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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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水下导航定位技术综述
夏茂栋, 张涛, 张佳宇, 朱永云, 童金武
当前状态:  doi: 10.12265/j.gnss.2022094
[摘要](0) [HTML全文](0) [PDF 2911KB](0)
摘要:
自主式水下航行器(AUV)作为海洋资源的开发与利用的主要载体,执行任务时需要准确的定位信息. 现有AUV主要采用捷联惯性导航系统(SINS)为主,声学导航和地球物理场匹配导航技术为辅的导航方式. 本文简述水下导航方式基本原理、优缺点和适用场景;探讨各类导航方式包含的关键技术,提高组合导航精度和稳定性. 通过分析现阶段存在问题,展望水下导航的未来发展趋势.
面向北斗三号的湖北省北斗地基增强系统建设
林晓静, 向浩, 梁斌
当前状态:  doi: 10.12265/j.gnss.2022027
[摘要](10) [HTML全文](4) [PDF 2450KB](3)
摘要:
随着北斗三号卫星导航系统(BDS-3)的全面建成,湖北省北斗地基增强系统需要进行整网软硬件升级与改造,以实现对BDS-3卫星的兼容. 本文详细介绍了此次升级的内容:包括72台True CORS R1接收机的板卡硬件升级与固件包升级,增加对BDS-3的支持;TrueNET平台的软件升级;升级之后进行了接收机回归测试及系统精度测试:开展了新增频点的数据质量分析及双差质量分析,以及对RINEX原始文件进行了卫星数、高度角等分析;接收机软件研发完成后进行了整机性能测试,各项指标均满足要求;系统精度测试结果标明:网络实时动态(RTK)定位精度水平优于3 cm,垂直优于5 cm;差分全球导航卫星系统(DGNSS)定位精度水平优于1 m,垂直优于2 m.
GPS/BDS-3系统时差稳定性分析
刘明玥, 涂锐, 洪菊, 苗亚格, 李芳馨
当前状态:  doi: 10.12265/j.gnss.2022055
[摘要](13) [HTML全文](3) [PDF 6671KB](1)
摘要:
不同卫星导航系统之间时差的稳定性分析对时差的建模预报及应用具有重要价值, 所以基于国际GNSS服务(IGS)中心提供的数据和产品从不同测站、不同观测量、不同时间长度三个方面对GPS和北斗三号卫星导航系统(BDS-3)的系统时差进行稳定性分析. 结果表明:不同测站因接收机、天线、时钟三种设备型号不同,提取的时差值存在差异,但稳定性相当;基于载波相位观测量解算的时差结果稳定性优于伪距观测量解算的时差结果,伪距得到的时差结果万秒频率稳定度在10−12~10−13量级,相位得到的时差结果万秒频率稳定度在10−14量级;通过单天与多天数据的时差解算结果比较,得到不同时长的时差稳定性一致.
勒让德多项式拟合IGS精密星历的算法改进
申少飞, 雷伟伟, 李振南
当前状态:  doi: 10.12265/j.gnss.2022049
[摘要](10) [HTML全文](3) [PDF 2305KB](0)
摘要:
国际GNSS服务(IGS)精密星历每隔15 min提供一次卫星坐标,为了提高定位精度,往往需要获取任意时刻的卫星位置. 对IGS精密星历进行插值和拟合是获得连续历元卫星坐标常用的方法. 运用改进的勒让德多项式算法拟合卫星轨道坐标,并与常规算法进行比较,结果表明:常规算法仅在拟合阶数较低时能保持较高的精度. 在拟合时段为6 h时,LU分解 (LU Decomposition) 法与奇异值分解(SVD)法对奇异矩阵求解时均能保持较高的精度,而在拟合时段为12 h时,SVD分解法是对条件数较低的矩阵 B 进行分解求得多项式系数矩阵${\boldsymbol{C}}$,从而避免了病态矩阵产生的误差,因此仍能保持较高的精度. 在高阶拟合时,SVD分解法无论是在精度还是稳定性方面均优于LU分解法和常规算法,优势明显.
循环卷积投影与最大期望算法的遥感影像变化检测
张泽龙, 李佳田, 杨汝春, 杨超, 陆大进
当前状态:  doi: 10.12265/j.gnss.2022010
[摘要](8) [HTML全文](2) [PDF 3018KB](0)
摘要:
不同时态的遥感影像变化检测已成为遥感快速灾害评估中具有挑战性的研究课题. 针对如何确定不同时态遥感影像中像素差异影像合适的变化阈值问题,提出一种基于循环卷积投影与最大期望算法(EM)的遥感影像变化检测方法. 首先,基于循环卷积将两个时态的影像互相投影到各自的成像模态,使得投影后的影像与目标影像具有相同统计量,逐像素相减可得两个影像之间的像素差异影像;其次,基于贝叶斯最小错误率理论和像素差异影像直方图的分布特点,假设像素差异影像服从广义高斯分布;最后,采用EM迭代求取广义高斯分布的各项参数,当变化类像素与未变化类像素的条件概率相等即可得到最佳变化阈值,完成自适应的变化检测过程. 采用不同成像方式、分辨率和不同变化类型下采集的多对遥感影像进行实验. 结果表明:本文方法在实验数据集上的检测精度较对比方法平均提升2.55%,FM综合评价指标较对比方法平均提升0.086,可以更有效地检测出遥感影像的变化区域,具有较强的鲁棒性.
一种基于少通道准校正的空间谱测向方法
马宝田, 郭述利, 刘少林
当前状态:  doi: 10.12265/j.gnss.2022091
[摘要](8) [HTML全文](2) [PDF 3229KB](0)
摘要:
针对通道的初始相位估计难度大导致空间谱测向精度低、误差大的问题,提出了一种以经典多重信号分类(MUSIC)算法为基础的“少通道准校正空间谱测向方案”. 该方案是在每个通道内加入校准源,从而获得任意两个通道的初始相位差,减小了通道间的初始相位差对协方差矩阵计算的影响,实现空间谱测向的目的. 将所提的方案应用于五阵元三通道测向天线并在试验场地进行测试,实验结果表明:该方法能够解决复杂场景下单信号、多信号的信号测向,测向结果与全通道的测向结果一致.
一种基于跳距修正的物联网中节点定位算法
唐一韬, 邓河
当前状态:  doi: 10.12265/j.gnss.2022043
[摘要](9) [HTML全文](3) [PDF 2248KB](2)
摘要:
针对传统的DV-Hop算法存在较大定位误差的问题,提出基于狮群优化算法的节点定位 (NLLSO) 算法. NLLSO算法从估计最小跳数、修正平均跳距误差和定位算法三方面进行改进,进而降低定位误差. NLLSO算法用不同通信半径传递beacon包,进而提高估计最小跳数值的精度. 同时,通过引入权值参数修正平均跳距的估计值. 最后,通过狮群优化算法(LSO)估计未知节点位置. 仿真结果表明:NLLSO算法的定位精度高于传统的DV-Hop算法.
北斗与高分融合的数字孪生地球
刘光明, 胡煜, 沙峰, 谢国钧, 成伟
当前状态:  doi: 10.12265/j.gnss.2022033
[摘要](12) [HTML全文](11) [PDF 2114KB](1)
摘要:
本文阐述了数字孪生地球的起源、概念、构建和发展,重点探讨了北斗、高分、数字孪生与数字地球的融合. 基于通信和计算机等共性信息基础设施,将数字孪生地球的构建分为6个步骤:全链可信时空、全息精准映射、实时泛在感知、多模数据融合、单体时空智慧和全域共智共治. 针对时空大数据从采集到应用都具有分布式特点,提出了利用“北斗+区块链”技术解决业务协作中的信任问题. 指出了高分实现虚实地球间的全息镜像,北斗作为高分产品传递时空基准,实现了虚实地球间的精准映射;另外,北斗和高分也是实现时空态势感知的主要技术. 针对海量时空大数据对数据操作和融合带来的挑战,指出了北斗网格位置码是更有效的数据组织模式. 介绍了利用时空大数据驱动人工智能(AI)和模拟仿真,可为规划、设计和决策提供最优方案. 分析了单体智慧的存在重复建设和资源浪费等问题,指出了数字孪生地球是跨界融合各种异构单体智慧,实现全域共智共治的时空底座.
面向智慧渔船的多功能北斗示位标
张铮, 刘昭辉, 曹守启
当前状态:  doi: 10.12265/j.gnss.2022009
[摘要](13) [HTML全文](6) [PDF 2760KB](1)
摘要:
为克服传统卫星紧急无线电示位标(EPIRB)定位精度差、功能单一的不足,满足渔船信息化、智能化的需求,设计了一种基于北斗定位和短报文通信技术的新型多功能示位标. 首先,进行了示位标的硬件设计;其次,进行了示位标在极端恶劣海况下的偏转角仿真实验和不同姿态下的短报文收发测试,提出了基于示位标姿态的短报文发送机制;最后,进行了实验验证. 结果表明:基于示位标姿态的短报文发送机制能够有效提高短报文投递率,设计的多功能北斗示位标在智慧渔船应用中具有良好的推广前景.
日本区域加权平均温度建模
罗相涛, 黄良珂
当前状态:  doi: 10.12265/j.gnss.2022035
[摘要](10) [HTML全文](2) [PDF 3584KB](0)
摘要:
由于日本区域易受自然灾害频发、水汽特征变化复杂、探空站点分布稀疏的问题,进而制约了高精度水汽的获取,因此缺少此区域的高精度加权平均温度(Tm)模型. 鉴于此,采用2009—2016年全球大地测量观测系统(GGOS) Atmosphere Tm和ERA-Interim 2 m Ts格网数据新建立一种考虑Tm残差季节性变化和周日变化的适合日本区域的Tm模型 (JQTm模型). 同时,利用2017年日本区域13个探空站和110个GGOS Atmosphere Tm格网数据,对新建立的JQTm模型在日本区域的精度进行评估. 研究发现:与GGOS Atmosphere Tm格网数据对比,JQTm模型的偏差(bias)和均方根误差(RMSE)分别为0.15 K和1.92 K,RMSE分别比GPT2w-1模型、GPT2w-5模型提升41.16% (1.33 K)、44.41% (1.53 K);与探空资料对比,JQTm模型的bias和RMSE分别为–0.66 K和2.14 K,RMSE分别比GPT2w-1模型、GPT2w-5模型提升28.43% (0.85 K)、29.61% (0.90 K). JQTm模型能够为日本区域提供高精度的Tm值,为研究此区域大气水汽和极端天气提供重要依据.
GEO卫星条件下的辅助式定位算法性能分析
吴鹏, 冯璐, 黄雅静, 仝海波
当前状态:  doi: 10.12265/j.gnss.2022004
[摘要](16) [HTML全文](7) [PDF 2107KB](4)
摘要:
在卫星导航定位过程中,当辅助式定位算法在信号质量不佳时,利用更多的观测卫星数据进行冗余计算,能够补齐缺失的信号时间并得到定位结果. 由我国自行研制的北斗卫星导航系统(BDS)采用了混合卫星星座,有一类地球同步轨道(GEO)卫星,具有24 h可见、轨道高覆盖面大、信号功率强等优势. 论文分析了在特殊情况下,只能接收到GEO卫星时的辅助式定位算法以及算法的性能差异. 结果表明:在没有高程等先验信息辅助的情况下,直接使用5颗GEO卫星也能获得一定的定位精度保障.
基于GNSS天线阵列的定姿方法研究
刘春科, 徐工, 石志敏, 张英琦, 王辰晨
当前状态:  doi: 10.12265/j.gnss.2022025
[摘要](17) [HTML全文](2) [PDF 4813KB](2)
摘要:
针对车载移动测量系统对运动载体姿态的确定,研究车载全球卫星导航系统(GNSS)天线阵列定姿方法,分析直接法和最小二乘法定姿的姿态解算公式,并进行GNSS天线阵列车载实验. 为得到两种定姿方法的精度,在不同软件定位模式解算的基础上,利用直接法和最小二乘法进行了姿态解算. 实验和分析结果表明:四天线阵列最小二乘法定姿精度优于三天线阵列直接法,可靠性更高;在所有组合中,基于Moving-base定位模式的四天线阵列最小二乘法定姿精度最高,其航向角、俯仰角和横滚角精度分别可达0.066 0°、0.168 4°和0.267 8°.
北斗三号系统开通前后广播星历精度对比分析
景鑫, 车通宇, 周舒涵, 李建文
当前状态:  doi: 10.12265/j.gnss.2022051
[摘要](13) [HTML全文](3) [PDF 2849KB](0)
摘要:
北斗三号卫星导航系统(BDS-3)开通已一年有余,通过研究2019-08—2021-08共2 a的北斗卫星导航系统(BDS)广播星历数据,采用事后精密星历对北斗二号卫星导航系统(BDS-2)和BDS-3卫星的轨道、钟差和空间信号测距误差(SISRE)进行分析. 结果表明:BDS-3系统开通后,卫星轨道精度比BDS-2提升明显,径向(R)误差均方根(RMS)值从0.87 m左右提升至优于0.23 m,精度提升约74%,3D误差RMS值从1.5 m以内提升到优于0.7 m,精度提升约53%;氢原子钟和铷原子钟精度相当,BDS-3钟差误差RMS值精度提升与BDS-2提升基本相同,精度提升约1 ns;SISRE精度比对中,BDS-2 SISRE的RMS值从0.9 m提升到0.7 m,BDS-2从0.8 m提升到0.5 m. 综合比较,BDS-2系统性能提升较大.
几种典型机器学习算法在短临降雨预报分析研究
池钦, 赵兴旺, 陈健
当前状态:  doi: 10.12265/j.gnss.2022039
[摘要](33) [HTML全文](10) [PDF 3022KB](1)
摘要:
针对降雨过程中大气可降水量(PWV)和气象参数(温度(T)、湿度(U)、露点温度(Td)、气压(P))特征变化情况,提出基于机器学习算法的短临降雨预报模型. 以北京(BJFS)站和武汉(WUH2)站2020年的3 h天顶对流层延迟(ZTD)和气象数据为例,构建随机森林(RF)、支持向量机(SVM)、K近邻(KNN)、朴素贝叶斯分类器(NBC) 4种算法的预报模型,并引入各自时刻的降雨情况作为新的特征向量,分别采用70%和80%训练集的分割方式,降雨情况作为模型输出,并利用准确性、精确率和假负率评价模型的适用性. 在取得准确性约0.92,精确率约80%,假负率约20%的结果下,进一步以时间序列年积日为第150—200天的数据为样本,对200~250天的降雨情况进行预报. 实验结果表明:基于机器学习的短临降雨预报模型可以预报未来3 h 80%以上的降雨情况,且假负率在20%以下,其中SVM模型的综合性能更优. 与传统的阈值模型相比,准确率相当,假负率降低约50%.
北斗二号/三号融合载波相位时间传递精度分析
于合理, 李明磊, 马国元, 叶子玉
当前状态:  doi: 10.12265/j.gnss.2022007
[摘要](13) [HTML全文](2) [PDF 2739KB](1)
摘要:
本文给出了载波相位时间传递数学模型,并基于多模全球卫星导航系统(GNSS)试验跟踪网MGEX (Multi-GNSS Experiment)的实测数据,对北斗二号/北斗三号卫星导航系统(BDS-2/BDS-3)融合载波相位时间传递性能进行分析. 结果表明:BDS-3的加入能够增加测站的可视卫星数量,改善卫星分布空间构型. 相比仅使用BDS-2,BDS-2/BDS-3融合解算可将MRO1-CUSV和NNOR-CUSV的时间传递精度分别从0.11 ns、0.10 ns提高到0.07 ns、0.08 ns,A类不确定度分别从0.007 ns、0.006 ns提高到0.004 ns、0.005 ns.
高精度位置服务平台分布式架构研究与设计
李艳红, 成芳, 沈朋礼, 刘东亮, 李晓婉
当前状态:  doi: 10.12265/j.gnss.2022008
[摘要](12) [HTML全文](2) [PDF 2321KB](1)
摘要:
针对高精度位置服务平台现有业务特点以及异地多中心的发展布局,设计了一套适用于高精度位置服务平台异地多活运行模式的分布式架构方案,以解决主中心与分中心相对独立无法协同工作造成的资源浪费和业务冗余等问题,对高精度位置服务平台功能模块和平台架构分别进行了详细设计. 平台架构采用分而治之的设计思想对其进行分层设计,结合平台业务功能设计以及业务特点进行了相应的服务拆分与部署,解决了系统实现过程中分布式平台用户的服务获取、实时精密单点定位(RT-PPP)分布式处理和网络实时动态(RTK)分布式处理等关键问题,实现了与高精度位置服务平台相适应的高性能、高可用的分布式架构方案的设计,为平台的后续建设提供了有效的理论基础.
BDS在陆地智能巡检无人车中的应用
吴清云, 陈凌轩, 刘昕, 曹宇, 谢朋洋
当前状态:  doi: 10.12265/j.gnss.2022023
[摘要](15) [HTML全文](5) [PDF 4572KB](0)
摘要:
当前智能化产品转型升级,无人车已广泛应用于生产生活实践中并发挥巨大作用. 北斗卫星导航系统(BDS)作为国产化的先进定位导航系统,在国产化智能产品的转型升级过程中将发挥越来越重要的作用. 智能化的巡检小车需具备自动导航定位和环境感知功能,而定位导航模块与通信模块扮演着重要角色. 本文设计一种适用于陆地各地形场景的智能巡检无人车,采用BDS进行定位,基于多传感器信息融合感知外部环境,能够实现自动巡航和避障相关功能,应用了BDS模块独特的短报文系统构建上位机平台进行信息交互传输,达到了良好的人机交互效果. 通过试验证明了系统的可靠性,能够进行无人车的自动巡航且巡检路径基本与预期路径保持一致. 以BDS模块为核心的无人巡检小车搭载各种功能模块后,可打造出系列相关产品用于社会生产实践中,为后续的相关技术的拓展提供新思路.
东北陆态网坐标时序有色噪声及环境负载分析
黄裕, 隋哲民, 金泽林
当前状态:  doi: 10.12265/j.gnss.2021112202
[摘要](12) [HTML全文](0) [PDF 3951KB](0)
摘要:
利用Hector软件解算我国东北地区16个陆态网络连续站近10 a的时间序列观测数据,获取连续站坐标残差时间序列数据,进而确定最优噪声模型,最终得出基于有色噪声(CN)以及环境负载改正后的速度场. 结果表明:东北地区陆态网络坐标时间序列数据中主要存在白噪声(WN)、闪烁噪声(FN)与幂律噪声(PL);北(N)和天顶(U)方向的最优噪声模型为WN+FN;E方向的最优噪声模型均为WN+PL. 在顾及CN及环境负载的影响下,东北地区陆态网络基于ITRF14框架下在N方向上运动的平均速率为−13.003 mm/a,东(E)方向上运动的平均速率为27.020 mm/a,U方向上运动的平均速率为0.528 mm/a,整体呈隆升趋势.
基于广义延拓逼近法的QZSS卫星钟差内插精度分析
寇瑞雄, 杨树文
当前状态:  doi: 10.13442/j.gnss.2022029
[摘要](11) [HTML全文](5) [PDF 2214KB](0)
摘要:
卫星钟差数据插值是高精度定位数据处理中的重要环节,其插值结果直接影响定位精度,但常用的插值或拟合方法具有不同缺点. 本文尝试将广义延拓逼近法应用于准天顶卫星系统(QZSS)卫星钟差数据的处理中,介绍了Lagrange插值法、切比雪夫拟合法和广义延拓逼近法的原理,以及滑动式与非滑动式的区别;然后使用QZSS钟差数据探讨三种方法的参数(组)取值与插值结果精度的关系;最后比较三种方法在各自最优参数(组)取值情况下对QZSS卫星钟差的插值精度. 结果表明:选取合理的参数组合,广义延拓逼近法完全适用于QZSS卫星钟差的插值,且插值精度明显高于其他两种方法.
BDS-3精密单点定位时间传递综合性能分析
翟宏亮, 王胜利
当前状态:  doi: 10.12265/j.gnss.2021101306
[摘要](17) [HTML全文](1) [PDF 15892KB](3)
摘要:
我国北斗三号卫星导航系统(BDS-3)的建设已基本完成,因而,充分利用当前BDS-3进行精密单点定位(PPP)的时间传递亟需深入研究. 本文从两方面来充分研究BDS-3 PPP时间传递:1)北斗二号卫星导航系统(BDS-2)、BDS-3和BDS-2+BDS-3 PPP时间传递;2)钟模型约束的BDS-3 PPP时间传递. 试验结果表明:相比BDS-2 PPP,BDS-3和BDS-2+BDS-3 PPP结果平滑残差的均方根(RMS)值可减少约为34.5%和38.23%,960 s的稳定度分别提高35.81%和37.75%;相比传统的白噪声(WN)模型,基于钟模型的BDS-3和BDS-2+BDS-3 PPP时间传递所得平滑残差RMS值分别减少65.17%和74.42%;频率稳定度最大可提高80%.
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2022 年 3 期目录
2022, 47(3): 1-2.  
[摘要](31) [HTML全文](19) [PDF 1543KB](13)
摘要:
理论与探讨
基于独立分量法的新疆GNSS时间序列共模误差分析
雷传金, 魏冠军, 高茂宁, 张沛
2022, 47(3): 1-8.   doi: 10.12265/j.gnss.2021111201
[摘要](49) [HTML全文](6) [PDF 7442KB](19)
摘要:
共模误差(CME)是区域连续全球卫星导航系统(GNSS)网中的主要误差来源之一. 针对GNSS时间序列具有非高斯分布特征,基于二阶统计量的主成分分析(PCA)难以准确提取出CME分量问题,采用具有高阶统计量的独立分量分析(ICA)对CME进行提取. 以2011—2018年新疆区域GNSS坐标时间序列为例,将PCA滤波效果进行对比验证,分析了CME对GNSS坐标时间序列的影响,并对CME序列进行周期分析. 结果表明:前6个独立分量包含CME分量,这可能与卫星轨道、地表质量负荷和时钟误差有关,ICA滤波后东(N)、北(E)、天顶(U)三个方向的均方根(RMS)值分别降低31.83%、32.29%、35.49%,速度不确定度分别降低44.14%、38.49%、43.32%,各测站的周期项振幅较滤波前更一致,有效地剔除了CME,提高了坐标时间序列的精度.
基于正交子空间投影的伪卫星远近效应消除方法
施上, 王庆, 张波, 阳媛, 许九靖
2022, 47(3): 9-15.   doi: 10.12265/j.gnss.2021111701
[摘要](48) [HTML全文](5) [PDF 3850KB](8)
摘要:
针对地基伪卫星系统中接收机受到远近效应影响无法正确捕获远场伪卫星信号这一问题,引入了基于正交子空间投影算法的捕获优化方法. 该方法应用于码分多址伪卫星信号,通过常规滑动相关法得到的强信号码相位和多普勒频移计算正交投影算子,将接收信号与其在强信号空间的投影相减得到弱信号空间并重新进行捕获,以消除强信号对弱信号的干扰. 实验结果表明:强弱信号在小于30 dB的功率比范围内,应用正交子空间投影法可以有效改善弱信号捕获性能. 这对拓宽地基伪卫星系统的有效工作范围、提升伪卫星接收机信号功率比容忍限度具有重大意义.
Helmert方差分量估计在GPS/GLONASS/BDS/Galileo组合精密单点定位权比确定中的应用
李琴, 姚顽强, 涂锐
2022, 47(3): 16-24.   doi: 10.12265/j.gnss.2022047
[摘要](39) [HTML全文](7) [PDF 3403KB](9)
摘要:
多星座组合定位可以提升导航定位性能,但不同星座观测量组合时需要考虑合适的随机模型. 传统方法是根据经验直接设定各系统的等价权重,但会导致随机模型确定不精确,从而影响组合系统的性能提升. 将Helmert方差分量估计方法应用于GPS/GLONASS/BDS/Galileo组合精密单点定位(PPP)中,以自适应确定各系统间权比. 采用国际GNSS服务(IGS) MGEX (Multi-GNSS Experiment)观测网的10个测站一周的观测数据进行静态和仿动态试验. 结果表明:采用Helmert方差分量估计定权方法可显著提高GPS/GLONASS/BDS/Galileo组合 PPP的收敛速度,与等权定权方案比较,静态模式下平均提高52%,仿动态模式下平均提高64%. 因定位精度主要由载波相位观测值精度和误差修正水平决定,在静态和仿动态测试中Helmert方差分量估计方法对定位精度没有明显改善.
面向北斗单历元分米级定位的ARAIM保护水平计算方法
魏依然, 郭将, 方书山
2022, 47(3): 25-33.   doi: 10.12265/j.gnss.2022021
[摘要](47) [HTML全文](15) [PDF 4507KB](12)
摘要:
精密定位的质量控制和完好性评估是实时全球卫星导航系统(GNSS)导航应用不可或缺的环节,尤其是在GNSS易受损害的城市峡谷等场景下,这种需求更加迫切. 广域精密单点定位(PPP)瞬时分米级定位,利用GNSS三频信号形成的两个宽巷观测值可以实现单点单历元分米级定位. 然而,在城市复杂环境中,反射信号、严重多路径以及其他信号干扰对定位造成的影响无法准确评估与识别,限制了PPP瞬时分米级单点定位的应用. 完好性概念中的高级接收机自主完好性监测(ARAIM)可以计算用户定位误差最小置信区间的上限保护水平(PL)以评估定位有效性,可经过一定改进用于PPP瞬时定位的质量控制. 针对当前ARAIM中计算PL的误差模型难以适应高精度定位需求的问题,提出了一种改进的ARAIM PL算法,称其为B-ARAIM (Back Advanced Receiver Autonomous Integrity Monitoring). 使用PPP三频组合观测值残差对ARAIM权与误差模型进行修正以计算PL. 基于不同复杂程度的环境下采集的车载数据对算法进行了验证,对PL的改进情况以及导航的可用性提升情况进行评估. 结果表明:在不同环境下,基于改进的B-ARAIM算法得到的PL,相比传统方法得到的PL更符合城市定位的需要,将PL降低了30%~70%. 此方法有助于将ARAIM算法应用在高精度GNSS定位领域.
低轨卫星导航增强系统半物理仿真平台设计与验证
刘天立, 杨轩, 刘晓旭
2022, 47(3): 34-39.   doi: 10.12265/j.gnss.2021112601
[摘要](30) [HTML全文](3) [PDF 2417KB](11)
摘要:
低轨道地球卫星(LEO)具有相对地面几何构型变化快、播发信号链路损耗小等优点. 随着低轨卫星载荷研制与发射成本的逐渐降低,低轨卫星导航增强技术成为当前卫星导航领域的研究热点. 目前国内外的低轨导航增强技术研究均处于起步阶段,没有成熟的低轨卫星导航星座,缺乏有效的低轨导航增强系统的服务性能验证手段. 文中开展对低轨导航卫星轨道外推方法、低轨卫星信号捕获跟踪技术的研究,设计构建低轨导航增强系统半物理仿真平台. 在仿真平台的基础上对北斗/低轨增强系统组合应用的高精度快速精密定位方法进行验证,实现了精密单点定位(PPP)的快速收敛且具有较高的内符合精度,对于低轨卫星导航增强系统的建设与应用具有一定的科学与工程价值.
BDS辅助无人机免像控三角测量数据处理方法研究
凡艳伟, 马成
2022, 47(3): 40-45.   doi: 10.12265/j.gnss.2021122101
[摘要](22) [HTML全文](2) [PDF 2700KB](6)
摘要:
针对无人机空中三角测量处理需要外业控制点数量多、工作量大的问题,提出了北斗卫星导航系统(BDS)辅助无人机大比例尺免像控精度验证方法. 该方法利用搭载双频全球卫星导航系统(GNSS)接收机的无人机摄影测量平台接收BDS数据,探讨了高精度的BDS摄站坐标解算、BDS数据与无人机影像数据联合平差关键技术,最后,以工程实例验证该方法的有效性. 实验结果表明:此方法在无像控点情况下满足1∶500的大比例测图精度要求.
城市CORS系统加密转换参数的研究与应用
张伟, 王林
2022, 47(3): 46-50.   doi: 10.12265/j.gnss.2021123101
[摘要](36) [HTML全文](8) [PDF 2130KB](8)
摘要:
针对城市卫星导航定位连续运行参考站(CORS)系统中坐标转换参数和似大地水准面模型成果严格保密的规定,基于布尔莎七参数和双线性内插法,提出了一种通用的城市CORS系统实时加密转换方法,实现了城市地方坐标系平面和正常高成果的实时获取. 该方法在合肥市CORS (HFCORS)应用中得到了验证,可为城市CORS测绘基准的应用服务提供参考.
一种顾及几何精度因子的GNSS控制网构型选站方法
顾嘉琛, 田坤俊, 宋传峰
2022, 47(3): 51-55, 72.   doi: 10.12265/j.gnss.2021051401
[摘要](31) [HTML全文](13) [PDF 11883KB](8)
摘要:
在相对定位基线解算过程中,控制网约束点坐标位置的选取对数据解算精度有一定的影响. 讨论了顾及最小几何精度因子(GDOP)值控制网构型选站方法,对全球MGEX(Multi-GNSS Experiment)测站进行6个约束点基准站的选择,利用北斗二号/北斗三号(BDS-2/BDS-3)的实测数据,对全球18个连续监测评估系统(iGMAS)观测站的站坐标进行解算,并与全球格网化随机选站法选站结果的解算精度进行对比. 实验结果表明:相较于格网化随机选站法,采用顾及GDOP值选站法进行相对定位基线解算时,6 000 km以上的基线长度标准差值能够提高约7 mm;长基线在东(E)、北(N)、天顶(U)三方向的标准差值精度提升约5 mm;待定点的点位精度能够提升约40%. 可以看出采用GDOP法选站可以提高BDS-2/BDS-3相对定位解算精度.
基于多台站高频GPS的地震预警优化算法研究
张文浩, 尹玲, 胡文博
2022, 47(3): 56-64.   doi: 10.12265/j.gnss.2021120205
[摘要](18) [HTML全文](3) [PDF 4190KB](5)
摘要:
随着精密定位技术的发展,高频GPS已能够精确记录地表位移数据,研究高频GPS能为地震预警工作做出一定补充. 针对目前地震预警中单站预警误报率高的问题引入深度学习技术,利用长短期记忆网络(LSTM)联合周边区域台站对单台站进行预警以达到减少误报的目的. 首先通过对新西兰南部地区1 Hz高频GPS数据进行解算得到多个台站无震时间序列,再利用该数据训练网络得到融合区域特征的高精度模型. 该模型可以对无震时间序列进行预测并动态制定阈值区间,当实际观测值超出置信区间则判定异常. 通过与传统短时窗平均/长时窗平均算法(STA/LTA)及未融合区域特征的单站模型进行对比,结果表明:融合区域特征的单站模型可有效减少误报,在多个台站的无震长序列上较传统方法表现优异,具有一定的应用价值.
星地双向时差测量系统周跳探测与修复算法
韩子彬, 白燕, 张峰, 郭燕铭, 卢晓春
2022, 47(3): 65-72.   doi: 10.12265/j.gnss.2021120202
[摘要](20) [HTML全文](9) [PDF 2914KB](7)
摘要:
随着空间时间频率基准的精度越来越高,需要与之匹配的空间时频传递技术. 基于载波相位的星地双向时差测量方法可以实现更高的时间频率传递精度,但对于复杂的星地环境,由于航天器飞行动态高,时频传递链路的传输频率高,载波多普勒效应大,更容易出现粗差和周跳. 基于此,研究一种适合高动态环境下的星地双向时差测量系统载波相位周跳探测与修复方法,提出一种适用于三频组合模式的双向周跳探测与修复方法. 该方法联合双频码相 (MW)组合法可以实现不同类型周跳的探测与修复,对于上下行三条微波链路均可探测出周跳的存在并实现毫米级周跳修复精度. 进一步对基于载波相位测量的星地双向时差测量系统的星地时间同步性能进行分析,在经过周跳探测与修复,以及链路时延数据处理,其星地时间同步精度优于0.3×10–12 s.
基于部分输出FFT的CSK信号高效解调算法
李晔, 周国栋, 肖林伟, 陈华明
2022, 47(3): 73-78.   doi: 10.12265/j.gnss.2022019
[摘要](25) [HTML全文](8) [PDF 2421KB](6)
摘要:
为了实现精密星历数据的高速率播发,码移键控(CSK)调制技术将是下一代卫星导航系统的重要选项. CSK调制信号在解调时需要遍历计算各种码相位偏移的相关值,因此通常使用基于快速傅里叶变换(FFT)的频域解调算法. 根据CSK频域解调仅需FFT部分输出结果的特点,提出了基于部分输出FFT的CSK信号频域解调算法. 该算法对传统FFT的蝶形解算结构进行优化,通过定义计算节点以消除与输出结果无关的计算,从而降低解调的计算复杂度. 以码率为1.023 Mcps的CSK(4,1023)调制信号为例,所提算法可节省约45.6%的计算量,这对下一代卫星导航接收机的设计具有重要的意义.
基于高精度三轴转台的GNSS/INS组合导航姿态性能自动化测试评估方法研究
王剑平, 潘树国, 高旺, 喻国荣, 贺留杰, 王浩
2022, 47(3): 79-84.   doi: 10.12265/j.gnss.2021120901
[摘要](31) [HTML全文](4) [PDF 4368KB](6)
摘要:
目前全球卫星导航系统/惯性导航系统(GNSS/INS)组合系统性能测试评估技术存在评价方式单一,数据自动化处理程度不高等问题. 针对系统的姿态性能,研究了GNSS/INS组合导航姿态性能动态测试评估新方法,并研发了相应的自动化控制测试评估软件. 该方法基于高精度三轴动态基准仿真转台进行,首先通过多转位、多姿态运动场景的任务进行测试,采集转台三轴运动姿态数据与组合导航系统输出数据,然后利用Thompson奇异值剔除法对实测数据进行处理,最后结合转台实测数据进行不确定度分析从而完成测试评估工作. 针对微机电系统(MEMS)组合导航产品开展了两组测试,实测结果表明:该方法可以较好地抑制组合导航系统中出现的奇异值点,同时转台的不确定度值均在0.2″以内,验证了该测试评估方法的高可行性与可靠性.
导航综合基带的设计与实现
张金涛, 韩双林, 杨丽云, 胡正群
2022, 47(3): 85-90.   doi: 10.12265/j.gnss.2021092603
[摘要](43) [HTML全文](4) [PDF 3344KB](65)
摘要:
中国区域导航定位系统(CAPS)是我国一种具有自主知识产权的新型卫星导航系统. 基于卫星转发地面产生的导航信号的工作模式,实现卫星导航功能. 导航综合基带是CAPS主控站的重要终端设备. 利用无线电软件设计思想,设计了导航综合基带总体架构. 采用标准面向仪器系统的PCI扩展(PXI)机箱结构,基于总线设计,可扩展性强. 基带的关键技术包括发射信号的频率补偿技术,高精度接收技术,设备高稳定时延保持技术. 实际测试结果表明:该导航综合基带性能良好,伪码测量精度优于0.20 ns,通道时延稳定度优于0.25 ns,频率补偿精度优于0.8 Hz,满足CAPS的需求.
技术报告与应用
基于遥感任务的凹多边形区域无人机航迹规划算法
刘旭林, 李荣昊, 蔡翔远, 陈晓桐, 魏江南, 李芹, 赵红颖
2022, 47(3): 91-98.   doi: 10.12265/j.gnss.2022050
[摘要](34) [HTML全文](17) [PDF 2746KB](7)
摘要:
针对遥感观测的需求与特点,提出一种基于遥感任务的凹多边形区域无人机 (UAV) 航迹规划算法,旨在保证UAV不相撞与区域全覆盖的前提下,总耗时更短. 根据遥感影像获取的特点,采用统一主飞行方向,定点拍摄进行UAV航迹规划. 通过航线分割点求取、多边形划分、UAV分配、碎片多边形合并与UAV再分配以及航点信息求取五个步骤,得到在选定主飞行方向的情况下UAV航迹的优化. 通过选取凹多边形及其凸包的边所在的方向分别为主方向,得到全局最优解. 实验结果表明:该算法能合理分配UAV并进行航迹规划,比传统方法更为高效、适用性更强.
三种GNSS数据下载方法对比分析
吴汤婷, 梁乔, 陈本富, 卢立果
2022, 47(3): 99-103.   doi: 10.12265/j.gnss.2021120602
[摘要](48) [HTML全文](22) [PDF 3954KB](23)
摘要:
为综合评估单线程、多线程和多协程在全球卫星导航系统(GNSS)数据下载中的性能,以武汉大学国际GNSS服务(IGS)数据中心为下载源,从下载文件的时间跨度和量级大小两个方面对三种方法的下载效果进行对比分析. 结果表明:在中小型文件下载过程中多线程的优势大于单线程和多协程;在大型文件下载中,多协程的下载效果略优于多线程,且都相较单线程性能更佳;由于GNSS数据普遍是中小型文件,所以多线程更适用于GNSS数据下载工作.
CORS实时正常高服务方法研究
曾翔强, 陈春花, 周烽松
2022, 47(3): 104-108, 113.   doi: 10.12265/j.gnss.2021121401
[摘要](431) [HTML全文](3) [PDF 3008KB](8)
摘要:
针对现有连续运行参考站(CORS)系统无法在保证数据安全的前提下为用户实时提供正常高服务的问题,提出了一种基于格网的CORS正常高服务方法. 通过对传统虚拟参考站(VRS)技术的数据生成及播发模式进行了改造,采用格网划分的方式,生成格网虚拟观测数据,并对格网虚拟观测数据增加高程异常改正,从而实现实时正常高测量. 该方法在不降低用户精度的前提下,为用户提供实时正常高测量成果,能够提升CORS系统的服务能力,可以为其他省市CORS系统的建设提供参考.
惯导RTK技术的定位原理和工程应用实践
张想平, 杨明光
2022, 47(3): 109-113.   doi: 10.12265/j.gnss.2021121601
[摘要](35) [HTML全文](13) [PDF 2002KB](9)
摘要:
传统的实时动态定位(RTK)技术测量时必须使全球卫星导航系统(GNSS)接收机天线相位中心与测量点保持相对垂直才能够保证测量成果精度,测量时一般要架设三脚架;当使用对中杆测量时,测量者必须保证对中杆水准气泡相对居中才能保证测量成果的精度,测量过程较为费时费力. 惯性导航系统(INS)的出现,改变了人们对传统RTK测绘技术的应用习惯,测量过程中一般不需要架设三脚架,测量对中杆在一定范围内保持任意的倾斜状态,测量过程相对轻松自如,大大减轻了测量工作劳动强度,提高了测绘工作效率. 论文主要分析了INS的定位原理和其技术优势,并强调了只有熟练掌握惯导RTK技术在实际应用中的注意事项,才能使其发挥最大的效益与效率.
5G高低频信号定位精度分析
全一明, 陈世安, 刘广印, 唐旭
2022, 47(3): 114-118, 126.   doi: 10.12265/j.gnss.2021120604
[摘要](37) [HTML全文](9) [PDF 2397KB](14)
摘要:
随着第五代移动通信技术(5G)的不断研发和加速商用,目前我国已建成全球最大规模的商用5G网络. 5G供应商也已逐步开始推出了基于5G 新空口(NR)的定位特性,其中高精度的5G定位技术将逐步商用. 相比4G长期演进 (LTE),5G基站密度更高,信号传输带宽更大,定位精度提升显著,有希望解决全球卫星导航系统(GNSS)在室内和城市峡谷等困难环境下的覆盖和精度问题. 介绍了5G和4G定位在测量域上的区别,分析了5G 低频Sub-6G (FR1)和高频毫米波 (FR2)的测距精度,描述了5G定位算法,并基于3GPP协议和典型商用网络配置的仿真参数来评估定位精度. 仿真结果表明:目前5G基站间时间同步误差是影响定位质量的主要因素,当时间同步精度为50 ns时,5G定位精度不到10 m;如果通过完美站间时间同步,或者在用户端附近增加定位节点以双差的方式消除时间同步误差,5G FR1可以达到约1 m的水平定位精度,而5G FR2的水平定位精度最高可以达到0.16 m.
研究通讯
京津冀地区FY-4A水汽校正模型研究
王勇, 姜诺涵, 刘严萍, 刘晓, 占伟
2022, 47(3): 119-126.   doi: 10.12265/j.gnss.2021092604
[摘要](21) [HTML全文](6) [PDF 2467KB](6)
摘要:
融合全球卫星导航系统(GNSS)与风云气象卫星FY-4A可获得高精度高空间分辨率的水汽分布信息. 利用中国大陆构造环境监测网络(CMONOC)提供的GNSS观测资料开展京津冀地区FY-4A水汽校正研究. 首先对京津冀地区进行区域划分,按区域分季节开展GNSS水汽与FY-4A水汽的相关性分析;其次分区域、分季节选择不同的函数模型结合GNSS水汽资料构建FY-4A水汽校正模型;然后采取区域模型、单站点模型与实测GNSS水汽开展模型的可靠性检验;最后通过分区域FY-4A水汽校正和图像叠加,获得校正后的京津冀地区FY-4A水汽分布. 研究表明:FY-4A水汽与GNSS水汽的相关性较好,区域FY-4A水汽校正模型精度与单站点模型精度相当,可取代单站点模型用于FY-4A的水汽校正. 基于CMONOC的分区域函数模型在一定程度上提高FY-4A水汽精度,为短期天气预报和合成孔径雷达(InSAR)大气校正提供参考.
[摘要](1264) [PDF 1536 KB](1116)
摘要:
[摘要](533) [PDF 750 KB](132)
摘要:
[摘要](1149) [PDF 1895 KB](252)
摘要:
[摘要](918) [PDF 93258 KB](213)
摘要:
[摘要](521) [PDF 476 KB](109)
摘要:
[摘要](681) [PDF 648 KB](182)
摘要:
[摘要](805) [PDF 2113 KB](122)
摘要:
[摘要](687) [PDF 618 KB](79)
摘要:
[摘要](368) [PDF 668 KB](68)
摘要:
[摘要](352) [PDF 678 KB](117)
摘要:
[摘要](1264) [PDF 1536KB](1116)
摘要:
[摘要](1046) [PDF 62945KB](927)
摘要:
[摘要](1074) [PDF 1146KB](897)
摘要:
[摘要](1001) [PDF 778KB](483)
摘要:
[摘要](977) [PDF 1077KB](478)
摘要:
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