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全球定位系统

2018年  第43卷  第4期

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无人机软连接吊舱的伪卫星定位算法研究
荣凤娟, 张清华, 张杰, 徐键卉
2018, 43(4): 1-7. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.04.001
摘要:
针对旋翼无人机的吊舱精确动态定位困难的问题,文中利用24 GHz无线测距装置作为伪卫星定位设备,采用扩展卡尔曼滤波来应对伪卫星动态定位算法中的非线性问题。实测结果表明,利用文中提出的伪卫星系统及算法对无人吊舱进行动态定位,在平面和垂直方向都可以达到的较高的定位精度,具有重要的实际应用价值。
用于GNSS信号的可变相干积累时长的时频域结合捕获算法
田野, 湛剑佳
2018, 43(4): 8-13. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.04.002
摘要:
对于全球导航卫星信号的捕获问题,设计了一种可变相干积累时长的时频域结合捕获算法,在延长相干积累时间的同时,等效提高了FFT运算的点数,从而保证了算法不会增加额外的FFT损耗,提升信号的检测性能。蒙特卡洛仿真验证了可变相干积累时长捕获算法的正确性和有效性,得出了文中所提出的算法可以通过延长信号的相干积累时长,提升导航信号捕获性能,但带来的代价是增加了算法的计算负荷。
大气负荷对我国GNSS站地壳垂向形变影响分析
张健珲, 杨国林, 刘涛, 邵明
2018, 43(4): 14-18. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.04.003
摘要:
为了研究近年来我国GNSS基准站地壳大气负荷垂向形变细部特征,使用格林函数积分及简化方法对中国大陆构造环境监测网络中的6个基准站共计36个月的大气负荷效应进行了计算和分析,结果表明,大气负荷是造成地壳非构造垂向形变的重要因素,大气负荷效应引起的地壳垂向形变量的区域性差异及垂向形变量在我国东北部和西部新疆地区为最大,大气负荷效应改正可使GPS垂向精度进一步提高。
GNSS双频兼容互操作接收机信号捕获方法
袁进, 刘云飞
2018, 43(4): 19-23. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.04.004
摘要:
随着我国北斗导航系统“全球组网”序幕的拉开,设计实现接收机的兼容互操作功能已变成接收机设计领域的一个研究热点。文中针对GNSS双频兼容互操作接收机信号捕获环节设计中遇到的处理时间长、捕获精度低、硬件资源消耗大、兼容性差等问题,设计一种基于频域处理的信号捕获算法。该算法在传统频域捕获的基础上,优化频域转换资源利用与遍历方式,在能量累加方面加入相干与非相干累加方式,达到微弱信号捕获。借助Xilinx软件Vivado及其仿真工具,对整个捕获系统进行了仿真实现,验证了算法设计的准确性,本算法可以捕获信号功率-135 dB以上的信号,可捕获的载波多普勒频率范围满足实际工程需求。在实际工程验证中,本算法能较好地满足工程应用性能要求。
GNSS/INS组合的铁路轨道三维坐标快速精密测量
周禹昆, 陈起金
2018, 43(4): 24-28. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.04.005
摘要:
研究了利用GNSS/INS组合导航技术实现铁路既有线轨道绝对位置的快速精密测量方法,以便携式轨检小车作为移动平台搭载惯性测量单元、全球卫星导航系统、里程计和轨距尺模块,在运动过程中测量载体的三维坐标、姿态,结合轨距测量值推算轨道中线的精确三维坐标. 该方法对高精度轨道控制网依赖程度低,采用移动测量模式,作业效率高。在徐郑无砟高速铁路的实测结果表明,GNSS/INS组合导航系统平面测量精度优于6 mm(RMS),高程测量精度优于15 mm(RMS),可用于既有线线型恢复。
PMF-FFT方法在P码捕获中的改进及参数设计
袁葱林, 唐小妹, 韩春阳, 孙广富
2018, 43(4): 29-35. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.04.006
摘要:
部分匹配滤波器与FFT相结合的捕获模型使用在高动态环境下导航信号的捕获中,由于它对多普勒频率误差有较高的容忍度,因此可以直接进行频域的并行搜索,大大降低了平均搜索时间,并使整个系统依然具有较高的检测概率. 文中通过建立数学模型,对PMFFFT捕获算法的原理及特性及其在捕获流程中的各部分损耗进行了详细的分析,并针对P码的非周期特性,使用重叠保留法对PMFFFT算法进行了改进,使用基于FFT的并行码相位搜索的方法,在频域内实现了时域相关运算,进一步减少了捕获时间. 最后依据“达到等效判决信噪比时总运算时间最少”原则,对算法中各项参数的设计提出了指导意见,具有一定的参考价值。
利用GPS观测值监测电离层的时空变化
寇瑞雄, 李仲勤, 高志钰
2018, 43(4): 36-41. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.04.007
摘要:
研究电离层时空变规律对卫星导航、航空航天和通讯等具有重要价值。文中利用IGS站提供的GPS双频观测数据,采用区域电离层模型估计GPS系统硬件延迟,从而计算绝对电离层总电子含量。在时间尺度上,选择COR1站的2012年、2015年和2017年的数据进行时间变化分析,结果表明,电离层总电子含量在时间上呈现出周日变化、月变化和季节性变化。在空间方面,选择了经度相差较小、纬度方向分布均匀的CRO1、BRMU、UNBJ和QIKI四个IGS站进行分析,结果表明在纬度方向具有明显的单峰效应,随着纬度的增大电离层总电子含量呈现减小趋势。
2017年9月磁暴期间电离层TEC变化分析
李涌涛, 李建文, 庞鹏, 刘德智, 李婧
2018, 43(4): 42-47. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.04.008
摘要:
为了进一步研究磁暴对电离层总电子含量变化的影响,基于2017年9月6日太阳爆发X93级特大耀斑并引发磁暴现象,文中将iGMAS提供的全球电离层总电子含量格网数据与中国科学院空间环境预报中心(SEPC)提供的磁暴环电流指数进行相关性分析,并重点分析了磁暴过程中不同阶段环电流指数与全球不同纬度带电离层总电子含量变化的相关性及影响,结果表明:1) 此次特大耀斑爆发13小时后发生大磁暴,磁暴主相阶段环电流指数与滞后1 h的电离层总电子含量相关系数为-0999 7,即随着磁暴加剧电离层总电子含量迅速增加,恢复相阶段迅速减少并趋于稳定;2) 电离层总电子含量变化随磁暴环电流指数变化而变化,两者变化趋势一致,磁暴强度与电离层总电子含量变化呈强负相关性,磁暴对不同纬度带的电离层总电子含量影响趋于一致,影响程度大小由高纬至低纬逐渐递减;3) 磁暴对不同纬度带的电离层总电子含量变化影响不同步,其影响存在由高纬逐渐延伸至低纬,磁暴主相阶段对不同纬度带的影响时延约为1 h,恢复相阶段时延逐渐消失,电离层电离层总电子含量变化趋于稳定;[JP2]4) 此次磁暴恢复相阶段出现的电离层总电子含量异常变化,还有待进一步研究分析。
远区雷电定位粗差判别方法研究
沈宇, 刘裔文, 熊雯, 黄晓, 张琼
2018, 43(4): 48-52. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.04.009
摘要:
雷电电磁脉冲探测数据受无线电噪声、电波传播误差影响会存在测量误差,产生波形畸变,会影响雷电性质识别,以及位置、强度的定量估计等。文中通过对大量实测的雷电波形间的相关系数进行研究和分析,总结出利用波形相关系数进行雷电粗差剔除的规律。同时还分析了传播路径对波形相关的影响。最后提出了综合利用时间相关和波形相关的方法进行雷电粗差剔除的思路.
基于北斗短报文的卫星通信车快速组网方案设计
雷思磊, 贺文宝, 李剑青, 熊志坚, 冯赟
2018, 43(4): 53-58. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.04.010
摘要:
针对现有卫星通信车使用过程中存在的配置复杂、过程长,以及必须依托已有通信渠道进行参数协商的弊端,设计了一种利用北斗短报文的卫星通信车快速组网方案,给出了详细方案,设计了自主可控的车载中心控制单元硬件结构、北斗短报文可靠传输协议、数据传输格式以及双北斗终端乒乓使用机制,方案有效解决了卫星通信车使用过程中的弊端,实现了快速组网。
基于动力学轨道拟合的LEO卫星轨道预报精度分析
王友存, 郭金运, 夏要伟, 孔巧丽
2018, 43(4): 59-66. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.04.011
摘要:
轨道预报是地球探测卫星顺利执行科学任务的一个重要环节。为了实现对低轨卫星长弧段、高精度的轨道预报,文中运用动力学轨道拟合的方法进行轨道预报。选用GRACEA卫星、HY2A卫星和JASON2卫星为例进行预报处理,分析了卫星的轨道高度和拟合弧长对轨道预报结果的影响。结果表明,GRACEA卫星预报4 h和8 h轨道的3D RMS分别优于3 m和10 m,HY2A卫星和JASON2预报4 h轨道的3D RMS分别优于2 dm和1 dm,24 h轨道预报结果3D RMS分别优于2.5 m和2 m.
基于CORS位置云服务的高并发技术研究
刘文建, 邓思胜, 丁华祥, 陈敬, 贺喜
2018, 43(4): 67-72. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.04.012
摘要:
针对公众的高精度位置服务需求与CORS高精度定位一直局限于极少数行业(如控制、测图等)的矛盾问题,融合物联网、云计算、大数据等技术,探索基于CORS的位置服务云平台架构设计及CORS高精度、高并发技术方案。通过构建格网化的高精度位置差分池,实现了高精度、高并发的位置云服务。搭建的Demo云平台服务测试表明:系统运维效率提高26倍以上,有效用户并发量达5万以上,CORS云服务的网络RTK/RTD成果服务精度无损。
基于位置服务的共享自行车政府监管与服务平台设计与实现
李昆, 肖计划
2018, 43(4): 73-76. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.04.013
摘要:
共享自行车有效地解决了人们短距离出行的难题,但随着共享自行车的大量投放及使用,给城市管理带来了很大的挑战。文中基于高精度北斗卫星定位和电子围栏等技术,建立了共享自行车监管与服务平台,依托地面划定的停车区域,采用北斗高精度采集终端完成地面停车区域的多边形拐点坐标的采集,将采集后的坐标与电子地图结合形成虚拟的电子围栏,通过车辆的位置数据与电子围栏多个拐点组成的封闭区域进行对比匹配,进而判断是否在围栏内或围栏外停放车辆。对停入停放区的车辆进行数据统计,停放区外的车辆进行报警提示并实施处罚。实际应用中,该平台为解决共享自行车监管难题提出了一套完整的解决方案。
基于Spark的GNSS网基线向量并行化处理
白帆, 孙宁
2018, 43(4): 77-80. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.04.014
摘要:
针对传统单机处理大规模复杂GNSS观测数据效率低的问题,引入了Spark大数据集群,利用子网划分思想并调用GAMIT软件对GNSS网基线向量进行解算,实现了并行化计算。实验结果表明,在保证解算精度与整体解算在同一量级上的同时,提高了执行效率,性能优于整体解算,较好地满足了大规模复杂GNSS数据处理需求。
GNSS导航信号的开环补偿多径抑制方法
高科
2018, 43(4): 81-84. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.04.015
摘要:
多径的存在会给全球导航卫星系统的接收机带来较大的定位误差。因此,高精度的接收机须对多径信号进行抑制。针对目前常用的多径抑制方法的优缺点,提出了一种基于多门延迟和曲线拟合的多径抑制方法。该方法通过多门延迟来重塑伪码的自相关函数,用于找到直射信号的伪码真实位置和接收机码跟踪环路鉴别结果之间的偏差,进一步通过曲线拟合方法更加精确地计算出该偏差,最后将该偏差通过开环方法补偿给伪距计算,使得接收机在不改变环路跟踪性能和抗动态干扰性能的前提下实现定位性能的提升。仿真结果表明新算法在前端带宽的影响下对短、中长多径均能进行有效地抑制。
北斗接收机位置解算算法及验证
刘瑞华, 丁其金
2018, 43(4): 85-90. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.04.016
摘要:
接收机位置解算作为卫星导航定位中极其重要的一环,所使用算法的正确与否,直接影响到定位精度。文中使用诺瓦泰接收机采集到的北斗星历数据和伪距观测量,对北斗接收机位置解算的经典算法,包括北斗卫星位置的解算算法和最小二乘法接收机位置解算算法,进行了计算及分析验证。结果表明,利用北斗空间控制接口文件所提供的算法计算所得卫星位置三维误差均在10 m以下,使用最小二乘法解算出的接收机位置三维误差均在5 m以下,均满足北斗官方性能规范要求,从而验证了算法的正确性以及可行性。
利用RTKLIB实现GPS PPP时间比对
王应建, 朱光耀, 康济童, 谢志越
2018, 43(4): 91-94. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.04.017
摘要:
GPS PPP时间传递是国际权度局守时实验室最主要的高精度时间比对手段之一。介绍了GPS PPP时间比对的基本原理,利用RTKLIB实现GPS PPP时间比对,并实例分析验证了BRUX、IENG、OPMT与PTBB的时间比对结果。实验结果表明,利用RTKLIB进行时间比对的RMS为0.1~0.2 ns,天频率稳定度为1.5×10-15~2.5×10-15,时间比对结果与IGS最终钟差具有较好的一致性。
GNSS多系统组合测速模型与精度分析
吴超
2018, 43(4): 95-101. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.04.018
摘要:
基于GPS多普勒测速原理,建立了GNSS多系统组合测速数学模型,结合实测数据对GNSS多系统组合的原始多普勒测速、相位一阶中心差分导出多普勒测速及二者组合测速精度进行了分析。结果表明,GNSS多系统组合能够显著提高原始多普勒测速及导出多普勒测速的精度,同时能够在一定范围内提高原始多普勒与导出多普勒组合测速的精度;采用原始多普勒与相位导出多普勒观测值组合,GNSS单系统时能够有效地提高测速精度,GNSS多系统组合效果不明显。
北斗三频中长基线差分定位性能研究
于文浩, 张云, 韩彦岭, 杨树瑚
2018, 43(4): 102-109. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.04.019
摘要:
北斗卫星系统(BDS)能全星座播发三频信号,可通过线性组合构成不同虚拟观测量,有利于模糊度解算等,文中采用北斗三频中长基线实测数据进行差分定位,首先使用宽巷模糊度和电离层无关组合进行B3频段窄巷模糊度解算,在此基础上提出利用相邻历元B3频段窄巷模糊度构建卡尔曼滤波新息向量,通过新息向量内积RMS值很容易分析出窄巷模糊度的误差对滤波性能的影响,并结合滤波发散条件进行相关卫星历元挑选,实验最终得到中长基线厘米级定位精度并有效缩短首次收敛时间和提高固定率,对促进北斗高精度定位有着现实意义。
GPS高程拟合方法对比研究分析
方苏阳, 赵勇
2018, 43(4): 110-116. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.04.020
摘要:
不同的GPS高程拟合方法具有各自相应局限性,单一拟合方法在不同测区不具有普适性。针对上述问题,重点研究了二次多项式曲线拟合、多面函数拟合、二次曲面拟合、BP神经网络法等四种GPS高程拟合方法,结合实际工程项目,对研究区域进行高程拟合,分析实验结果,评定拟合精度。通过对四种拟合方法所得结果分析对比得到结论:四种方法均满足四等水准测量要求,拟合残差均小于3 cm;BP神经网络拟合在精度上高于其他三种;根据各拟合方法的特点及适用范围,正确使用拟合方法是获得高精度正常高的必要条件。本文研究成果对不同环境下GPS高程拟合具有相应的应用与参考价值。
沈阳市卫星导航定位服务系统升级建设
邰贺
2018, 43(4): 117-121. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.04.021
摘要:
从沈阳市卫星导航定位服务系统从双星平台升级至四星平台的建设实际出发,简要说明了系统升级的各项要点,并对系统升级后的服务精度情况进行了测试,为今后同类型的卫星导航定位服务系统升级改造提供了一定的经验。
煤矿开采沉陷区高程传递的实践与分析
田茂虎, 杨洪涛, 隋传科, 王勇, 侯卫卫, 陈梦, 张涛
2018, 43(4): 122-125. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.04.022
摘要:
煤矿开采沉陷区域监测已成为矿山生产和环境治理的重要工作,鉴于沉陷区域的不稳定性,高程基准的建立和传递尤显重要。文中开展高程传递技术方法的特点和适用性分析,并以某矿区及邻区的GNSS 及三等水准测量成果,进行GNSS 测量长距离高程传递的实例分析,结果表明文中方法可满足本矿区沉降监测基准的高程传递需求。
北斗卫星导航系统在波浪能自供电海洋浮标中的应用
王世明, 田园, 田卡
2018, 43(4): 126-130. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.04.023
摘要:
北斗卫星导航系统具有精确定位、精密授时和短报文通信的功能,能够很好地切合目前海洋监测设备的所需。设计了一款波浪能自供电的海洋浮标,通过北斗卫星导航系统能够对其进行准确的定位和授时,同时对浮标的监测数据进行可靠的传输。文中简要介绍了波浪能自供电浮标结构及运行原理,重点分析了北斗卫星导航系统在本浮标定位、授时和监测数据传输中的应用,为我国海洋监测装备发展提供了新的思路。