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全球定位系统

2017年  第42卷  第1期

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北斗导航定位服务性能时空特性分析
车战武, 常志巧, 范媚君, 王强
2017, 42(1): 1-5. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2017.01.001
摘要:
为了对北斗导航系统开通服务以来的定位服务性能进行全面评估,首先给出了B3单频定位、B1/B3双频定位、B3单频增强定位和B1/B3双频增强定位4种定位观测模型,设计了顾及星历和钟差龄期IODE/IODC的定位策略,利用中国区域内监测网的连续观测数据对4种定位模式的时间特性和空间特性进行了比较分析与评估。得出北京地区连续3年的测试结果和海南及新疆三地的测试结果。
基于模糊逻辑的自适应强跟踪卡尔曼滤波在GPS定位中的应用
胡辉, 颜瑜军, 欧敏辉, 彭雄明
2017, 42(1): 6-11. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2017.01.002
摘要:
当载体速度频繁发生突变时,针对卡尔曼滤波在GPS定位解算中对系统模型依赖性强、鲁棒性差的问题,提出了一种基于模糊逻辑的自适应强跟踪卡尔曼滤波算法。该算法主要利用模糊逻辑自适应控制器监测系统输出的残差均值,并根据模糊规则动态调整弱化因子,从而对强跟踪滤波器中次优渐消因子进行自适应调整,来实现抑制载体突变影响。仿真结果表明,该算法在载体突变的跟踪精度高于扩展卡尔曼滤波和强跟踪卡尔曼滤,其稳定性也有所提高。
BDS监测站坐标维持的探讨
曹解放, 毕再宽, 董海静, 聂国兴, 韩雪峰
2017, 42(1): 12-15. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2017.01.003
摘要:
 北斗二代卫星导航系统(BDS)监测站建设是在北斗一代的基础上进行的,为方便管理,监测天线安装在各监测站楼顶上,稳定性不够,同时北斗二代卫星导航系统目前采用的2000中国大地坐标系,归算误差较大。本文针对这些问题,分析了北斗卫星导航系统监测站由时变效应引起的位置变化量和地表沉降对监测站坐标维持的影响,论述了目前时变效应处理方法存在的误差的量级,讨论了美国GPS所使用的WGS-84坐标框架的维持与更新方法。最后,结合北斗卫星导航系统监测站的建设现状,从监测站的建设、数据处理等方面提出了建立测站坐标时间序列,维持北斗卫星导航系统监测站坐标的可行性方法,并提出了意见与建议。
 GNSS接收机天线相位中心变化相对检测方法
邓科, 郝金明, 陈逸伦, 王鹏旭, 杨东森
2017, 42(1): 16-21. doi: doi:10.13442/j.gnss.1008-9268.2017.01.004
摘要:
 在精密定位中,GNSS接收机天线相位中心变化是必须进行改正的影响因素。目前成熟的微波暗室法和自动机器人法,对于一般用户而言,不具备相关实验条件,而野外相对法相对简单、易操作。为此,本文利用相对检测法,对GNSS接收机天线相位中心变化进行检测。实例表明,此方法可获得精度优于±3 mm的检测结果,因此可利用此方法对其他类型天线PCV值进行检测,也可借鉴此方法对北斗接收机天线相位中心变化进行检测。同时论文分析了影响检测精度,提出了有益改进建议。
“一带一路”沿线及周边地区BDS定位性能动态分析
徐炜, 耿加伟, 王涛, 卢礼, 杜文选
2017, 42(1): 22-27+38. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2017.01.005
摘要:
本文通过STK软件对BDS全球组网时至当前的星座结构进行了动态仿真,确定了“一带一路”沿线及周边地区最小可见卫星数、GDOP值以及定位误差的动态变化过程。结果表明,当前BDS已实现“一带一路”沿线大部分地区的覆盖,中国大陆、东南亚、南亚等地区的定位精度优于13 m,但北欧、东欧、西亚等小部分地区的定位精度仍有待提高;MEO卫星较GEO/IGSO卫星对“一带一路”沿线及周边地区定位精度的提升作用要大;同时发现,随着可见卫星数的增加,GDOP值逐渐减小,但当可见卫星数达到一定值时,随着可见卫星数的增加,GDOP值的减小幅度不明显,说明单纯增加可见卫星数有时并不完全能提高定位精度。
不同解算条件下PANDA软件静态精密单点定位分析
薛映俊, 郭金运, 毛继军, 刘智敏
2017, 42(1): 28-33. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2017.01.006
摘要:
   分析了PANDA软件精密单点定位的数据处理策略,并采用SDCORS网 81个测站2012年第一周的GPS观测数据进行静态精密单点定位处理,通过得到的各测站年积日001~007的单天解进行统计分析,验证了该软件在山东区域进行精密单点定位的精度及可靠性。通过对比分析,研究了不同卫星截止高度角、不同对流层映射函数、不同星历钟差产品以及不同观测数据时长对其精密单点定位精度的影响。结果显示,当卫星截止高度角设置为10°、采用GMF对流层映射函数、利用精密星历和钟差、观测数据时长超过18 h时,PANDA软件静态精密单点定位的精度能够达到2 cm.
不同随机模型在GPS单历元定位中解算性能分析研究
陈西斌
2017, 42(1): 34-38. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2017.01.007
摘要:
 基于GPS单历元解算中随机模型对解算精度的重要性,分析了常见的四种随机模型建模条件。通过实测基线算例从流动站定位结果与定位标准偏差对它们进行分析与比较,明确了不同随机模型的适用条件,为进一步提高GPS单历元定位精度提供了理论基础。
 可配置多模GNSS信号捕获技术研究
程亚文, 郭承军, 张鑫鑫
2017, 42(1): 39-43. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2017.01.008
摘要:
本文分析了四大卫星系统之间的差异性,讨论了卫星信号兼容处理的可能性。使用了可配置的思想设计多模GNSS卫星信号捕获结构,主要分析了GPS L1、BDS B1I、GLONASS L1和GALILEO E1B频点民用码的捕获方法。通过设置初始化参数,可以配置其中关键部分的组成,使其在每一次处理过程中都可以处理特定的卫星信号。最后,使用Verilog HDL语言对其中的部分子单元进行仿真实现,验证了设计的可行性。
IGS电离层产品的时空特性研究 
袁菲, 李英冰, 缪格
2017, 42(1): 44-48. doi: doi:10.13442/j.gnss.1008-9268.2017.01.009
摘要:
 电离层时空变化规律的研究对于卫星导航、航空航天等具有重要价值。本文利用国际GNSS服务(IGS)产品,分析了电离层的时空变化规律。在时间尺度上,对低阶球谐系数(0,0)、(1,0)、(1,1)、(1,-1)进行了功率谱分析,对北京地区的垂直方向总电子含量(VTEC)进行了短时傅里叶变换分析,对北京、阿克拉和墨尔本进行了季节性分析,结果表明,电离层变化具有明显的年周期和半年周期项。在空间方面,分析了零度子午线、赤道上的电离层延迟随纬度、经度的变化规律,结果表明,在纬度方向上具有明显的单峰效应,在经度方向上的峰值具有延迟变化规律。
基于软件无线电架构的GNSS接收机
曹晓亮, 郭承军
2017, 42(1): 49-52+64. doi: 1008-9268(2017)01-0049-05
摘要:
  针对目前GNSS接收机在测试检验与质量评估方面问题,提出了建设统一标准的GNSS接收机测试系统的必要性。在分析了软件无线电体系结构的基础上,结合GNSS接收机测试评估的特点提出了基于软件无线电架构的GNSS接收机测试系统。通过该测试系统的建设,能够满足GNSS接收机功能和性能的准确、标准化、全面的测试及性能评估。
北斗双频/三频静态精密单点定位性能比较与分析
彭利, 王玲, 黄文德, 满小三
2017, 42(1): 53-58. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2017.01.011
摘要:
  针对目前仅北斗全星座提供三频观测数据,而不同线性组合模型影响精密单点定位(PPP)精度和收敛速度的问题,本文着重推导了北斗三频无电离层最优组合精密单点定位数学模型,以此为基础,采用大量实测数据进行北斗双频、三频静态PPP实验。结果表明,相比于北斗双频静态PPP,北斗三频静态PPP在收敛速度和定位精度上有所提高,绝对定位精度可达2~3 cm,与GPS双频精密单点定位水平相当。
基于高度角的多路径改正模型在BDS相对定位中的应用
蔡韧鸣, 孙付平, 肖乐杰, 彭文生, 王浩源
2017, 42(1): 59-64. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2017.01.012
摘要:
  伪距观测值的精度对相对定位解算的收敛速度有很大影响。相关研究发现BDS伪距观测值中存在与高度角相关的多路径偏差,严重降低了伪距观测值的精度。通过EMD滤波和多项式拟合建立基于高度角的多路径改正模型对这类误差进行消除。实验结果表明,基于高度角的多路径改正模型可以有效提高伪距观测值精度,加快相对定位结果收敛速度,改正后四个时段的2 h定位结果精度分别提高了64.1%、43.9%、35.3%、66.0%。
北斗地基增强系统数据通信综述
刘天恒, 陈明剑, 张树为, 周润杨, 李滢
2017, 42(1): 65-69+73. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2017.01.013
摘要:
    数据通信是实现北斗地基增强系统高精度导航、定位不可或缺的部分,在系统中起着关键作用。首先探讨了北斗地基增强系统参考站与数据中心进行数据通信所用到的TCP/IP和RS232接入模式,其次,针对用户与数据中心的数据通信,分析了NMEA0183信息、NRTIP协议和RTCM数据,并阐述了RTCM3.2较以前版本的改进内容。
一种新的NMEA0183协议解析方法实现
刘赋山, 郭承军, 贾振东
2017, 42(1): 70-73. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2017.01.014
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。
 基于GAMIT/GLOBK的卫星定轨研究
曹炳强, 许长辉, 成英燕, 余新平, 逄晓东, 李宇博
2017, 42(1): 77-81. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2017.01.016
摘要:
  本文介绍了GAMIT/GLOBK软件在卫星定轨中的应用,详细介绍了GAMIT/GLOBK定轨的参数设置以及步骤,然后分别以广播星历作为初始轨道信息进行了全球和区域的定轨,最后将全球解和区域解进行了叠加定轨。并分别对其定轨精度进行了进一步的统计分析。
 SDCORS高精度数据处理子网划分分析
张清华, 郭金运, 周长志, 姜英明, 张海平
2017, 42(1): 82-89. doi: 1008-9268(2017)-01-0082-08
摘要:
 基于SDCORS站点数目较多、网络较复杂的特点,提出利用GAMIT/GLOBK软件采用划分子网的方案对SDCORS站的观测数据进行解算。将整网的单天解算结果作为标准值,把各方案与整网解算方案的解算结果进行对比,以此来选出更为合理的划分方案。结果表明,无论是按照方向 (东中西三部分、南中北三部分、东西两部分、南北两部分) 划分子网还是按照接收机类型划分子网的方案,均可提高解算效率,解算精度在mm级。将各方案的基线精度与整网的精度比较,得到的基线相对精度在10-8量级,能够满足高精度测量要求,其中,采用南北划分的方案得到的点位较差均在2.5 mm内,效果最好。
精密单点定位中附加先验电离层改正的内插方法研究
张树为, 陈明剑, 刘天恒, 周润杨, 左宗
2017, 42(1): 90-94. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2017.01.018
摘要:
  在精密单点定位技术中,外部提供给接收机更多的先验信息能使其定位精度和实时性得到提高。依靠增强站网内插出流动站的电离层延迟进行非差非组合精密单点定位时,其提供的改正达到精度要求势必使待估参数减少,模型强度变强,定位精度高。本文对比了内插电离层改正的精度,探讨了内插模型,提出了平面双样条内插模型。实验结果表明:在内插模型合适的情况下,电离层延迟精度可达到精密单点定位的要求。
基于RTKLIB的精密单点定位及结果分析
潘军道, 韦照川, 杨柯
2017, 42(1): 95-99. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2017.01.019
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.
美国GPS现代化战略研究
王小妮, 赵子峥, 韩超
2017, 42(1): 100-103. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2017.01.020
摘要:
      本文从三个方面对美国GPS现代化战略进行分析研究。首先对美国GPS现代化的内外环境因素进行剖析,指出美国GPS现代化战略的实质;其次对美国GPS现代化的内容进行评析,指出了其计划过程及推进情况;最后对美国国家安全空间战略和太空政策对GPS现代化的影响进行讨论。本文对我国北斗卫星系统的发展具有一定的指导意义。
国产GNSS数据处理软件的比较和分析
孙国鹏, 李建胜, 郝向阳, 张小东
2017, 42(1): 103-107. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2017.01.021
摘要:
 本文针对国内常用的三款商业软件中海达HGO软件、华测CGO软件、和南方GNSS数据处理软件进行研究,在截止高度角和采样频率等参数相同的情况下,对三种软件基线解算的质量、网平差后的点位精度、以及相同基线在GPS系统和北斗系统下的计算结果进行了对比和分析。实验表明,三种软件都较为成熟,并满足D级GPS控制网工程的精度要求;HGO软件对基线向量和网平差的处理结果要略优于另两种软件。
三次样条在北斗卫星轨道插值中的应用
吴传龙, 宋世泽, 王鼎蔚
2017, 42(1): 108-110. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2017.01.022
摘要:
  本文选用三次样条函数对北斗高轨卫星的轨道数据进行插值计算,结果表明,三次样条函数基本没有龙格现象,但插值模型中含有明显的随机性系统差,因此本文采用附加系统差的最小二乘配置,对三次样条的插值结果进行处理,使精度提高了10倍左右。
 GPS PPK技术在远海水下地形测量中的应用
杜锐
2017, 42(1): 111-113. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2017.01.023
摘要:
在远海区域进行水下地形测量,水面高程的获取成为技术难题,采用GPS PPK技术进行水面高程传递能够取得较高的精度,并且满足工程项目的需求。
基于HNCORS的地质灾害监测预警系统集成应用
刘紫平, 吴凌辉, 陈春花, 敖敏思
2017, 42(1): 114-117. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2017.01.024
摘要:
   本文主要阐述综合运用 GNSS空间定位、计算机网络通讯、3G网络等技术,对监测点的地表位移进行实时监测、分析和预警,并介绍以HNCORS系统为基础的地质灾害监测预警系统主要功能及实现过程,为地质灾害监测预警工作提供可行的技术支持。
基于TEQC的数据预处理与质量评估分析
王福林, 于广瑞, 王龙
2017, 42(1): 118-121+126. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2017.01.025
摘要:
 本文介绍了TEQC的主要功能原理及使用方法,并结合实例分析了其在河北省陆态网数据质量评估中的应用。结果表明,数据质量检测的各项指标均满足经验值要求,数据质量较好,利用TEQC可以有效掌控陆态网连续站的数据质量情况。
 基于北斗卫星定位的金枪鱼钓船混合动力节能系统设计
王永鼎, 田晨曦, 董亚龙
2017, 42(1): 122-126. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2017.01.026
摘要:
  我国远洋渔业迅速发展,但随着燃油价格的攀升,渔船作业能耗和环境问题逐渐浮出水面。传统金枪鱼钓船在捕捞作业时,柴油机长时间处于低转速低负荷运行状态,燃油消耗率较高。为了稳定远洋捕捞渔业的经济效益,并达到节能减排的目标,提出了一种基于北斗卫星通讯的金枪鱼钓船油电混合动力系统。油电混合动力金枪鱼钓船由柴油机和电动机两大动力源构成,采用燃油和电能混合提供动力,可以根据北斗卫星定位的渔场位置及航速选择不同的动力源驱动。通过燃油经济性分析,与传统金枪鱼钓船相比较,在相同工况、相同作业时间的条件下,综合油耗量降低13%,系统灵活性、燃油经济性有一定的提高。
基于北斗定位的波浪能发电装置通讯系统设计与实现
杨倩雯, 王世明
2017, 42(1): 127-129. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2017.01.027
摘要:
除石油、天然气等资源外,波浪能作为海洋能中能量密度最高的能源,近年来成为技术攻克的热门课题。作为波浪能发电装置的另一核心技术,本文针对波浪能本身特点设计独特的通讯方案,通过北斗定位实现对设备的实时监控,能够有效降低设备损耗,精确获得设备数据,为提高清洁能源的利用率作出贡献。