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全球定位系统

2019年  第44卷  第5期

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雾定位及其应用研究
施闯, 辜声峰, 景贵飞, 耿江辉, 楼益栋, 唐卫明
2019, 44(5): 1-9. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2019.05.001
摘要:
全球卫星导航系统(GNSS)的发展促进了基于位置服务(LBS)的迅速普及,人们对高可靠、高可信、高精度定位、导航、授时(PNT)服务需求日益迫切.PNT是一个融合多类技术、包括多级系统的体系架构.围绕PNT服务体系优化,国内外学者相继提出了全源导航定位(All source positioning and navigation)、弹性PNT(Resilient PNT)、云定位(Cloud Positioning)等新的架构和技术体系.本文提出以具备通信、计算、存储、定位、感知等能力的异构定位资源为基础设施,通过智能管理与调度分布在不同地理位置的异构定位资源实现用户高可靠、高可信、高精度的PNT信息服务.并由此给出了雾定位(Fog Positioning)与泛源导航定位(Omnipresent Positioning and Navigation)的定义,指出雾定位的定义由分布式计算架构演化而来,强调构成PNT服务体系的架构;而泛源导航定位的概念是从定位技术的发展演化而来,强调利用可获取的泛在导航定位数据源进行协同融合处理,实现泛在定位的能力.在此基础上,通过与云定位比较,指出雾定位是云定位向用户端的延伸,是定位资源的泛在化实现,同时雾是一种动态的、弹性的云,因此雾定位是一种具备“弹性”性能的PNT架构.而泛在定位是PNT信息服务发展重要目标,雾定位给出了实现这一目标的潜在手段,即泛源导航定位.最后,结合城市环境、室内环境等复杂场景,研究了雾定位/泛源导航定位的基本服务模式.
减小有用信号损失的BDS窄带干扰抑制技术研究
丁继成, 王奕方, 罗治斌
2019, 44(5): 10-17. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2019.05.002
摘要:
窄带干扰抑制的关键在于抑制干扰的同时尽可能地减少有用信号的损耗,论文基于时频域结合的干扰抑制方法,在完成频域干扰参数检测的基础上,重点针对影响干扰抑制效果和有用信号损耗的关键环节——无线冲激响应(IIR)陷波器的设计展开研究,根据零极点配置原理,通过理论研究和详细的推导分析,提出通过增加一对零极点,并结合理论计算确定极角与极径,在保证通带增益可控且过渡带对称的前提下,使陷波器得到更为陡峭的带阻特性,理论上可减少有用信号的损耗、提高抑制干信比. 与目前主流的时域最小均方算法(LMS)算法、基于快速傅里叶变换(FFT)的频域抑制算法和传统型时频域结合算法的仿真结果对比证明,提出的方法捕获峰噪比分别提升了53.47%、8.369%和5.907%,平均输出载噪比分别提升了5.1472 dB、2.0037 dB和0.5086 dB,在有效抑制干扰的同时,保留了更多的导航信号.
抗差估计在RTK/INS紧组合中的应用研究
储超, 黄亮, 杜仲进, 叶世榕
2019, 44(5): 18-25. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2019.05.003
摘要:
针对动态环境下GNSS/INS导航定位结果常受粗差影响的问题,提出了一种基于抗差卡尔曼滤波的GPS/BDS双系统RTK/INS紧组合导航定位算法,根据方差膨胀模型,建立抗差卡尔曼算法,得到GNSS/INS紧组合抗差解,并通过两个不同区域的实测车载实验进行了算法验证. 实验结果表明:本方法相较于传统方法,在N、E、D三个方向的导航精度分别提高1.4~4.6 cm,0.7~9 cm,1.5~2 cm,模糊度固定成功率提高10.3%~25.6%,导航精度及可靠性得到显著提高,对动态环境下车载或自动驾驶等应用具有一定的理论参考和实用价值.
BDS RTK/MEMS-INS组合数学模型研究与性能分析
刘崇锦, 高周正, 涂锐, 张睿, 韩军强, 卢晓春
2019, 44(5): 26-34. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2019.05.004
摘要:
卫星导航系统和惯性导航系统(INS)具有极强的互补性,两者组合能有效提高导航定位结果的可用性、连续性和可靠性. 随着北斗卫星导航系统(BDS)的快速发展和低成本惯导元件(IMU)性能的不断提高,进行基于BDS和低成本IMU的组合导航系统相关理论和技术研究具有很强的研究意义和实用价值. 本文首先对BDS RTK/M-EMS INS组合理论模型进行推导,并利用实测车载数据对组合系统的性能进行分析. 实验结果表明,在BDS中引入低成本IMU,可以在不损失定位精度的同时有效改善测速精度. 组合后在车载动态中定位精度影响为mm级,而速度误差改善在北、东、地方向达到了75.8%、79.5%、66.7%. 此外,在BDS+INS紧组合中使用双频数据可以改善测速定姿精度,速度误差改善为18.2%、33.3%、33.3%,姿态误差改善为41.1%、26.7%、59.0%.
基于虚拟观测值的伪距差分方法研究
赵亚枝, 谷守周, 秘金钟, 刘一, 陈冲
2019, 44(5): 35-40. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2019.05.005
摘要:
针对当前伪距差分服务观测值双差模式基准站坐标涉密不能在线传输与伪距改正数模式标准格式无法兼容北斗卫星导航系统(BDS)的问题,本文基于局域连续运行参考站(CORS)网数据,生成虚拟格网综合伪距改正数,并进一步生成虚拟伪距观测值,向用户实时播发虚拟观测值与站点坐标,用于用户差分定位.实验证明,虚拟格网伪距观测值差分可为用户提供平面亚米级、垂直优于1.5 m的定位服务.对实验数据进行分析,给出了格网差分最优配置方案.本文方法在解决上述两个问题的基础上由于服务端计算压力恒定,不受用户数限制,从算法上解决了大量用户并发接入服务的问题.
基于超快速星历反演大气可降水量的精度分析
师芸, 邬康康, 申靖宇
2019, 44(5): 41-46. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2019.05.006
摘要:
水汽是预报某些灾害性天气的重要依据,因此及时获得高分辨率的水汽产品对精准预报天气具有至关重要的意义.针对最终精密星历更新速度较慢、时延较长,无法满足实时反演大气可降水量的要求,提出一种利用超快速星历代替最终精密星历反演大气可降水量的方法:基于地基GNSS反演大气可降水量的原理,利用GAMIT软件,根据国际GNSS服务(IGS)网站提供的不同精度的星历产品获得大气可降水量,并与气象探空站所获得的大气可降水量对比分析.研究结果表明,利用超快速星历所获得的大气可将水量与最终精密星历一致,二者平均差值优于0.1 mm,且与探空站测得的大气可降水量值非常一致,其精度可以满足天气预报的需求.
CME对IGS基准站坐标序列噪声模型及速度估计影响分析
马飞虎, 岳祥楠, 贺小星, 金依辰
2019, 44(5): 47-54. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2019.05.007
摘要:
以50个IGS基准站坐标时间序列为研究对象,采用赤池信息量准则(BIC)模型估计准则对四种组合噪声特性进行估计分析,探讨共模噪声(CME)对IGS基准站坐标时间序列噪声模型及站速度影响. 结果表明CME会导致IGS基准站坐标序列噪声模型的有偏估计,并影响站速度的确定精度,准确估计基准站速度参数时应对CME进行修正;经CME修正后IGS基准站周年运动周年项振幅有所减小,高程方向更为明显,表明滤波后IGS基准站周年运动相对稳定.
一种可用于GNSS干扰分析的FDR计算方法
贺飞扬, 刘东华
2019, 44(5): 55-58. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2019.05.008
摘要:
针对目前电磁兼容分析领域中频率相关抑制(FDR)计算偏理论化、计算精确度不足和可操作性不强的特点,引入一种基于高斯勒让德积分算法的FDR计算方法并介绍其相关软件的使用方法,该软件与目前常用的计算方法相比,具有计算精度高、操作简易、实用性强等特点,采用典型案例分析对方法进行了说明,可为无线电管理人员在开展全球卫星导航系统(GNSS)干扰分析工作提供有效辅助支撑.
顾及有色噪声的ETS对GPS坐标时间序列影响分析
王子舆, 李仲勤
2019, 44(5): 59-65. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2019.05.009
摘要:
以12个GPS站12年的坐标序列为研究对象.采用Kashyap信息准则(KIC)噪声模型估计准则对四种组合噪声特性进行估计,探讨慢滑移(ETS)现象对GPS站坐标时间序列的影响,结果表明:ETS引起了GPS站坐标序列模型的变化,E、N方向分量噪声模型占比与U分量模型占比差异较大,可能造成噪声模型的错误估计;ETS后的站速度及其不确定度相比ETS前站速度及其不确定度均有增加,且在U分量表现明显;特殊地理位置的测站可进行标记研究,尽量减少地震运动带来的不利影响,为地壳运动研究提供有价值的参考资料.
不同插值方法对GPS时间序列的影响分析
杨登科
2019, 44(5): 66-69. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2019.05.010
摘要:
针对现有GPS时间序列研究中不同插值方法对比方面研究不足,文中选取ITRF2008框架下的7个IGS基准站坐标时间序列,按照其缺值情况分为6种方案,分别采用线性插值、三次样条插值、拉格朗日插值和建模插值等6种方法对不同缺值情况下的GPS时间序列进行插值,并对不同方法的插值效果进行对比分析.结果表明,三次样条插值和拉格朗日插值效果较差;当缺值数量较少时,最邻近插值、线性插值、三次多项式插值和建模插值效果相差不大;随着缺值数量的增加,建模插值效果最好.
云南及周边地区GNSS数据处理方法优化
徐良叶, 邵德盛, 吴学群, 王伶俐, 王岩, 张秋林
2019, 44(5): 70-76. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2019.05.011
摘要:
采用麻省理工学院开发的GAMIT/GLOBK软件,将2015年-2016年全球347个IGS站观测数据分七个子网解算,得到一个固定的参考框架来解算云南及周边地区的35个全球卫星导航系统(GNSS)基准站的坐标,测站坐标均方根误差水平方向在0.7 mm以内,垂直方向在0.3 mm以内,水平方向的坐标重复性精度在5 mm以内,垂向坐标的重复性精度大多数在2.5 cm以内;与在ITRF2014下解算的测站坐标、基线长度、水平速度场结果对比表明:测站坐标存在系统误差,水平方向上的差异在8.5 mm以内,垂直方向上在3 cm以内;基线长度差异在2 mm以内,水平速度场在数值上存在毫米级的差异,方向上基本一致.
单系统伪距单点定位在不同地区的精度分析
徐宁辉, 陆杰, 梁月吉
2019, 44(5): 77-84. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2019.05.012
摘要:
为探讨不同区域不同系统伪距单点定位的精度,本文建立了四种单系统伪距单点定位模型,对各单系统的定位结果进行对比分析.选取MGEX提供的全球卫星导航系统(GNSS)数据作为算例分析.结果表明:不同的区域,各单系统体现出不同的定位效果;在N、E和U方向上,GPS的定位残差多数在-5~5 m之间变化;GLONASS的定位残差均在-15~15 m之间变化;北斗卫星导航系统(BDS)在亚洲区域的定位结果远优于其他区域,残差变化较平缓.Galileo受时段长度的限制,对于较长的有效时段,Galileo在三个方向上的定位结果稳定,定位精度也可达到5 m
BDS格网点电离层信息性能评估
刘宸, 王威, 姜意, 徐奥, 朱伟刚
2019, 44(5): 85-90. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2019.05.013
摘要:
电离层延迟是造成卫星导航系统误差的重要来源之一,因此,电离层延迟的修正精度直接影响用户定位精度.随着北斗卫星导航系统(BDS)全面服务亚太地区,用户对BDS高精度定位导航服务的需求日益迫切.同时BDS将基本导航服务和广域差分服务进行了一体化设计,为用户发布了高更新频率的格网点电离层信息,有效提升了用户的定位精度.本文利用2017年1月—2018年10月的数据对BDS格网点电离层信息的服务范围和服务精度进行评估,结果表明:格网点电离层信息有效覆盖区域基本覆盖中国区域,修正偏差约1.62 TECU,修正率约为86.7%;格网点电离层信息修正精度具有季节变化,冬季修正精度较低且波动较大,修正率约为82%,其他季节修正率均优于87%;修正偏差、修正率白天均高于夜间;格网点电离层信息具有较强的抗拢动能力.
基于BDS精密星历产品的水汽探测性能分析
吴旭祥, 郭秋英, 侯建辉
2019, 44(5): 91-99. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2019.05.014
摘要:
研究北斗卫星导航系统(BDS)反演大气可降水量的性能有利于推动BDS在数值天气预报、气象学研究等方面的应用. 基于武汉大学发布的BDS最终精密星历产品(WUM)、快速精密星历产品(WHR)和超快速精密星历产品(WHU),利用MGEX站和单基站连续运行参考站(CORS)提供的全球卫星导航系统(GNSS)多模观测数据,在验证三种BDS精密星历产品解算对流层天顶延迟的精度达到要求后,将基于三种BDS精密星历产品解算的大气可降水量分别与GPS水汽探测结果、ERA-5再分析资料和探空站数据进行对比,分析基于三种精密星历产品的BDS水汽探测性能. 实验结果表明:基于BDS最终精密星历产品的大气水汽探测精度高于快速星历产品和超快速星历产品,三种BDS星历产品反演大气可降水量的相对精度和可靠性与GPS相当,满足中小尺度数值天气预报和气象学研究等要求.
基于无人机影像的建筑物实景三维建模方法
姚永祥, 段平, 李佳, 成李博, 李晨, 王云川
2019, 44(5): 100-105. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2019.05.015
摘要:
阐述了当前建筑物三维建模的发展现状,探讨了一种无人机(UAV)倾斜影像和全球定位与惯性导航系统(POS)数据相结合构建建筑物实景三维模型的方法.通过POS辅助空中三角测量、数字表面模型构建、实景三维模型生成及三维建模精细化修正等步骤保证了实景三维模型建模质量和效果.试验结果表明:构建的实景三维模型精度较高,纹理清晰几何变形小.
GNSS精密控制网在特大型桥梁施工监测中的应用——以虎门二桥为例
王晓明, 曾旭平, 马鑫程, 杨红, 辛明真, 王发省, 阳凡林
2019, 44(5): 106-110. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2019.05.016
摘要:
以虎门二桥为例,介绍了全球卫星导航系统(GNSS)精密定位技术在特大型桥梁中的具体应用,在基线解算时,通过提高概略坐标精度、选择合适的解算策略、合理的约束条件等提高控制网解算精度,使得控制网成果的各项精度指标满足要求.对虎门二桥8期测量成果的统计,进一步验证了控制网的测量精度,通过对部分点位坐标较差的计算,统计了点位的具[JP2]体变动情况,采用单点检验法评定了控制点的稳定性,为其他类似跨海工程控制网提供了参考.
GPS高程拟合在既有轨道高程勘测中的应用研究
任洁, 韩峰
2019, 44(5): 111-116. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2019.05.017
摘要:
实时动态(RTK)技术的应用对于提高既有轨道勘测效率具有重要意义. 目前,针对传统水准测量效率低且由于高程误差,GPS-RTK尚不能替代传统水准测量手段的问题,提出了一种自动化二次曲面拟合模型,研究不同间隔控制点条件下的高程拟合精度. 为此,在试验现场分别获取同点位系列的内外轨RTK及水准测量高程数据,分析了基于RTK的轨面GPS高程测量数据应用可行性及处理方法. 结果表明,在引入一定控制点条件下,在500 m间隔内采用自动化二次曲面模型拟合后得到的GPS高程数据可较好地满足既有线勘测要求.
基于虚拟观测的CORS定位数据处理方法及应用
邰贺
2019, 44(5): 117-122. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2019.05.018
摘要:
针对城市连续运行参考系统(CORS)下网络实时动态(RTK)在特殊环境中无法获取固定解的情况,提出了基于虚拟观测数据的后处理解算方法,探讨了基于Trimble Pivot platform软件生成虚拟观测数据和利用TBC软件网求解观测点位置的解算流程和步骤,分析了虚拟观测数据的使用对解算精度的影响.实例分析结果表明,虚拟观测数据各项质量评估指标均与真实观测数据相当,且通过实际工程进行了验证,确定了虚拟观测数据具有一定的可靠性.