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全球定位系统

2018年  第43卷  第6期

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卫星导航欺骗干扰信号检测技术综述
张鑫
2018, 43(6): 1-7. doi: doi:10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.06.001
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.
遮挡环境下GPS/GLONASS/Galileo组合PPP性能分析
田先才, 赵兴旺, 许妙强
2018, 43(6): 8-13. doi: doi:10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.06.002
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.
基于核估计的北斗RDSS传输延时随机数生成法
夏田奇, 刘瑞华
2018, 43(6): 14-18. doi: doi:10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.06.003
摘要:
北斗卫星导航系统(BDS)采用卫星无线电导航业务(RNSS)和卫星无线电测定业务(RDSS)双模结构体制,不但具有全球定位系统(GPS)等系统的导航、定位和授时功能,同时还提供双向短报文信息服务,在多个民用领域有着非常广阔的潜在应用前景. 传输成功率和传输延时是北斗短报文的两个重要性能参数,北斗短报文技术在各行业的推广应用以及相关系统的建设都急需这两个性能参数作为参考. 本文测试了北斗短报文的通信性能,提出基于核密度估计建立北斗短报文传输时延概率模型并生成时延伪随机数的方法. 通过MATLAB对北斗RDSS实测时延数据进行核密度估计并绘制概率密度估计值曲线;利用权重系数组合多个高斯函数对概率密度估计值曲线进行拟合,获得时延的概率密度分布函数,并采用舍选法实现北斗RDSS传输延时伪随机数的生成.
卫星导航可用性监测技术
张发祥, 林利, 殷赞, 甄卫民
2018, 43(6): 19-24. doi: doi:10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.06.004
摘要:
随着全球卫星导航系统(GNSS)的不断完善和在各领域的不断推广运用,导航系统的重要性日益增大,导航系统是否可用,直接影响到用户的体验甚至用户的安全.本文论述了卫星导航系统可用性监测相关技术,主要从卫星系统完好性监测、电离层闪烁监测技术和电磁环境监测三个方面分别进行论述.
异步联邦UKF的GNSS/SINS/摄影定位组合导航算法仿真
周朋进, 吕志伟, 丛佃伟, 贾铮洋
2018, 43(6): 25-32. doi: doi:10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.06.005
摘要:
在飞行器进近过程中,为了提高组合系统的导航精度,针对传统联邦滤波器对非线性系统模型易导致滤波发散问题.分析了两种导航方式的优缺点,提出了基于卫星导航/惯性导航/摄影测量(GNSS/SINS/Photogrammetry)的组合导航联邦滤波算法,并推导了系统误差模型.该算法取长补短利用联邦无迹卡尔曼滤波器将GNSS定位和摄影定位、定姿精度高的优势对SINS进行在线误差估计.针对多传感器非等间隔数据采样问题,采用时间与量测更新分离的异步非等间隔联邦滤波算法进行信息融合,并对滤波器结构进行改进以减少算法复杂度.仿真实验证明基于联邦UKF的组合导航系统较传统联邦滤波算法位姿精度有明显的提高,且系统鲁棒性也有一定的增强.
卫星导航信号捕获的一种高效相关算法
戴志春, 刘文祥, 封欣, 孙广富
2018, 43(6): 33-36. doi: doi:10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.06.006
摘要:
信号捕获的相关层实现在整个接收机的硬件资源中占据了重要的比重.为了能够降低量化损耗和减少相关层所需的硬件资源,论文提出了一种高效的相关算法.相比传统实现方法,论文所提算法能够将加法树所需硬件资源降低1/2,同时量化损耗减少约0.3 dB.该算法对卫星导航接收机的低成本和低功耗实现具有重要的参考价值.
基于GF-2高分辨率遥感影像的水体提取方法研究
刘双童, 王明孝, 杨树文, 杨明泽, 杨立华
2018, 43(6): 37-43. doi: doi:10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.06.007
摘要:
针对GF-2卫星影像数据的特点,利用单波段阈值法、多波段算法、归一化水体指数(NDWI)阈值法、单波段阈值法与阴影水体指数(SWI)相结合的决策树法对刘家峡地区的水体信息进行了提取,同时提出一种单波段阈值法与增强阴影水体指数(ESWI)相结合的决策树分类法,并对以上几种水体提取的效果进行比较分析,发现单波段阈值法与ESWI相结合的决策树分类法能够有效地消除绝大部分阴影的影响,且提取效果较SWI的效果要好,NDWI与多波段算法提取效果次之,单波段阈值法提取效果较差.
三调正射影像生产中道路扭曲的快速纠正方法
马瑞峰, 杜全叶, 张力, 董友强, 姜慧伟
2018, 43(6): 44-50. doi: doi:10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.06.008
摘要:
土地调查中数字正射影像(DOM)底图生产是开展资源与环境监测、国情普查的基础.针对正射纠正后影像中存在大量扭曲区域,特别是道路区域,本文提出全新作业模式,即通过编辑道路扭曲区域数字高程模型(DEM),进行实时局部正射纠正来实现.高分辨测绘卫星影像高分二号和北京二号两组实验数据生产表明,该方法实现了影像道路扭曲区域的快速纠正,纠正后道路区域边缘地物没有出现明显错位现象.同时,一定数量道路区域控制点的局部纠正前后精度对比,表明该方法很大程度提高了道路扭曲区域的纠正精度,平面精度优于4 m,满足我国1:1万正射影像生产精度要求.
轨道摄动影响GNSS卫星可见性的分析研究
曹新亮, 王弼松
2018, 43(6): 51-57. doi: doi:10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.06.009
摘要:
针对GNSS卫星轨道数据受到摄动力的影响产生偏差的现象,研究轨道扰动对卫星可见性的影响.借助STK(Satellite Toolkit)仿真软件,结合TowBoday、J2、J4和HPOP四种轨道预报模型对卫星轨道进行仿真研究;选取TowBoday、J2和HPOP三种模型对星座系统仿真,生成地面测控站对星座卫星的可见性分析报告.仿真结果表明:摄动力会对卫星轨道产生扰动;引入摄动力的轨道方程能解算出更为准确的轨道根数;HPOP模型能更为精确地进行卫星轨道的预报,在该模型下,纬度和经度方向上的最大误差分别为0.076°和0.115°,径向方向上高度最大误差为3.226 km;卫星轨道的扰动对卫星可见性产生一定的影响,最大误差为9.913 s.
热膨胀效应对GNSS短基线坐标时间序列影响研究
刘邢巍
2018, 43(6): 58-63. doi: doi:10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.06.010
摘要:
天线观测墩及基岩的热膨胀效应会造成全球卫星导航系统(GNSS)基准站坐标时间序列非线性变化,本文利用长期观测数据评估了热膨胀效应对GNSS短基线时间序列周期特性的影响. 结果表明:热膨胀效应在高程上可以引起约1 mm的季节性周年信号,可以很好地解释GNSS短基线时间序列中的周期信号,而对平面方向的贡献不大,但是观测墩因日光照射受热不均产生的热弯曲对平面方向上的影响应予以考虑.
地基导航系统高性能快速定位算法
郭丽, 张雪, 郭熙业
2018, 43(6): 64-68. doi: doi:10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.06.011
摘要:
地基伪卫星的基站固定,其对于静态或者低动态的用户缺乏快速的几何变化,需要较长的观测历元来实现定位解算. 为了实现地基导航系统的精密单点定位的快速解算,针对该问题提出利用TIKHNOV正则化算法并与无人机搭载伪卫星平台来辅助地基伪卫星进行定位的方案. 通过仿真验证,TIKHNOV正则化的加入能够在一定程度上提高模糊度解算精度,而空中伪卫星搭载平台的加入不仅能够使得定位结果快速收敛,并且能够提高模糊度浮点解的定位精度,两者相结合能够使得定位算法达到最优化.
PANGA坐标时间序列噪声模型特性分析
贺小星, 孙喜文
2018, 43(6): 69-75. doi: doi:10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.06.012
摘要:
选取PANGA观测网中的200个GPS基准站12年的坐标序列. 采用AIC模型估计准则噪声特性进行分析,并结合不同数据策略对噪声模型建立的影响进行探讨. 结果表明:不同数据策略对噪声模型建立的影响较小,基准站站坐标序列噪声模型主要表现为PL+WN噪声模型特性;不同随机模型对GPS站速度估计值的影响相对较小,但在U分量影响最为明显;对比不同策略处理下的周年振幅变化,E、N、U方向振幅值存在差异,最终确定了振幅位移的尺度.
中国区域内IGS站时间序列的非线性变化分析
戴海亮, 孙付平, 朱新慧
2018, 43(6): 76-81. doi: doi:10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.06.013
摘要:
以中国区域内8个IGS站时间序列为研究对象,对其非线性变化的规律进行分析.首先,对这些测站时间序列进行频谱分析提取周期项,结果表明周年频谱是绝大部分IGS站共有的非线性运动规律,只是振幅大小不同;其他周期项则不具有普遍性,并且在垂直方向上周期规律最明显.然后采用三角函数法对时间序列中的周期规律进行拟合,结果显示三角函数法能更加直观地体现出非线性变化的规律,有利于进一步分析非线性变化的性质与机制,对建立和维持高精度地球参考框具有重要的参考价值.
国际GNSS监测评估系统的数据安全与防护
刘畅, 丁凡
2018, 43(6): 82-86. doi: doi:10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.06.014
摘要:
国际GNSS监测评估系统(iGMAS)是对北斗卫星导航系统(BDS)主要性能指标进行监测和评估,生成并提供多种应用产品的信息服务平台.系统安全防护是iGMAS建设的重要内容之一,而数据安全是系统安全防护问题中的一个关键环节.本文结合已有的信息系统安全防护和数据安全传输等相关技术研究工作,从通信传输安全、数据传输校验(防止恶意数据注入)、数据存储安全等方面,针对iGMAS系统的数据安全性进行了分析,并从技术和管理两个层面提出相应的安全防护方案.
基于BDS广播星历的卫星轨道拟合精度分析
李振昌, 李仲勤, 寇瑞雄
2018, 43(6): 87-91. doi: doi:10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.06.015
摘要:
在实时定位导航中,为了提高利用BDS广播星历计算卫星位置的效率,提出将卫星轨道拟合为一个多项式.首先利用切比雪夫多项式拟合法,将拟合时段固定为1 h,拟合间隔固定为5 min,每30 s选取一个检验点,利用不同的拟合阶数,分别对GEO、IGSO、MEO三类不同类型的北斗卫星轨道进行拟合分析;然后将拟合阶数固定为9,利用2~6 min的拟合时间间隔,将三类卫星作为整体进行轨道拟合分析.算例表明,只要选取合适的拟合阶数,三类不同类型的北斗卫星轨道拟合精度都较高,拟合误差最大值在厘米级,误差均值在毫米级,满足精度要求;固定9阶拟合多项式时,2~6 min时间间隔的拟合精度都可以满足精度需求.切比雪夫多项式拟合法适用于BDS广播星历的卫星轨道拟合.
千寻位置CORS-RTK在建筑基坑放样中的应用
董永祥
2018, 43(6): 92-97. doi: doi:10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.06.016
摘要:
针对目标放样区被围墙遮挡,基准站架设点位于道路中央的情况下,无法使用传统的全站仪放样法和单连续运行参考站-实时动态(CORS-RTK)放样法的问题. 采用了千寻位置服务系统,利用网络CORS-RTK方法进行工程建设中基坑的放样,介绍网络连续运行参考站(CORS)的原理及优点,对放样点数据进行处理,分析了放样精度. 结果表明通过RTK测得37个放样点平面坐标, X 方向中误差在20 mm之内的点占97 %, Y 方向中误差在20 mm之内的点占100 %,比较集中稳定;点位中误差小于20 mm的占95%,在20~40 mm占5%, CORS-RTK方法的测量点位中误差均满足国家《卫星定位城市测量技术规范》CJJTT73-2010要求的平面点位中误差小于70 mm的精度要求.千寻的CORS测量符合工程规范精度要求,对减少工程施工放样的工作量具有重要意义.
基于地基GPS研究台风引起电离层TEC的变化特征
许九靖, 柯福阳, 赵兴旺
2018, 43(6): 98-104. doi: doi:10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.06.017
摘要:
利用GPS研究电离层,具有其他探测技术所没有的全天候、高分辨率、大范围等优点.本文采用双频GPS数据提取区域电离层电子浓度总含量(TEC),并结合全球电离层地理(GIM)数据,借助滑动四分位距法建立TEC背景值.研究了台风“莫兰蒂”对其经过区域及登陆地点电离层TEC的影响.分析表明,台风登陆厦门前一天,厦门地区电离层TEC发生了较强的正扰动,登陆后第二天,TEC发生了小尺度的负扰动;台风临近台湾岛前,东南沿海和台湾岛区域电离层出现了大范围的正异常扰动,其值为15~20 TECU,持续时间10 h.结合厦门和台湾岛的地形,推测此次TEC异常原因是由于台风所激发的声重力波传播到电离层高度,造成了电离层的异常扰动.
基于北斗智能手环的足球训练系统设计
骆舒蕾, 冯毅, 汪师印
2018, 43(6): 105-109. doi: doi:10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.06.018
摘要:
我国自主研发的北斗卫星导航系统(BDS)逐渐成熟,在民用领域应用越来越广泛. 我国的足球训练还存在许多不足,不当的训练方式不仅导致训练效果不佳,还可能会对运动员的身体造成伤害. 针对上述问题,本文设计了一种基于北斗智能手环的足球训练系统,将BDS、多传感器融合技术、互联网技术、3D视频技术以及无线通信技术融合,具有高精度实时定位、血压测量、心率检测、速度与加速度测定、动作识别、一键报警和轨迹记录等功能,从而提高训练的科学性、安全性和针对性.
基于GPS的分段式高程拟合实验及分析
张涛, 陈梦, 张丕亚
2018, 43(6): 110-114. doi: doi:10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.06.019
摘要:
高程基准在测绘应用中的重要性毋庸置疑,GPS定位技术是获取稳定、可靠的高程基准的有效方法.针对如何将GPS大地高转换成正常高的问题,文中提出了一种结合高程拟合模型的分段式高程拟合方法.结合某矿工程数据与整体高程拟合进行对比分析,得出合理分段拟合高程的方法相较于整体式传递效果更佳的结论.
车载组合定位终端定位性能分析
袁蹈, 吕伟才, 袁晓鑫, 许妙强, 褚敏, 彭小强, 葛祥
2018, 43(6): 115-119. doi: doi:10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.06.020
摘要:
介绍了车载终端组合定位原理,提出检验终端定位精度的几种方法,包括静态定位检验、动态定位检验、一般性检验等.对终端做了模拟真实场景的实验,通过对静止状态定位、遮挡环境定位、路测等实验数据处理后与高精度数据进行对比,计算出终端定位的均方根(RMS),并将定位数据匹配到电子地图上,展现了良好的定位和地图匹配成果,基于理论、实验和数据分析,得出组合定位终端定位精度满足实际应用要求的结论.
基于北斗及嵌入式的船舶机舱温度监测系统设计
崔秀芳, 李志刚, 王宏宇, 陈刚
2018, 43(6): 120-125. doi: doi:10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.06.021
摘要:
随着人工智能、自动控制和网络通讯等技术在船舶领域的广泛应用,船舶机舱监测系统正在向着智能化、数字化、模块化的方向发展. 我国自主研发的北斗卫星导航系统具有定位、导航、授时和双向短报文通信等功能,在船舶监测领域特别适用. 温度监测是机舱监测的重要组成部分,为了解决机舱温度监测与控制不便等问题,提出一种基于北斗及嵌入式的船舶机舱温度监测系统. 采用温度采集系统、ARM处理器及其外围设备、设备控制装置、WiFi通信模块等对船舶机舱温度进行实时监测与控制,以北斗通信系统为媒介,实现实时将机舱温度采集数据及船舶位置传输至远程监控部分,简化了系统的软硬件,增强了实时性与可操作性,提高了保密性与稳定性,具有良好的发展前景.