ m量级,速度差异在$ {10}^{-9} $ m/a量级,精度分析结果验证了该计算方法的可行性.
BDS-3数据质量及SPP定位性能分析
谭理庆, 曹阳, 彭琦, 唐帅, 刘俊, 杨鑫
2021, 46(1): 68-76.   doi: 10.12265/j.gnss.2020102802
[摘要](57) [HTML全文](38) [PDF 1675KB](8)
摘要:
北斗三号(BDS-3)已完成建设,在此之际对BDS-3观测数据质量及定位性能进行研究分析是一项很有意义且必要的工作. 本文利用MGEX(Multi-GNSS Experiment)站的观测数据评估分析了BDS-3的观测数据质量及伪距单点定位精度,并同时与北斗二号(BDS-2)、GPS的定位精度进行对比分析. 结果表明:BDS-3在各测站的数据完整率都在95%以上;各频段的信噪比均值均高于45 dB·Hz,但地球静止轨道(GEO)卫星信噪比频繁大幅波动;各类型卫星的伪距多路径平均值都低于35 cm,大部分卫星的伪距观测值噪声普遍小于0.3 m. BDS-2/BDS-3组合定位精度相较于BDS-2、BDS-3均有不同幅度的提升,但在高纬度地区对BDS-3定位精度提升幅度很小. BDS-3在全球各区域均能获得水平优于3 m、高程优于4 m的定位精度,与GPS定位性能大致相当.
基于不同GNSS增强系统的激光巡线数据分析
吴涛, 张星炜, 王红星, 黄郑, 宋煜, 梁森
2021, 46(1): 77-82.   doi: 10.12265/j.gnss.2020111902
[摘要](56) [HTML全文](64) [PDF 927KB](4)
摘要:
无人直升机搭载激光雷达(LiDAR)进行输电线路巡检具有高精度、低成本的优点,为了获取高精度输电线路三维点云高精度地理空间坐标,采用基于基站差分动态后处理(PPK)、江苏省连续运行参考站(JS-CORS)、千寻位置(QX-CORS)等三种不同定位服务方式进行输电线路巡检,分析了三种定位下获取的点位定位精度以及点云质量. 实际结果表明,PPK定位方式平面检核点与高程检核点误差平均值皆在0.1 m以内,其精度最高,数据质量最好,JS-CORS实时定位方式与QX-CORS实时定位方式精度次之. 为无人直升机搭载LiDAR进行输电线路巡检选择定位方式提供了参考.
山东CORS坐标时间序列周期与噪声特征分析
席换, 曲国庆
2021, 46(1): 83-88.   doi: 10.12265/j.gnss.2020120902
[摘要](60) [HTML全文](34) [PDF 726KB](11)
摘要:
针对不同区域的周期和噪声特性存在差异,以27个山东连续运行参考站(CORS)2015—2018年的坐标时间序列为研究对象,进行周期和噪声特征分析. 结果表明:坐标时间序列并没有严格的周期信号,U方向的周期运动较为规律;坐标分量的谱指数显示大部分站点可用白噪声(WN)+闪烁噪声(FN)的噪声模型进行描述;采用最大似然估计法(MLE)确定山东CORS站坐标时间序列N方向的最佳噪声模型为WN+FN,E、U方向的最佳噪声模型为WN+FN+随机漫步噪声(RWN).
技术与应用
基于北斗三号的大气水汽探测性能初步分析
郭秋英, 侯建辉, 刘传友, 徐铭泽, 孙英君
2021, 46(1): 89-97, 111.   doi: 10.12265/j.gnss.2020090802
[摘要](55) [HTML全文](52) [PDF 1305KB](7)
摘要:
对我国刚布署完成的北斗三号卫星导航系统(BDS-3)的大气水汽探测性能作初步分析可更好地发挥BDS-3的气象探测潜能. 采用全球不同位置的台站进行几种手段的对比,探测结果具有代表性和说服力. 研究结果表明:将BDS-3/PWV(大气可降水量)与GPS/PWV对比,平均偏差(BIAS)优于1.0 mm,均方根误差(RMSE)优于2.0 mm,相关系数均在94%以上;BDS-3/PWV与GPS/PWV求差取绝对值后的平均值(MEAN)为1.1 mm,比北斗二号(BDS-2)降低了71%;BDS-3/PWV与GPS/PWVRMSE为1.4 mm,比BDS-2降低了63%. 将BDS-3/PWV与ERA5/PWV对比, BIAS优于2.9 mm,RMSE优于2.8 mm,相关系数均在92%以上,BDS-3/PWV与ERA5/PWVMEAN为2.1 mm,比BDS-2降低了48%;BDS-3/PWV与ERA5/PWVRMSE为1.6 mm,比BDS-2降低了57%. BDS-3探测水汽性能明显优于BDS-2;BDS-3水汽探测结果与GPS、ERA5再分析资料有很好的一致性.
一种结合语义分割模型和图割的街景影像变化检测方法
李文国, 黄亮, 左小清, 王译著
2021, 46(1): 98-104.   doi: 10.12265/j.gnss.2020110401
[摘要](61) [HTML全文](43) [PDF 1362KB](6)
摘要:
由于街景影像具有地物尺度多样化、地物界限不明确、地物光谱信息复杂等问题,造成应用统计方法、机器学习等方法对复杂度高的街景影像变化检测性能欠佳. 因此提出一种结合语义分割模型和图割(GC)的街景影像变化检测方法. 该方法首先采用Camvid数据集训练DeeplabV3+网络得到的迁移学习模型对两个时期的街景影像进行语义分割;然后采用GC方法实现消除天空和植被等对街景影像的影响;接着采用变化向量分析(CVA)获取差异影像,最后对差异影像进行二值化和精度评价. 研究结果表明,提出的方法总体精度优于大津法(OTSU)、K均值法、Segnet网络迁移学习模型方法和DeeplabV3+网络迁移学习模型方法,是一种可行的街景影像变化检测方法.
基于BDS短报文服务的海流机-岸基通信
王永鼎, 陈小锋
2021, 46(1): 105-111.   doi: 10.12265/j.gnss.2020102005
[摘要](54) [HTML全文](62) [PDF 996KB](6)
摘要:
为了解决海流机海上作业的工况监测和海流机与岸基的远距离通信及数据传输困难等问题,选择将北斗卫星导航系统(BDS)应用到海流机在海上的定位和通信中. 分析海流特点和海流机的几种常见工况. 介绍基于北斗卫星导航系统-卫星无线电导航业务(BDS-RNSS)的海流机定位原理和BDS的短报文通信特点. 将“位拼接-LZW”双重数据压缩应用到短报文通信系统中. 设计一种适用于海流机通信的主控制系统并拟定海流机和岸上用户终端之间的通信方案,旨在提高通信效率和增大数据传输量.
基于BDS的可燃冰开采环境监测与评估系统设计
曹宇, 方会凌, 赵永旗, 崔海朋
2021, 46(1): 112-118.   doi: 10.12265/j.gnss.2020110601
[摘要](56) [HTML全文](48) [PDF 1682KB](6)
摘要:
天然气水合物(NGH)开发技术已成为当今世界科技创新的前沿. NGH资源需要安全开发和环境保护并重,为加快海底NGH商业化生产步伐,亟需加强海底开采环境长期监测工作,为此设计了一套基于北斗卫星导航系统(BDS)的NGH开采环境监测与评估系统. 通过展现大气、海水、海床、井下“四位一体”的3D可视化海洋立体空间场景,实现NGH开采环境传感器的实时数据采集及远距离传输,实现海底开采环境实时安全分析、跟踪及预警功能.
卫星导航增强系统建设与发展
郭树人, 刘成, 高为广, 卢鋆
[摘要](660) [PDF 1536 KB](376)
摘要:
自卫星导航系统诞生以来,人们发展了多种增强技术和手段,并建立了大批增强系统,以满足用户更高精度和完好性的需求.由于卫星导航增强技术客观上晚于基本系统出现,且都是按需独立建立,因此不可避免地存在着“碎片”和“补丁”式发展问题,相互之间功能重叠,缺乏统一的规划和标准,未成体系化建设.本文回顾和总结了卫星导航增强技术的产生和发展历程,梳理了相关技术内涵与定义,并重点介绍了中国北斗卫星导航系统(BDS)增强体系的建设和发展情况.在此基础上,结合5G通信、低轨卫星等新兴技术,对卫星导航增强体系未来发展动态进行了展望和分析,并对未来北斗定位、导航与授时(PNT)综合服务中的增强体系建设提出了建议.
北斗卫星导航系统动态定位精度测试与分析
张丰兆, 刘瑞华, 倪育德, 王莹
[摘要](536) [PDF 1895 KB](211)
摘要:
随着北斗卫星导航系统的建设与发展推动全球卫星导航事业在民航的发展。介绍了卫星导航系统的定位误差通过与作为真值数据的组合导航定位数据进行比较仿真分析了实测数据下精度因子与可见星数目的占比分布北斗卫星导航系统在低海拔平原地区和高海拔山脉地区均可以提供实时导航定位服务且定位结果均符合《北斗卫星导航系统公开服务性能规范》标准,满足用户的定位要求。
一种新的NMEA0183协议解析方法实现
刘赋山, 郭承军, 贾振东
[摘要](177) [PDF 476 KB](79)
摘要:
      NMEA0183 协议解析模块是导航系统中至关重要的软件模块,该模块的健壮性和高效性直接关系到整个导航系统的性能。为了能及时并高效解析NMEA数据流,分开处理NMEA数据流解析与数据显示,降低解析模块与显示模块的耦合性,提出一种基于正则表达式和MVC架构的NMEA0183协议解析方法。整个解析模块可分为四个阶段,原始NMEA数据流存储,NMEA数据流高效解析,NMEA数据校验,NMEA数据显示。目前该方法已应用到GPS 导航产品中,实测表明,该解析模块高效可靠,数据流解析显示实时性好。
GPS/BDS/GALILEO多系统融合伪距单点定位性能分析
贾雪, 徐炜
[摘要](258) [PDF 2113 KB](74)
摘要:
针对在不同截止卫星高度角的情况下,GPS、BDS、GPS/BDS、GPS/GALILEO、BDS/GALILEO 、GPS/BDS/GALILEO间伪距单点定位精度的差异,本文对多系统融合伪距单点定位的数学模型和误差项处理方法进行了研究,以香港CORS站HKMW站点全天的数据为实验数据,在截止卫星高度角10°、15°、20°、30°、40°的情况下,进行了GPS、BDS、GPS/BDS、GPS/GALILEO、BDS/GALILEO、GPS/BDS/GALILEO伪距单点定位解算。结果表明,GPS/BDS/GALILEO组合系统在X、Y、Z各方向的定位精度都优于单系统,定位结果更加稳定,尤其在截止高度角达到30°、40°时,单系统的定位精度急剧下降,历元可用率降低,而GPS/BDS/GALILEO组合系统仍能满足定位的要求。
基于RTKLIB的精密单点定位及结果分析
潘军道, 韦照川, 杨柯
[摘要](313) [PDF 559 KB](94)
摘要:
  本文基于RTKLIB现有的框架,对精密单点定位中的主要误差模型进行分析,通过调用其误差改正模型算法,实现了精密单点定位解算;对定位误差分析表明,X、Y、Z三个方向均在80个历元内误差达到0.1 m,而且逐步减小趋于稳定。定位误差在180个历元达到7 cm.
GPS/BDS/GLONASS组合伪距单点定位性能测试与分析
严超, 余学祥, 徐炜, 张广汉
[摘要](152) [PDF 739 KB](67)
摘要:
本文以高山峡谷地区以及城市建筑群区域GNSS卫星受山体及建筑物遮挡的实际问题为出发点,通过选取不同的卫星方位角模拟不同遮挡环境,研究GPS/BDS、GPS/GLONAS和GPS/BDS/GLONASS组合系统伪距单点定位模型对于单GPS、单BDS系统在不同遮挡环境下的定位精度和三维导航可用性等方面的改善情况。结果表明,组合系统相对于单系统,增加了可见卫星数,降低了PDOP值,当观测条件不佳时,可以很好地改善定位精度和提高三维导航可用性。
卫星导航欺骗干扰信号检测技术综述
张鑫
[摘要](338) [PDF 93258 KB](147)
摘要:
卫星导航欺骗干扰信号检测是卫星导航接收机实施欺骗干扰抑制、防止产生错误定位和测速、定时信息的必要步骤.在介绍了导航战背景下卫星导航欺骗干扰技术的基础上,分析比较了当前主要卫星导航欺骗干扰信号检测技术的实现难度、效果和场景适应性,指出了现阶段卫星导航接收机端最具研究价值的欺骗干扰信号检测技术.最后对欺骗干扰检测技术研究的趋势和发展方向进行了总结展望.
基于GAMIT10.61的高精度GPS/BDS数据处理及精度对比分析
刘邢巍, 蒲德祥, 高翔, 张士勇, 夏定辉
[摘要](266) [PDF 648 KB](159)
摘要:
本文利用GAMIT10.61软件对重庆8个CORS站GPS数据和BDS数据进行处理,并从基线重复性、单日解时间序列、联合解平差等三个方面对GPS和BDS解算结果进行对比分析.结果表明,GPS解算结果整体优于BDS,且单BDS解与单GPS解在水平方向差值小于0.7 cm,高程方向差值在1~3 cm;基于GAMIT 10.61的BDS基线解算重复性在南北方向上1.39 mm+0.205 mm×10 -8 ,东西方向上为3.10 mm+0.252×10-8 ,高程方向上为7.81 mm+2.001×10-8,基线长度方向上2.13 mm+0.384×10-8,解算精度能满足高精度数据处理要求.
GPS/GLONASS/BDS多模融合伪距单点定位模型精度分析
王涛
[摘要](194) [PDF 618 KB](44)
摘要:
  GNSS伪距单点定位速度快且不存在整周模糊度问题,其原理简单易于编程实现,所以在进行GNSS数据处理时,经常用到该方法。本文以GPS、GLONASS、BDS多模融合为例,简单介绍多模融合存在的坐标统一、时间基准统一问题,再详细介绍多模融合伪距单点定位原理以及解算模型,基于Visual Studio2010平台,编写GPS、GLONASS、BDS多模融合的伪距单点定位及单点测速程序。结合相关算例,对该程序多系统伪距单点定位的精度以及单点测速精度进行分析。
伽利略卫星导航系统信号质量及定位性能分析
周星宇, 陈华, 安向东
[摘要](269) [PDF 1830 KB](115)
摘要:
伽利略系统(Galileo)是全球四大卫星导航系统之一,目前已初步具备全球定位能力。研究Galileo的信号质量和双/三频定位性能不仅对Galileo系统应用具有重要价值,对多全球卫星导航系统(GNSS)融合定位也有重要促进作用。在使用基准站网(MGEX)地面跟踪站的基础上,分析了伽利略信号的载噪比、多路径、以及双/三频精密单点定位(PPP)的定位精度。结果表明,Galileo与GPS相比,载噪比E5> E5a≈E5b≈L5>E1≈L1>L2,多路径误差E5
卫星导航增强系统建设与发展
郭树人, 刘成, 高为广, 卢鋆
[摘要](660) [PDF 1536KB](376)
摘要:
自卫星导航系统诞生以来,人们发展了多种增强技术和手段,并建立了大批增强系统,以满足用户更高精度和完好性的需求.由于卫星导航增强技术客观上晚于基本系统出现,且都是按需独立建立,因此不可避免地存在着“碎片”和“补丁”式发展问题,相互之间功能重叠,缺乏统一的规划和标准,未成体系化建设.本文回顾和总结了卫星导航增强技术的产生和发展历程,梳理了相关技术内涵与定义,并重点介绍了中国北斗卫星导航系统(BDS)增强体系的建设和发展情况.在此基础上,结合5G通信、低轨卫星等新兴技术,对卫星导航增强体系未来发展动态进行了展望和分析,并对未来北斗定位、导航与授时(PNT)综合服务中的增强体系建设提出了建议.
遮挡环境下GPS/GLONASS/Galileo组合PPP性能分析
田先才, 赵兴旺, 许妙强
[摘要](390) [PDF 62945KB](265)
摘要:
对于城市遮挡环境下单GPS系统精密单点定位(PPP)性能较差的问题,本文采用多系统融合来改善PPP性能,通过不同卫星高度角,将城市四周环境分为正常环境、一般遮挡、较重遮挡等三种环境.分别采用GPS、GPS/GLONASS、GPS/Galileo、GPS/GLONASS/Galileo不同的模式,对香港4个连续运行参考站进行遮挡环境下的静态PPP模拟实验,结果表明:多系统组合能够有效弥补城市四周遮挡环境下卫星的不足,并且GPS/GLONASS、GPS/Galileo、GPS/GLONASS/Galileo组合相对单GPS系统下的PPP性能有着不同程度的改善.
PPP/INS组合系统研究进展与展望
王浩源, 孙付平, 肖凯
[摘要](534) [PDF 778KB](264)
摘要:
  随着GNSS多系统的建设,精密单点定位(PPP)技术向着实时固定解方向发展,PPP/INS组合系统因无需布设基准站,在导航测绘领域有着广泛应用前景。本文系统总结了GNSS多系统、PPP模糊度固定、INS辅助对PPP/INS组合系统的贡献,以及组合系统在滤波方法、平滑算法、随机模型建立等方面的工作,并展望了PPP/INS组合系统的发展趋势。
一种用于BDS-3接收机工程实现的两级B1C信号捕获技术
颜舒琳, 丁超
[摘要](454) [PDF 1077KB](259)
摘要:
北斗三号卫星导航系统(BDS-3)B1C信号相较北斗二号卫星导航系统卫星信号,从信号结构、编码方式再到导航电文结构都发生了改变,包括引入导频信号、二次编码、BOC调制、LDPC编码和B-CNAV1导航电文结构等.这些改变一方面提高了信号性能(如抗多路径、信号捕获和跟踪精度等);另一方面,也带来了一系列问题,对接收机的信号捕获技术提出了全新的要求,如需处理更大的数据流,解决由二次编码带来的符号翻转和BOC调制造成的捕获多峰性问题.针对BDS-3接收机的工程实现,本文提出了一种新颖有效的两级B1C信号捕获技术.其中第一阶段采用扩展并行平均相关搜获结构,用以解决符号翻转问题,同时实现高效的信号粗捕获;第二阶段在缩小的搜索范围内进行高精度搜索,此步骤可有效避免信号多峰性造成的误锁可能.除此之外,本文还介绍了单信道和多信道组合式捕获技术,用户可根据资源占用和捕获灵敏度需求选取更有效的捕获方法.实验结果表明,本文提出的方法允许使用更小更经济的快速傅里叶变换(FFT)模块,并通过大量并行处理的方法实现快速捕获.相较传统的高精度捕获技术,此方法在采样频率超过50 MHz时,能够在保证相近的捕获精度的同时减少至少61%的运算量.
雾定位及其应用研究
施闯, 辜声峰, 景贵飞, 耿江辉, 楼益栋, 唐卫明
[摘要](507) [PDF 1146KB](242)
摘要:
全球卫星导航系统(GNSS)的发展促进了基于位置服务(LBS)的迅速普及,人们对高可靠、高可信、高精度定位、导航、授时(PNT)服务需求日益迫切.PNT是一个融合多类技术、包括多级系统的体系架构.围绕PNT服务体系优化,国内外学者相继提出了全源导航定位(All source positioning and navigation)、弹性PNT(Resilient PNT)、云定位(Cloud Positioning)等新的架构和技术体系.本文提出以具备通信、计算、存储、定位、感知等能力的异构定位资源为基础设施,通过智能管理与调度分布在不同地理位置的异构定位资源实现用户高可靠、高可信、高精度的PNT信息服务.并由此给出了雾定位(Fog Positioning)与泛源导航定位(Omnipresent Positioning and Navigation)的定义,指出雾定位的定义由分布式计算架构演化而来,强调构成PNT服务体系的架构;而泛源导航定位的概念是从定位技术的发展演化而来,强调利用可获取的泛在导航定位数据源进行协同融合处理,实现泛在定位的能力.在此基础上,通过与云定位比较,指出雾定位是云定位向用户端的延伸,是定位资源的泛在化实现,同时雾是一种动态的、弹性的云,因此雾定位是一种具备“弹性”性能的PNT架构.而泛在定位是PNT信息服务发展重要目标,雾定位给出了实现这一目标的潜在手段,即泛源导航定位.最后,结合城市环境、室内环境等复杂场景,研究了雾定位/泛源导航定位的基本服务模式.