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全球定位系统

2019年  第44卷  第2期

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卫星导航增强系统建设与发展
郭树人, 刘成, 高为广, 卢鋆
2019, 44(2): 1-12. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2019.02.001
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.
量子信道大气扰动延时补偿方法的研究
吴文燊, 丛爽, 陈鼎
2019, 44(2): 13-20. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2019.02.002
摘要:
本文对量子卫星定位系统(QPS)中的纠缠光穿过大气电离层和对流层过程中所产生的路径延迟误差进行研究. 根据电离层路径延迟与纠缠光频率以及纠缠光传播路径单位面积上电离层自由电子总含量(TEC)之间的关系,提出3种电离层路径延迟修正方案,并对每一种方案的优缺点进行分析. 根据对流层路径延迟与气象参数之间的关系,以及气象参数与纬度、高度和年积日的关系,提出5种对流层路径延迟修正方案,并分析各修正方案的优缺点. 本文所做研究有助于进一步提高QPS的精度.
实时卫星钟差基准精化方法
张东, 宋伟伟, 楼益栋, 陈亮
2019, 44(2): 21-28. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2019.02.003
摘要:
在基于精密单点定位(PPP)的授时方法中,卫星钟差产品的高精度时间基准至关重要. 针对实时卫星钟差产品时间基准不够稳定的问题,本文采用一组具有原子钟外部输入的国际全球卫星导航系统(GNSS)服务(IGS)跟踪站建立了顾及原子钟变化特性的基准精化方法. 该方法首先采用阿伦方差对不同的IGS跟踪站外接原子钟进行稳定度分析,挑选出一组稳定度高的原子钟用以精化时间基准. 在此基础上,利用阿伦方差分析各台原子钟的噪声参数特征,并确定不同原子钟之间的权比关系. 最终,建立时间基准改正量的随机模型,并计算出精化后的时间基准. 通过实例验证表明:与IGS事后精密钟差产品定义的时间基准比较,改正后的实时钟差基准单天内的标准差(STD)优于0.1 ns,相比于改正前最高提升了93%. 同时,基准改正后的天内万秒稳达到10-15量级,实现了一个量级的提高. 此外,通过相对钟差精度的分析,表明钟差基准修正不影响PPP的定位精度.
国产尾标定位系统的研究及应用
王柏杨, 秦轲, 单瑞, 吴会胜, 王振杰, 曹凤海
2019, 44(2): 29-37. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2019.02.004
摘要:
对中国石油大学自主研发的全球卫星导航系统(GNSS)尾标定位系统的组成及运行原理进行了详细的阐述. 介绍了该尾标定位系统在海洋拖缆作业中的应用,包括其核心软硬件的设计和主要工作流程. 通过陆上模拟实验,对其电台传输距离和稳定性及定位精度进行测试,测试结果表明,尾标定位系统能够连续稳定地传输数据且能够实现厘米级的相对定位精度,可以满足实际生产中海上拖缆作业对导航定位的需求.
一种机载GNSS高精度定位算法
符彦
2019, 44(2): 38-45. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2019.02.005
摘要:
提出部分模糊度固定的加权电离层模型提高大范围全球卫星导航系统(GNSS)航空定位的精度、可靠性及连续性.该方法的主要思路包括:自适应调整大气扰动等误差影响以实现短基线与长基线两类解算模式之间的灵活切换;施加虚拟电离层观测约束信息,提高基线动态定位的浮点解精度;采用部分模糊度固定方法有效挖掘若干模糊度参数的整周约束.试验表明,提出的方法可提高模糊固定效率与定位精度,克服传统方法有效观测信息利用率不足、定位精度较差、可靠性不高以及连续性较差的问题.实验结果表明,部分模糊度固定算法可在2 min内固定95%以上宽巷模糊度解算与80%以上窄巷模糊度,约20 min后可固定所有模糊度.
非均匀分层对GNSS水汽三维层析的影响
郜尧, 杨力, 朱恩慧, 赵爽
2019, 44(2): 46-53. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2019.02.006
摘要:
针对目前地基全球卫星导航系统(GNSS)层析大气水汽精度不高的问题,本文提出对网格划分垂直方向非均匀分层的方法,提高了区域层析结果精度.基于多系统GNSS观测数据,对河南地区东经111.5°~115.5°,北纬33.6°~35.6°区域上空水汽分布进行层析探测,研究垂直分层方法对层析结果的影响,垂直方向采用均匀和非均匀两种分层方式,得到的水汽密度结果与探空反演水汽密度值都非常接近,对比来看,非均匀分层层析在相关系数、均方根误差和平均偏差等数据分析方面表现出了较好的数据精度,采用非均匀分层方法可以得到更优的大气水汽反演结果.
 BDS/GPS中长基线宽巷准厘米级RTK算法
高春伟, 赵利江, 刘海红
2019, 44(2): 54-58. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2019.02.007
摘要:
针对常规实时动态(RTK)定位技术中长基线初始化时间较长、定位结果不稳定的问题,提出了一种基于部分模糊度固定策略的BDS/GPS宽巷卡尔曼滤波RTK定位方法,从充分发挥宽巷观测值波长较长和宽巷模糊度易于固定的优势,避免低高度角卫星对模糊度解算的影响,从而提高中长基线情况下的模糊度固定率. 同时采用附加宽巷模糊度参数的卡尔曼滤波方法计算浮点解,以固定高于设置模糊度解算截止高度角的卫星进行定位,并解算电离层活动较剧烈的25~76 km的中长基线. 通过3组试验,结果表明,BDS/GPS双系统联合定位宽巷模糊度固定率均接近100%,76 km基线模糊度固定率达到99.9%,定位精度达到厘米级或准厘米级.
GNSS干扰源测向方法对比分析
柴慧斯, 张风国
2019, 44(2): 59-62. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2019.02.008
摘要:
随着电子设备的种类和数量的日益增多,电磁环境日益复杂,为保证全球卫星导航系统(GNSS)终端设备的正常运行,需要及时查找和排除干扰源,其中干扰源测向技术是核心技术之一. 本文对比幅法、比相法、空间谱等多种干扰测向方法的优劣性进行了对比分析,对确定合理有效的干扰源测向技术及相关设备的研制有重要意义.
基于BDS三频信噪比的多径误差检测技术研究
袁阳, 张云, 杨树瑚, 韩彦岭, 洪中华, 王静
2019, 44(2): 63-69. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2019.02.009
摘要:
多径误差指间接波对直接波的破坏性干涉而引起的接收机与卫星的距离误差,具有时变特性,难以通过模型改正或差分技术等方法予以消除. 但在存在多径干扰的情况下,同一颗卫星不同频率上的信噪比会发生波动,基于该特征,本文提出一种用信噪比检测多径误差的方法:基于北斗卫星导航系统(BDS)三频信噪比的多径误差数据,建立一个关于信噪比的统计量Ssa (实验环境)以及计算开阔环境(低多径环境)的检测阈值T,通过比较Ssa T的大小关系来检测BDS卫星多径误差. 实验结果表明:该方法可以有效探测BDS卫星多径误差,并基于检测阈值和位置精度因子(PDOP)的变化对该某段时间内的卫星予以剔除,获得更好的定位效果.
基于支持向量机的GNSS时间序列预测
邓永春, 徐跃, 徐丹丹, 贾雪, 田先才
2019, 44(2): 70-75. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2019.02.010
摘要:
在深度学习的理论框架下,针对预测全球卫星导航系统(GNSS)时间序列,传统的经验风险最小化预测模型误差大精度低,泛化性能差且对历史数据的经验依赖大的问题.提出一种采用结构风险最小化原则的基于支持向量机(SVM)的时间序列预测模型.通过和多层的BP神经网络预测模型预测效果比较,结果证明SVM预测模型拥有更好的时间序列预测效果.
对流层映射函数对GNSS反演可降水量的影响分析
黄逸宇, 魏冠军, 任瑞
2019, 44(2): 76-83. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2019.02.011
摘要:
对流层映射函数是将对流层天顶延迟转化为信号传播路径上总延迟的重要模型,选择合适的映射函数对反演大气可降水量(PWV)精度的提高具有十分重要的意义.本文研究了对流层映射函数对反演PWV精度的影响,选取VMF1、GMF、NMF 3种映射函数,利用GAMIT解算比较3种映射函数在不同季节、不同高度角对网基线解算以及反演PWV的精度影响.结果表明,在进行PWV反演时,选择10°高度角作为解算截止高度角的GMF函数模型反演精度最佳,为进一步提高GNSS水汽反演的实时精度提供了参考.
利用多面函数拟合和欧拉矢量法建立福建省GPS速度场模型
杜仲进
2019, 44(2): 84-88. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2019.02.012
摘要:
通过处理福建省卫星导航定位基准服务系统(FJCORS)2013-2015年观测资料,获得GPS站实测运动速度值,在此基础上,分别利用多面函数拟合法和欧拉矢量法构建了福建省及周边区域GPS速度场模型.内符合精度方面,多面函数拟合的速度精度南北分量为1.06 mm/a、东西分量为2.00 mm/a;欧拉矢量法得到的速度精度南北分量为1.36 mm/a、东西分量为1.22 mm/a.外符合精度方面,两种方法模拟得到的检核点速度值与实测速度值的较差均在±2.28 mm/a以内.在福建省陆域内,两种方法得到的速度场具有高度的一致性,运动速度均为35 mm/a左右,运动方向为SE-E向.
香港CORS站坐标时间序列分析研究
陈晨, 魏冠军, 高志钰, 寇瑞雄
2019, 44(2): 89-97. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2019.02.013
摘要:
针对不同地区连续运行参考站(CORS)坐标时间序列周期特性与噪声特性存在的差异性问题,本文采用功率谱分析法和极大似然法分析香港卫星参考站网(SatRef)的坐标时间序列. 研究结果表明,参考站点的三个坐标分量上都存在明显的年周期项与半年周期项. 各参考站坐标分量上的噪声特性存在多样化的特征,白噪声(WN)加闪烁噪声(FN)是主要噪声模型,仅考虑WN而忽视有色噪声(CN)的做法会大大低估参数估计的不确定度. 根据最优噪声模型估值得出的SatRef站速度场在水平方向上有整体向东南方向运动的趋势,与华南块体的运动结果基本一致.
BDS精密单点定位在桥梁变形监测中的应用
刘明亮, 丁克良, 刘亚杰, 于龙昊, 鲍东东
2019, 44(2): 98-102. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2019.02.014
摘要:
桥梁变形监测是进行桥梁健康评估和后期修缮的重要内容.本文基于北斗卫星导航系统(BDS)精密单点定位技术,对实时采集的高频率BDS/GPS数据进行精密单点定位(PPP)静态和动态处理,并以相对静态定位结果作为参考,分析在桥梁复杂环境下BDS的PPP的精度,并把北斗动态PPP结果与GPS做对比.研究结果表明,在1 h连续变形监测时间左右,北斗静态PPP精度和BDS动态PPP定位精度可以达到厘米级,可以监测出大型车辆经过桥梁时的变形情况,并与GPS监测变形趋势基本一致.
精密星历与广播星历下C级GPS网解算精度分析
徐东彪, 刘豪杰, 范朋飞, 刘朋俊, 姚家俊
2019, 44(2): 103-109. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2019.02.015
摘要:
分别在精密星历与广播星历下采用TBC 2.8数据处理软件进行C级全球定位系统(GPS)控制网基线解算,并采用GAMIT加载精密星历文件进行基线解算,在COSAGPS软件中进行环闭合差统计及平差计算.针对上述方法得出的数据进行比较,分析TBC软件采用不同星历解算对C级GPS基线解算及网平差成果的影响,研究发现TBC在两种星历下均可进行C级GPS数据解算,但在精密星历下的基线解算精度较高,在工作中可根据实际情况采取恰当的方法作业.
BDS在浮式自供电消波堤通信中的应用
王世明, 王家之, 李泽宇, 李淼淼
2019, 44(2): 110-115. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2019.02.016
摘要:
为实现对浮式自供电消波堤的工作状态以及采集的水质信息进行收集控制,设计了基于北斗卫星导航系统(BDS)的浮式自供电消波堤通信系统.此系统旨在帮助网箱养殖用户利用消波堤结合通信系统,更好地实现对养殖网箱的保护以及对网箱周围水域水质的监测.通信系统利用BDS的无线电测定业务(RDSS)工作模式,采用定制的数据通信协议,实时定位消波堤位置、传输各类传感器采集到的信息以及用户指令.结合岸基服务器或工作站,实现对消波堤实时、全天候的监控,提高对浮式自供电消波堤的可控性.
广西现代测绘基准管理与综合服务平台构建与实现
杨翼飞
2019, 44(2): 116-121,126. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2019.02.017
摘要:
针对广西测绘基准管理运维和服务分散、机械和线下管理业务的不足,基于互联网、卫星导航定位和地理信息等技术构建广西现代测绘基准管理与综合服务平台,对广西现代测绘基准进行统筹监管、智能化运维管理和差分服务(C/S)与线上一体化服务(B/S).通过对卫星导航定位基准站并网管理,提升政务服务和安全监管的能力;利用视频监控、电子运维和委托保管制度实现运维的智能化;利用全线上申请、全球卫星导航系统(GNSS)自动化解算和多级多星定位服务,提升用户申请和使用[JP3]服务的便捷性和高效性,平台的建设明显提高了服务的质量和运维的水平.
小波阈值降噪在GPS伪距单点定位中的应用
王梦樱, 冯茗杨, 于杰
2019, 44(2): 122-126. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2019.02.018
摘要:
单点定位中多路径效应和接收机噪声等偶然误差对定位的精度影响较大,并且很难选取固定的模型对其减弱,针对上述问题,从全球定位系统(GPS)的信号结构、误差来源出发,剖析了小波分析的原理,采用离散正交小波db3对GPS伪距观测值C1进行了降噪处理.实验表明:使用上述方法对观测值进行处理后,在观测值质量较差的时段,定位精度可提高31.93%,在观测值质量较好的时段,定位精度可提高16.02%.