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全球定位系统

2019年  第44卷  第6期

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面向BDS时空数据的多粒度时空模型构建研究
邓超, 王磊, 章秉川, 贾宝
2019, 44(6): 1-6. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2019.06.001
摘要:
针对北斗卫星导航系统(BDS)时空数据组织管理过程中数据存储与分析困难的问题,本文面向BDS时空数据,通过分析其数据特征,引入时空粒化思想,从空间粒度、时间粒度、时空粒度三个粒度对BDS时空对象进行多粒度表达.参考面向对象和基态修正模型的方法,建立BDS多粒度时空数据模型的概念模型,提出一种BDS时空对象多粒度表达方法,并实例证明该方法可以实现BDS时空数据的组织与存储.
干扰对BDS信号频域及调制域的影响评估
刘瑞华, 梁欣萌
2019, 44(6): 7-13. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2019.06.002
摘要:
北斗卫星导航系统(BDS)极易受到空中或地面干扰的影响,信号质量因此发生改变,导航性能大大降低.评估干扰对BDS信号质量的影响,可以为干扰监测技术奠定基础.借助矢量信号源发出不同类型的干扰信号,通过时频分析设备获取其信号特性,并将干扰叠加到由高增益天线接收到的实际BDS信号中,对叠加数据进行离线处理,从频域及调制域两方面分析信号质量.结果表明:空间环境的干扰恶化了BDS信号,不同类型的干扰对信号质量影响程度不同,功率谱及星座图处理结果可作为分析干扰环境中BDS信号质量的基本依据.
BDS中轨卫星搜救系统返向链路技术与应用
高雅, 何泽骅
2019, 44(6): 14-19. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2019.06.003
摘要:
国际卫星搜救系统为航海、航空和陆地用户提供免费的遇险报警服务. 按照国际搜救卫星组织中轨道卫星搜救实施计划的最新进展,介绍了国外全球卫星导航系统(GNSS)的返向链路服务,返向链路服务将作为一项先进功能,为遇险报警人员实现报警确认、双向搜救信息交互的能力,提升遇险人员的存活信心,依据北斗卫星导航系统(BDS)特色,对BDS中轨卫星搜救系统的返向链路技术发展与建设应用进行探讨.
北斗三号基本系统伪距单点定位性能分析
张亮, 贾小林, 王海春, 孙鹏飞
2019, 44(6): 20-26. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2019.06.004
摘要:
北斗三号(BDS-3)已经完成基本系统建设,并于2018年12月27日开始正式提供全球服务. 本文选取了全球分布的12个国际GNSS监测评估系统(iGMAS)跟踪站数据,对北斗二号(BDS-2)和北斗三号(BDS-3)及其组合的定位性能进行研究,分析了空间位置精度因子(PDOP)、卫星可见数,以及单双频伪距单点定位精度. 结果表明:BDS-3各频点单频定位精度由高到低的顺序为B1C、B2a、B1I、B3I,BDS3双频定位精度B1C/B2组合优于B1I/B3I组合;在亚太区域,BDS-2/BDS-3相对于BDS2定位精度提升大于14%.
BDS/Galileo系统观测数据质量分析
谭理庆, 黄亮, 杜仲进, 叶世榕, 夏凤雨
2019, 44(6): 27-24. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2019.06.005
摘要:
卫星导航系统观测数据质量的好坏直接影响到该系统全球化应用进程.本文重点分析评估了BDS/Galileo系统观测数据的质量,选用21个分布在全球各地MGEX观测站2019年年积日66-76日的观测数据,主要从数据可用率、数据完整率、多路径效应等方面对BDS/Galileo系统观测数据进行了质量评估,同时与GPS系统观测数据质量进行对比分析.实验结果表明:BDS/Galileo系统已具备全球定位能力,Galileo系统数据质量稍优于BDS/GPS,BDS和GPS基本上处于同一水平.
BDS-3卫星对BDS全球定位性能提升分析
张昆仑, 郭将
2019, 44(6): 35-45. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2019.06.006
摘要:
随着北斗卫星导航系统(BDS)建设与组网工作的不断推进,北斗3号(BDS-3)已开始提供全球定位服务,其定位性能是广大用户关注的主要问题之一. 为了评价BDS在全球各地区定位可用性与精度,本文选取了全球范围内可接收北斗2号(BDS-2)与BDS-3卫星播发信号的44个静态观测站,分别使用BDS-2卫星与北斗2/3号(BDS-2/3)卫星的B1I与B3I信号及其无电离层组合观测值进行标准单点定位解算,同时使用广播星历解算BDS在全球范围的可见卫星数与位置精度因子(PDOP)分布情况. 结果表明,相对于BDS-2卫星,BDS-3卫星可以在全球范围内增加2~4颗可见卫星,同时减小了PDOP值和定位结果噪声,将BDS服务范围从亚太地区进一步扩展至全球. 另外,全球参考站双频无电离层组合可实现水平方向1.5 m、高程方向3 m的定位精度,单频定位也可实现水平2.5 m,高程4 m的定位精度. 本文还进行了手持动态实验,结果表明,BDS-2/3动态条件下可实现水平方向约2 m、高程方向约4 m的定位精度. 总的来说,目前BDS可以实现全球水平方向优于2 m,垂直方向优于4 m的伪距单点定位,满足绝大部分全球用户的定位需求.
基于AIS的BDS差分数据播发系统研究、验证及其应用展望
沈建军, 庞波波, 卢红洋, 于渊, 王文良
2019, 44(6): 46-51. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2019.06.007
摘要:
针对自动识别系统(AIS)不支持北斗卫星导航系统(BDS)差分数据播发问题,本文开展了AIS差分电文信息传输及通信协议研究,提出了AIS播发BDS差分数据解决方案,搭建了一套测试演示系统,验证了AIS播发BDS差分数据系统的可行性和BDS AIS船台动静态定位精度可达米级,并对该系统在海事领域的应用进行了展望.
BDS GEO卫星对GPS精密单点定位的影响分析
汪宇豪, 孟瑞祖, 田先才
2019, 44(6): 52-57. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2019.06.008
摘要:
为了研究北斗卫星导航系统(BDS)GEO卫星对全球中圆地球轨道(MEO)星座精密单点定位(PPP)的影响,本文利用MGEX站点连续7天的观测数据,将BDS GEO卫星和MEO卫星进行组合,对可见卫星数,定位精度和收敛时间进行了分析. 实验结果表明,在MEO卫星中加入GEO卫星可以得到更好的空间几何构型,两者的定位精度相当;GEO卫星和MEO卫星组合可以缩短收敛时间,在MEO卫星定位较差时,加入GEO卫星可以提高定位的可靠性.
基于BDS PPP技术的超高层建筑变形监测
王炜栋, 王明孝
2019, 44(6): 58-62. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2019.06.009
摘要:
超高层建筑变形监测是后续超高层建筑维护与修缮的重要内容.目前我国北斗卫星导航系统(BDS)已被广泛应用于建筑物的变形监测,本文利用BDS精密单点定位技术(PPP),根据高频超高层建筑BDS变形监测数据,以静态网解算三维坐标为基准,分析超高层建筑复杂环境下BDS数据质量、PPP定位精度以及超高层变形趋势.研究结果表明,在监测时间段内,BDS卫星数多于GPS,空间几何分布精度略低于GPS,观测时间达1 h以上开始收敛,水平向定位精度可以达到1 cm,竖直向定位精度可以达到2 cm,能满足超高层建筑变形监测的精度要求,可为今后的超高层建筑变形监测提供一种新的技术手段.
基于BDS的USV路径规划研究
王 儒, 吴子岳, 李二杨
2019, 44(6): 63-69. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2019.06.010
摘要:
介绍了一种基于MATLAB/BDS的水面无人船(USV)整体系统设计.为了使USV在自主路径规划上运动更加精确,USV通过无线通讯模块与上位机交流,将北斗卫星导航系统(BDS)发送的位置数据信息与MATLAB规划路径结合起来,通过上位机软件规划处理,规划出精准的运动轨迹,同时将控制信息发送给USV,由嵌入式控制板STM32操纵整个船体运行.试验将真实测试数据、MATLAB规划的路径数据、BDS规划的路径数据、以及两方整合数据相比较,结果表明:基于MATLAB/BDS路径规划的偏差有明显降低,为提高路径规划的准确性提供可行性办法.
BDS在仿生机器鱼中的应用研究
崔秀芳, 石福孝, 李培培, 陈刚, 王宏宇
2019, 44(6): 70-74. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2019.06.011
摘要:
仿生机器鱼作为水下机器人行业的一个重要分支,在探索海洋资源方面发挥着重要作用.本文论述了北斗卫星导航系统(BDS)在仿生机器鱼中的应用,并基于BDS的仿生机器鱼基本定位原理,提出了多导航方式组合技术.对基于BDS的仿生机器鱼机械结构进行了模块化设计,说明了BDS在仿生机器鱼位姿解算以及路径规划技术中的应用,设计并搭建了基于BDS的仿生机器鱼的硬件系统,并在实验室自主设计的仿生机器鱼上实现.
无人机机载相机曝光时刻摄影中心三维坐标高精度插值算法研究
库新勃, 邓岩, 高晓, 唐新庄
2019, 44(6): 75-80. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2019.06.012
摘要:
随着机载定位定向系统(POS)的不断完善,无人机技术已成为高精度摄影测量的重要途径.由于POS系统中全球卫星导航系统(GNSS)接收机的采样频率有限,需要对机载相机曝光点时刻摄影中心三维坐标进行插值计算.本文对常用的四种插值算法进行了研究,并通过实测数据对比不同插值算法的优劣,结果表明,当GNSS原始数据采样频率高于1 Hz时,三次样条插值算法误差均方根误差优于5 cm,更适用于无人机曝光时刻摄影中心三维坐标的高精度插值.
不同精密星历对震时高频GNSS解算结果精度分析
师芸, 申靖宇, 邬康康, 张璐, 曹翠华, 田凡
2019, 44(6): 81-85. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2019.06.013
摘要:
进行震时高频全球卫星导航系统(GNSS)数据解算时,不同的精密星历对GNSS解算结果会有不同的影响.本文针对IGS数据中心提供的最终精密星历(IGF)和快速精密星历(IGR)在震时高频GNSS数据解算结果中的精度进行分析,从理论上探讨不同星历对震时高频GNSS数据精度的影响,选取2010年Baja地震的高频GNSS数据采用GAMIT/TARACK单历元动态定位方法进行解算分析,结果表明,两种星历对震时高频GNSS数据结果相差不大, 在E、N方向上差值最大不超过2.2 cm,在U方向上差值最大不超过4 cm,且两种星历E、N、U方向均方根偏差小于2,解算震时高频GNSS数据时不同精密星历对解算结果精度影响差别在厘米级,当进行震时高频GNSS数据处理工作时,可使用不同精密星历进行替代解算.
基于无人机航摄影像的数字线划图生成方法
成李博, 段平, 李佳, 姚永祥, 李晨, 王云川
2019, 44(6): 86-91. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2019.06.014
摘要:
数字线划图(DLG)是国家与城市建设中重要的基础数据源,传统测绘作业数据作为DLG生产的基础,存在产品误差较大,产品质量得不到保证的缺点. 本文基于无人机航摄影像进行DLG产品制作研究,实施了一种快速生成DLG产品的方法,通过质量分析和结果检验,证明了该方法的可行性.
对流层延迟在GAMIT解算短基线的应用分析
周建营, 陈国恒, 张惠军
2019, 44(6): 92-96. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2019.06.015
摘要:
以华南沿海地区短基线GNSS-C级网为例,使用GAMIT软件,分别采用对流层延迟估计与对流层延迟不估计的解算策略,选取丘陵地区、海岛地区、平原地区三个区域短基线向量数据作为样例,比较分析两种策略在不同地理环境下的短基线数据解算精度,并结合整个短基线全球卫星导航系统(GNSS)控制网的数据进行解算分析.试验结果显示,对流层延迟估计与对流层延迟不估计的解算策略在三个区域的基线U分量精度均良好,但后者精度优于前者.整网的基线重复性方面,对流层延迟估计与对流层延迟不估计的解算策略精度均良好,但前者精度略优于后者.
多系统双频精密单点定位不同模型下性能比较分析
陈杰, 刘正才, 苏珂, 郭佳宾
2019, 44(6): 97-103. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2019.06.016
摘要:
通过2018年1月多全球卫星导航系统(GNSS)实验(MGEX)的十个测站数据,采用无电离层模型和非差非组合模型,对单系统、双系统和四系统精密单点定位(PPP)进行定位性能分析,定位性能包括收敛时间和定位精度. 实验结果表明,两种PPP模型定位性能相当,但优于单频PPP,在E、N和U方向收敛时间缩短20 min左右,定位精度提高1.6 cm左右;联合多系统能够增加卫星数,改善卫星间几何构型,提升PPP的定位性能. 对GLONASS伪距频间偏差(IFB)采用估计每颗GLONASS卫星的伪距IFB模型和伪距IFB为频率二次多项式模型提升PPP的定位性能,结果表明估计每颗GLONASS卫星的伪距IFB模型要优于伪距IFB为频率二次多项式模型,估计伪距IFB相比忽略伪距IFB在PPP定位性能上有不同程度的提升.
TEQC数据质量可视化分析软件设计与应用
卢立果, 吴彬, 赵宝贵, 胡伟建, 徐兆祥, 陈荣清
2019, 44(6): 104-109. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2019.06.017
摘要:
全球卫星导航系统(GNSS)观测值的数据质量是保证GNSS高精度定位的前提,为提高数据质量需要对GNSS观测值进行数据预处理,目前应用较为广泛的是UNAVCO Facility机构开发的TEQC软件.由于TEQC是DOS环境下的命令式,没有图形操作界面,人机交互性较差,生成的绘图结果文件需要借助QCVIEW等可视化软件处理,但这些软件尚无法对TEQC 2013.3.15以上版本生成的compact 3格式文件进行图形分析.因此,本文基于MATLAB GUI开发了一套适用于compact 3结果文件的可视化界面软件(TEQCplot View),实验测试结果表明:该软件性能稳定,可实现对不同结果文件的可视化分析.
一种GNSS双天线姿态确定及点位标定方法研究
代桃高, 宫帅帅, 魏明, 郭佳郁, 夏震远
2019, 44(6): 110-115. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2019.06.018
摘要:
针对难以通过全球卫星导航系统(GNSS)直接测量的目标点位动态标定问题,讨论了GNSS双天线姿态确定的方法,且对存在的由安装误差等因素引起的姿态不一致做了推导分析,提出了一种基于GNSS双天线的点位动态标定原理和试验验证方法,并对点位动态标定的精度进行了分析.通过飞行试验算例分析得出:该方法可实现优于3 cm的动态标定精度,为载体目标点位动态标定提供了一种新的解决方案.
海上动态GNSS浮标的周跳处理算法
孔 超, 雷孟飞, 周俊华
2019, 44(6). doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2019.06.019
摘要:
常规全球卫星导航系统(GNSS)周跳探测方法大多忽略了高度角对多路径误差以及观测噪声的影响.由于海上GNSS浮标的数据质量受海面影响很大,在卫星高度角降低时其观测噪声和多路径误差显著增大,且具有高频周跳特点,常规GNSS周跳探测方法并不适用.据此,提出了一种综合电离层总电子含量变化率(TECR)和顾及高度角加权阈值模型的改进双频码相组合(MW)探测法的周跳探测与修复方法.实验结果表明:该方法能有效抑制低高度角和多路径影响带来的信号噪声,准确探测到各种类型周跳,可有效应用于海上GNSS浮标的数据预处理.