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全球定位系统

2020年  第45卷  第3期

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GPS/BDS ARAIM算法性能测试
王剑, 董開琳, 刘瑞华
2020, 45(3): 1-7. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.03.001
摘要:
针对高级接收机自主完好性监视(ARAIM)算法的适航性,基于实测数据,对GPS/BDS ARAIM算法故障检测与排除的性能和可用性预测的性能进行了测试. 结果表明:GPS/BDS组合系统下ARAIM算法故障检测与排除的性能良好,对大于100 m的阶跃型故障,正确检测与排除的效率达到99.9%;GPS/BDS组合系统下ARAIM的单点可用性良好,完全满足LPV-200的完好性性能要求,中国范围内的可用性覆盖率达到99%,世界范围内的可用性覆盖率达到90%以上. 由此可知,GPS/BDS ARAIM算法性能良好.
“墨子号”卫星空间安全评估
蒋虎, 邓雷, 余金培
2020, 45(3): 8-10. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.03.002
摘要:
“墨子号”卫星是2011年中科院空间科学战略性先导科技专项首批批准的五颗科学实验卫星之一,旨在建立卫星与地面远距离量子科学实验平台,并在此平台上完成空间大尺度量子科学实验任务.作为一颗科学卫星,它已经为中国在空间量子通信领域奠定了基础,受到国内外的普遍关注.2019年1月起,“墨子号”卫星开始进入延寿期工作,该卫星仍然承担着繁忙的拓展实验任务,包括国际合作实验任务等.“墨子号”卫星在轨空间安全问题成为“墨子号”卫星团队的关注点之一.本文基于国际空间碎片或空间目标数据信息,结合“墨子号”卫星星历数据,仿真了2020年3月17日-3月24日,“墨子号”最可能遭遇的空间碎片或空间目标情况,并给出了一些重要参数结果,对“墨子号”卫星运行具有参考作用.
BDS似单差模型变形信息快速解算与分析
陈佩文, 余学祥, 张浩
2020, 45(3): 11-15. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.03.003
摘要:
针对基于GPS下似单差模型不能解算大变形量的问题,文章充分利用北斗卫星导航系统(BDS)全星座播发三频信号的优势,采用BDS三频组合观测值模糊度快速解算方法快速解算模糊度,实现似单差模型下BDS单历元快速提取大变形信息,并比较了BDS和GPS下似单差模型的解算精度.高精度三维移动变形测试平台实验表明,采用上述方法,BDS似单差模型可快速解算大变形量,且BDS和GPS系统下似单差模型的解算精度相当,可达到厘米级.
MADOCA-LEX高频GPS卫星钟差短期预测精度分析
虢盛, 张绍成, 李玮, 独士康
2020, 45(3): 16-21. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.03.004
摘要:
日本准天顶卫星系统(QZSS)卫星通过L波段实时播发高频全球卫星导航系统(GNSS)精密轨道和钟差产品,为GNSS导航用户提供实时精密单点定位(PPP)服务. 本文以JAXA MADOCA数据中心提供的1 s采样率GPS卫星钟差数据为研究对象,首先采用阿伦方差对卫星钟差的短期稳定性进行评估;然后分别采用一阶多项式、二阶多项式和灰色模型对高频钟差产品进行建模,在5 s,10 s和30 s的拟合窗口内预报后续10 s内钟差,并基于预报残差的均方根误差(RMS)评定不同类型GPS卫星钟差产品的短期预报精度. 基于2020年1月1日-21日连续21天的实时高频钟差统计分析结果表明,不同型号的GPS卫星钟差1 s,5 s和10 s的短期稳定性均能达到10-12量级;对比预报精度显示,10 s以内的拟合窗口采用最简单的一阶多项式最为稳定可靠,10 s延迟预报RMS精度可控制在0.1 ns以内;若采用30 s的拟合窗口,考虑钟差频漂特性的二阶多项式则更为稳定可靠,预报钟差的RMS精度能达到0.15 ns以内.由此可见,本文基于MADOCA-LEX钟差产品的实时预报精度可以满足厘米级PPP的需求.
安卓智能手机GNSS数据质量分析
陈春花, 陈冲, 赵亚枝
2020, 45(3): 22-27. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.03.005
摘要:
Android系统开放了全球卫星导航系统(GNSS)原始数据观测值,开发人员可以直接通过应用程序编程接口(API)获取GNSS原始观测数据.本文选取小米8和华为P30手机作为研究对象,对手机输出的原始GNSS观测数据进行研究,从多路径效应、数据载噪比方面分析数据质量.实验结果表明:相对于测量型接收机,安卓智能手机的原始观测值载噪比较低且多路径效应严重.
基于G-nut/Anubis的GNSS多系统数据质量分析研究
董斌斌, 陈国恒, 聂庆森
2020, 45(3): 28-32. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.03.006
摘要:
针对测绘应用研究中全球卫星导航系统(GNSS)观测数据质量分析问题,本文通过利用G-nut/Anubis对测站各GNSS系统数据进行数据可利用率、多路径效应、周跳比等指标的质量检查,同时输出可视化图作进一步分析,并筛选出质量好的观测卫星,为后期的数据解算提供参考.
基于BDS用户终端的局域网授时方法
李正文, 张海涛, 白文礼
2020, 45(3): 33-36. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.03.007
摘要:
针对局域网时间授时应用需求,设计了一种基于北斗卫星导航系统(BDS)用户终端的局域网授时方案.通过软件研制,将用户终端的UTC时间导入到局域网计算机,作为局域网参考时间源,再利用网络授时软件进行网络授时,实现局域网UTC时间统一.试验结果表明,基于BDS用户终端的UTC时间引接精度可达200 ms,网络授时精度优于500 ms.
无人机GNSS诱骗与反诱骗技术论述
吴长柯, 侯强
2020, 45(3): 37-40. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.03.008
摘要:
基于无人机及导航系统的特点,[JP2]论述了无人机在现代战争中的地位和作用,分析了无人机在不同工作模式下的全球卫星导航系统(GNSS)可欺骗性.介绍了压制干扰和欺骗干扰组合使用诱骗无人机的工作原理和流程,并论述了抗压制式干扰和抗欺骗式干扰等反诱骗技术.
基于ICSO的DGPS整周模糊度的求解方法
欧阳利, 黄采伦
2020, 45(3): 41-47. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.03.009
摘要:
针对差分全球定位系统(DGPS)模糊度解算过程中效率低,搜索慢的问题,对鸡群优化算法(CSO)进行适应性改进,并将改进后的鸡群优化算法(ICSO)应用到整周模糊度的快速解算中,利用卡尔曼滤波求出双差模糊度的浮点解和协方差矩阵,采用Lenstra-Lenstra-Lovasz (LLL)降相关算法对模糊度的浮点解和方差协方差矩阵进行降相关处理,以降低模糊度各分量之间的相关性,在基线长度固定的情况下,利用ICSO搜索整周模糊度的最优解. 采用经典算例进行仿真,仿真结果表明,与已有文献相比在整周模糊度的解算过程中改进的鸡群优化算法能有效提高搜索速度和求解成功率.
双目视觉辅助GNSS在恶劣环境下导航定位
冯祎, 涂锐, 韩军强, 侯福荣, 洪菊, 刘金海, 王星星
2020, 45(3): 48-53. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.03.010
摘要:
视觉里程计能够在复杂环境下提供短时间的高精度导航定位,全球卫星导航系统(GNSS)具有全天候、全球性和误差不随时间积累的特性,但是在恶劣环境多路径效应下,GNSS定位精度会变差甚至不可用. 为了研究在复杂环境下视觉里程计辅助GNSS导航定位技术,首先介绍了视觉里程计的导航定位原理;然后在卡尔曼滤波器中将GNSS定位结果和视觉里程计定位结果进行了松组合处理;并利用视觉里程计定位结果和预测的视觉里程计误差实现了GNSS在恶劣环境下的导航定位. 基于KITTI数据集的模拟验证结果表明,设计的组合方案能够在恶劣环境下持续提供可靠的导航定位.
基于GF-KF修正RSSI的室内指纹定位方法
韩学法, 吴飞, 朱海, 鄢松, 胡锐
2020, 45(3): 54-62. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.03.011
摘要:
针对Wi-Fi信号易受噪声等外界不确定因素的影响以及移动终端接收信号强度指示(RSSI)与真实值存在偏差而导致定位精度不高的问题,本文提出了一种基于GF-KF修正RSSI的室内指纹定位方法.由于采集的RSSI不稳定,该方法利用RSSI类高斯分布的特性,对RSSI数据进行高斯拟合,以得到较为确定的RSSI值.在此基础上,引入卡尔曼滤波算法对拟合后的RSSI数据进行误差修正,结合加权K近邻(WKNN)匹配算法进行定位.实验结果表明:本文方法的平均定位误差为1.5 m,2.0 m以内的误差累积分布概率为90.06%,定位效果优于同类方法.
基于MPC的半潜式无人艇导航轨迹跟踪控制研究
张丽珍, 高浩, 吴迪, 李卫, 陆天辰
2020, 45(3): 63-70. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.03.012
摘要:
针对新型半潜式无人艇在导航航行过程中轨迹跟踪误差较大的问题,提出基于模型预测控制(MPC)的轨迹跟踪控制方法.并建立新型半潜式无人艇的运动模型,基于实际参数,构建MPC目标函数和系统约束条件,将半潜式无人艇轨迹跟踪问题转化为最优值问题;利用仿真软件,对控制算法进行了仿真分析. 利用卫星定位设备进行了导航轨迹跟踪试验.仿真与试验结果表明:基于MPC的轨迹跟踪控制方法提高了半潜式无人艇的导航轨迹跟踪精度,跟踪精度比原有PID控制方法提高了50%左右.
基于k -目标跟踪的节点部署优化算法
白秋产, 张昊伦
2020, 45(3): 71-76. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.03.013
摘要:
针对无线传感网络(WSNs)目标跟踪的节点部署问题,提出了基于 k- 目标跟踪的节点部署优化算法.该算法考虑不同的 k 值、目标半径、跟踪角度、节点通信半径和兴趣区域的形状对 k 个目标跟踪性能的影响.先将兴趣区域划分为等边三角形、矩形和六边形模型,再估计这些模型中的最优边长和节点的跟踪方向.再依据最优边长去估计部署节点位置.最后,依据这些模型,实现 k 个目标跟踪所需的最少节点数.实验数据表明,提出的算法能够有效地跟踪目标.
SAMI2物理模型与东亚扇区GPS TEC 数据比较研究
胡艳莉, 徐彤, 朱梦言, 邓忠新
2020, 45(3): 77-82. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.03.014
摘要:
 SAMI2 (Sami2 is Another Model of the Ionosphere)是美国海军实验室开发的电离层物理模型.利用该物理模型,模拟了东亚扇区不同太阳活动强度、不同纬度地区三个站的电离层电子浓度总含量 (TEC). 通过模拟结果与GPS观测站 TEC 数据的比较,检验 SAMI2 在此扇区的电离层 TEC 计算精度. 结果表明,物理模型输出的电离层 TEC 具备与观测数据一致的周日变化、季节变化,太阳活动变化. 周日分布上,上午时段SAMI2  TEC 与观测数据吻合度优于午后时段;季节分布上,SAMI2 TEC 在冬季与观测值偏差小于其他季节;SAMI2  TEC 与GPS TEC 相关系数各站均达到0.87以上,与赤道地区Guam站相关性最好;太阳活动低年计算结果优于太阳活动高年;多数情况下,SAMI2 TEC 相对GPS TEC 偏大. 本文结果为基于SAMI2模型构建背景误差分布特征,开展该区域电离层数值预报研究可行性提供了理论支持.
基于IGS数据分析台风“利奇马”引起的电离层 TEC 扰动
宋福成, 时爽爽, 史云飞, 周瑞宸
2020, 45(3): 83-88. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.03.015
摘要:
文中利用国际GNSS服务(IGS)提供的全球电离层地图(GIM)格网电离层资料,借助滑动四分位距法,研究了2019年台风“利奇马”期间电离层电子浓度总含量(TEC)的异常变化情况. 对台风“利奇马”期间电离层 TEC 时序变化及区域空间变化进行分析,发现在台风发生前第5天,电离层 TEC 出现了正异常变化;台风登陆后第二天,台风影响区域上空电离层 TEC 异常由正异常变化为负异常再变化为正异常,正异常最大值达8 TECU,负异常最大值达6 TECU,且最大异常点并不在风眼处,而是在风眼的西南侧,此异常可能与台风登陆期间台风风速及风向变化有关.
基于气象要素内插的地基GPS/PWV 方法研究与精度分析
申建华
2020, 45(3): 89-95. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.03.016
摘要:
测站气压和温度的准确获取对GPS水汽反演的精度至关重要,但是我国各地在建立GPS连续运行观测站时的发展状态差别较大,有相当部分的GPS气象站网并未配备气压和温度传感器,无法有效准确采集测站气压及温度相关数据,对实时获取测站上方水汽有较大影响.本文基于一种增加高度改正的反距离加权法,和分布在全国的全球卫星导航系统(GNSS)气象站网数据,对该方法进行了实验验证.实验结果表明,通过此方法得到的气压和温度参数精度满足水汽解算需要.同时将本文方法与全球气温和气压经验模型(GPT2)进行对比,证明了本文得到的温压参数精度要优于GPT2模型.
GNSS-R海面测高现状及其常用方法研究进展
胡媛, 陈行杨, 顾旺旺, 钟李程, 刘卫
2020, 45(3): 96-103. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.03.017
摘要:
全球卫星导航系统(GNSS)不仅具有导航定位、测速以及授时等功能,且因其反射信号能被接收,可用于海面风场、海面高度反演,由此开辟了一个新的研究领域GNSS反射(GNSS-R)技术,GNSS-R技术用于海洋遥感是一个新的研究领域;文中主要介绍了GNSS-R遥感技术和海面测高的研究进展,并从基于信噪比(SNR)数据测量法、基于 C/A码相位测量法、基于载波相位测量法及基于载波频率测量法等方面分析和总结了GNSS-R在海面高度测量的常用方法.
结合多特征HSV变换的高光谱影像林地提取方法
陈朋弟, 黄亮, 夏炎, 杨泽楠
2020, 45(3): 104-109. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.03.018
摘要:
当前林地提取的方式主要是选择样本通过监督或半监督进行的,效率较低,为此本文提出一种结合多特征的HSV变换高光谱影像林地提取方法.该方法首先对原影像进行相关校正处理,然后利用归一化植被指数(NDVI)和主成分分析(PCA)得到合成影像,最后利用HSV变换通过设置色彩值范围对影像进行色彩分割提取林地信息.结果显示,使用本文方法对高光谱林地的提取精度可以达到96.29%,说明了本文方法的有效性.
消费型无人机倾斜摄影测量三维重建精度验证
龚克, 东正兰, 王永菊
2020, 45(3): 110-114. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.03.019
摘要:
以西宁市某区域的城镇数据为例,首先采用飞马D200无人机搭载的SONY ILCE-6000相机采集影像数据,利用infor软件的MATCH-AT模块与Context Capture 结合构建实景三维模型.然后,通过多视倾斜影像数据的两次平差方法实现大区域多视倾斜影像数据的整体平差;结合多视倾斜影像的密集匹配、纹理自动映射算法,构建高精度的实景三维模型.最后,通过实验对空三精度、三维模型精度进行统计,基本满足1∶500大比例尺测图要求,为高精度三维模型的构建提供一种思路.
卫星导航应用标准分析研究
杜辉, 陈倩
2020, 45(3): 115-118. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.03.020
摘要:
梳理了卫星导航定位应用技术领域的现行国际标准、国外标准和国家标准,分析了国际标准、国外标准和国家标准的现状,比较了国内外标准的差异,并在此基础上对我国卫星导航应用产业标准化工作提出了建议.