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全球定位系统

2020年  第45卷  第4期

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GNSS/INS紧组合最大熵卡尔曼滤波算法
李松, 唐小妹, 孙鹏跃, 张可, 王飞雪
2020, 45(4): 1-8. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.04.001
摘要:
针对实际环境中量测噪声易被野值污染而呈现非高斯分布,进而导致传统卡尔曼滤波(KF)算法性能降低的问题,提出了最大熵卡尔曼滤波(MCKF)算法. 该算法基于最大熵准则(MCC)和M估计的思想推导得到. 与KF相比,所提算法能够给异常量测值分配较小的权重以减轻其对于状态估计的影响,与基于Huber函数的卡尔曼滤波(HKF)算法相比,其能够更有效地利用量测信息,因此所提算法相比于KF和HKF而言更加鲁棒. 在全球卫星导航系统(GNSS)与惯性导航系统(INS)的紧组合模式下进行车载实测实验,由于GNSS的伪距与伪距率等原始量测信息质量不佳,因此KF和HKF的性能均受到影响,而所提MCKF算法能够有效地抑制异常量测值的影响,能够更快地收敛且得到更高的估计精度.
GNSS多模接收机捕获模块的FFT算法设计
袁进
2020, 45(4): 9-13. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.04.002
摘要:
随着全球卫星导航系统(GNSS)及物联网技术的不断发展,GNSS多模接收机的应用越来越广泛.信号捕获作为接收机信号处理的第一步,其信号捕获能力的强弱直接影响着接收机的整体性能.本文针对多模接收机在捕获模块设计中遇到的快速傅里叶变换(FFT)算法兼容性差、运算时间长、资源占用大等问题,提出了一种优化方法.该方法通过加入原位运算、截位运算、模块重复利用、流水线结构等设计,以解决上述问题.经仿真验证,该方法在资源占用、运算时间、兼容性方面都有明显的改善.
高精度测量系统的时间基准确定和相位校准方法研究
郭宇, 陈雷, 李井源, 黄仰博, 欧钢
2020, 45(4): 14-20. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.04.003
摘要:
针对高精度测量系统的时间基准确定和相位校准需求,提出了一种时间基准的高精度相位确定和校准方法,以解决系统中校准精度较低的问题. 该方法利用现场可编程门阵列(FPGA)延迟线对时间基准进行延时控制并且结合相位跳变检测技术.首先准确判断时间基准在被系统时钟采样时发生相位跳变的区间,其次准确测量出稳定时间基准所需要的延时值,最后对时间基准进行内部延迟,并对延迟后的时间基准进行系统同步. 所提方法具有校准精度高、设计简洁的特点. 搭建了一套仿真验证平台并结合计算机对所提方法进行了功能性验证.所提方法已应用在高精度测量系统中.
基于GLONASS频间偏差的GNSS时差监测方法研究
孔思嘉, 谢维华
2020, 45(4): 21-28. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.04.004
摘要:
为实现各导航系统的兼容与互操作,需要对各导航系统间的时间偏差进行实时监测.目前,全球卫星导航系统(GNSS)时差监测的主要方法是利用空间信号法进行GNSS时差监测.由于GLONASS系统频分多址的信号体制,导致GLONASS接收机频间偏差(IFB)的存在,GLONASS IFB会影响到GNSSGLONASS的系统时差监测.为消除这一影响,本文提出了基于GLONASS IFB估计的GNSS时差监测方法,由仿真结果可知,利用该方法可以将GPSGLONASS时差监测精度平均提高90%以上.
IGS精密星历对C级GPS网解算精度影响
张潘, 李亚伦, 冯茵
2020, 45(4): 29-35. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.04.005
摘要:
以常用的商业软件TBC及HGO为载体,分别加载精密星历和广播星历进行解算,随机选取解算的57条基线进行分析,并将平差解算结果与已知数据进行对比,分析了平差结果与已知数据差值的原因,结果表明在工程上,C级及以下等级的GPS网在采用商业软件加载广播星历进行解算时,其结果是可靠的.
变电站环境下GNSS接收机性能及观测数据质量分析
鄂盛龙, 周刚, 谭理庆, 罗颖婷, 许海林
2020, 45(4): 36-41. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.04.006
摘要:
为了研究变电站强电磁环境对全球卫星导航系统(GNSS)接收机工作性能及观测数据质量影响,分别在500 kV、220 kV、110 kV变电站主控楼楼顶布置测试站点,并用GNSS接收机连续观测24小时.通过接收机内部噪声和数据完整率、信噪比(SNR)、多路径效应等综合评估变电站对GNSS接收机工作性能及观测数据质量的影响.实验结果表明:变电站强电磁环境下GNSS接收机能正常工作,且未对观测数据质量产生显著影响,观测数据质量满足相应标准.
SBAS监测站构成及部署方法分析
曲鹏程, 刘翔, 金彪, 陈姗姗, 夏川茹
2020, 45(4): 42-48. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.04.007
摘要:
星基增强系统(SBAS)可以增强全球卫星导航系统(GNSS)的定位精度和完好性服务等性能,满足以民航用户为主的服务需求.地面监测站是SBAS的重要组成部分,其构成、布局、数据质量等对星基增强系统的服务性能具有重要的影响.因此,本文以美国WAAS和欧洲EGNOS实测数据为基础,对地面监测站的构成及分布,监测站天线分布、监测站数据质量以及多路径相关性进行了详细的分析,总结出适用SBAS系统地面监测站构成及部署的通用方法,为SBAS监测站建设的实施途径提供参考.
基于无人飞行器的导航干扰源探测与定位系统设计与实现
窦晓晶, 刘京, 吕鑫
2020, 45(4): 49-57. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.04.008
摘要:
全球卫星导航系统(GNSS)因具有覆盖范围广、使用成本低的特点而被广泛使用,但其多采用中、高轨道卫星,信号落地功率低,易受干扰,因此,为保证卫星导航系统的正常使用,需开展对导航干扰源的探测与定位研究.针对现有地面干扰源排查设备存在的定位精度低、机动性弱、定位时间长、干扰定位对测向环境依赖性高等问题.本文提出了一种基于无人飞行器的导航干扰源探测与定位系统设计与实现方法,通过在无人飞行器上搭载测向载荷,实现空中干扰源探测与定位,该系统具有作用距离远、覆盖区域大和机动性强等优点.
网格化GNSS弱干扰源定位方法
刘睿, 陈奇东, 甄卫民
2020, 45(4): 58-62. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.04.009
摘要:
介绍了网格化全球卫星导航系统(GNSS)弱干扰源定位的系统组成,针对该场景下现有方法对信噪比低的情况适应能力较差的问题,提出了一种基于信号噪声分离的差方均值函数拟合(MFDSS)的网格化GNSS弱干扰源定位方法,方法采用MFDSS方法实现时差估计,并利用Chan双曲线定位算法解算干扰源位置.文章对比仿真了该方法和常用网格化定位方法的定位效果,在对GNSS弱干扰源定位的场景下,该方法表现出优越性能.
基于泛在信号融合的室内外场景鲁棒感知算法
鄢松, 吴飞, 朱海, 陆雯霞, 胡锐, 聂大惟
2020, 45(4): 63-71. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.04.010
摘要:
针对室内外场景结合的导航应用服务需求的发展以及现有室内外场景感知方法的识别稳定性较低、准确率不高问题,本文提出一种基于泛在信号融合的室内外场景鲁棒感知算法,利用室内外场景中融合的泛在信号降低单一信号识别误差;同时为提高传统AdaBoost算法对不平衡数据集的分类精度,采用概率神经网络(PNN)作为训练的弱分类器,并引入熵权法,对迭代产生的弱分类器的权重进行修正来提高强分类器的分类准确率.现实场景下的实验表明,本文算法在采用室内外环境中的WiFi信号、全球卫星导航系统(GNSS)可用星数、光照强度这三种融合的泛在信号进行室内外场景感知时性能最佳,对于不同角度方向下的室内外场景切换,可以在误报率仅为1.7%的情况下,达到98%的识别准确率,验证了本文所提算法的准确性和鲁棒性.
高精度室外定位确定室内初始点
席超, 蔡劲, 杨博, 沈文波, 蔡成林
2020, 45(4): 72-75. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.04.011
摘要:
室内外无缝定位分为室内定位和室外定位两个独立部分.室内定位通常选取(0,0,0)作为初始地磁点的坐标,然而这一坐标会随着实验者的改变或者实验场地的变换而更换,不具备普适性.全球卫星导航系统(GNSS)虽然不能进行室内定位,但在室外定位出的地心地固坐标是唯一的,不发生改变.本文选取GNSS在室内外无缝定位过渡点的地心地固坐标点作为初始点,室内定位坐标系同样使用地心地固,可以有效解决室内外无缝定位的坐标兼容性问题,具有更广泛的作用.
海洋应急指挥机动通信组网系统中多模融合无线通信技术研究
许志强
2020, 45(4): 76-82. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.04.000
摘要:
提出了一种基于智能通信网关的海洋无人平台多模融合无线通信系统技术,通过智能通信网关对天通卫星通信组件、北斗短报文通信组件、无线网格网络(MESH) 通信组件、远距离无线电(LORA) 通信组件、超短波通信组件、无线局域网(WiFi)通信组件、水声通信组件、光通信及电磁耦合通信组件等多模无线通信链路进行有效融合,在岸基数据中心→机动部署的水面母船(含无人艇、无人机)→机动部署的海洋浮标平台→机动部署的水下运动载体之间搭建了实时、可靠、无缝的、窄带与宽带通信结合的海洋全空间双向通信链路,达到海洋信息要素通过上述链路与岸基数据中心之间实现全天候、全天时、可靠、连续、双向信息传输的目标.
两种GNSS-R镜面反射点搜索算法
刘原华, 孙毅, 牛新亮
2020, 45(4): 83-88. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.04.013
摘要:
全球卫星导航系统反射(GNSS-R)技术对海洋表面地形精确信息的提取和研究具有重要意义,针对镜点搜索的精度需求,本文提出2种镜面反射点搜索算法. 首先,在分析基本反射关系的基础上,提出一种基于斐波那契法的搜索算法,并从数论的角度证明其相对黄金分割法的优越性. 其次,提出一种基于极值求导的做法,[JP2]建立变量K的距离和函数,这种做法省略了传统做法中的不断迭代过程. 最后,通过导航模拟器生成全球卫星导航系统(GNSS)卫星和接收机坐标,并利用MATLAB进行仿真. 仿真结果表明,斐波那契法相较黄金分割有一定的提升,极值求导做法能够计算出镜面反射点的位置信息,并且摒弃了传统的不断迭代步骤.
无人机大比例尺免像控关键技术探讨
王永菊, 龚克, 东正兰
2020, 45(4): 89-94. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.04.014
摘要:
针对无人机摄影飞行速度不稳定导致影像获取时刻曝光误差不统一问题,提出无人机大比例尺免像控方法.首先,探讨分析影像镜头畸变误差模型以及曝光延迟带来无人机曝光未同步问题;然后,对传统的GPS辅助光束法平差模型中引入曝光延迟模型,提出引入曝光延迟的GPS辅助光束法平差方法;最后,以工程实例验证该方法的有效性,实验结果表明本文方法可以在无像控点参与情况下满足1∶500的大比例测图精度要求.
一种用于BDS-3接收机的分段Hermite插值方法
安云飞
2020, 45(4): 95-100. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.04.015
摘要:
针对卫星导航定位过程中卫星位置、速度解算耗时高的问题,提出了一种用于北斗三号卫星导航系统(BDS-3)接收机的分段Hermite插值方法. 该方法首先推导了BDS-3卫星速度、加速度解算公式,然后分别构造卫星位置、速度的分段三次Hermite插值多项式. 所提方法在不增加运算复杂度的情况下,提升了卫星速度插值精度,同时公式简单、便于编程. 采用作者单位自研接收机对所提方法插值精度、效率进行了验证,同时对比了Hermite插值、分段三次Hermite插值和分段五次Hermite插值.
北斗B1C信号联合捕获策略
吴涛, 唐小妹, 马春江, 吴健, 孙广富
2020, 45(4): 101-108. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.04.016
摘要:
目前对含有导频通道的新信号的捕获研究,主要是设计联合捕获算法,提高功率利用率以提升接收性能,分为等长与非等长相干积分联合算法两类. 本文针对北斗B1C信号,深入分析了三种等长相干积分联合算法的加权问题,并解释了相干联合与差分联合算法的联系. 理论和仿真结果表明,相干联合算法具有更优的性能;进一步,本文结合最优相干积分时间理论给出捕获参数设计方案,对比了不同场景条件下等长与非等长相干积分联合算法的性能,给出了捕获B1C信号的优化策略.
北斗GEO卫星精密定轨的最优构型研究与仿真
高杨, 张强, 张龙平
2020, 45(4): 109-113. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.04.017
摘要:
北斗三号(BDS-3)的地球静止轨道(GEO)卫星提供多项特色服务,但其精密定轨精度较低,除了高轨及静地特性以外,全球监测站的构型是影响其定轨精度的重要因素. 本文基于卫星定轨的基本原理,将观测方程线性化;利用正交三角函数,将几何精度因子(GDOP)参数化并投影到地面,以监测站构型方式表达;采用嵌套圆锥构型,得出监测站分布与GEO卫星定轨精度之间的关系;最后进行仿真实验,得到了一类理论上监测站构型的最优解.
北极地区BDS-3伪距单点定位精度分析
陈永贵, 朱玉香
2020, 45(4): 114-118. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.04.018
摘要:
针对北斗三号卫星导航系统(BDS-3)在北极地区的定位性能,本文基于METG站和SOD3站分析了北极地区BDS-3的卫星可见数、PDOP 值、单频和双频伪距单点定位精度.经研究发现,北极地区BDS-3卫星可见数和 PDOP 值与GPS卫星一致,B1I频率与B3I频率伪距单点定位精度相当,相比于GPS卫星L1频率伪距单点定位精度略差,B1I/B3I频率组合下的伪距单点定位精度低于任一单频伪距单点定位精度,并且相比于GPS卫星L1/L2频率组合下的伪距单点定位精度略差.