全球定位系统

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2020年第45卷第5期

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三种常用周跳探测与修复方法的性能分析

夏思琦, 于先文, 齐晨

2020, 45(5): 1-5. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.05.001

[摘要](842) [PDF 539KB](76)

摘要:
针对全球卫星导航系统（GNSS）数据处理中周跳探测与修复方法的合理选择问题,本文对三种常见的周跳探测与修复方法的性能进了评价分析.给出一种基于数理统计理论的周跳探测结果可靠性评价新方法,利用该新方法评价了多项式拟合法和TurboEdit法对同一组双频实测数据进行周跳探测所得结果的可靠性,以及多项式拟合法和三频无几何组合法对同一组三频实测数据进行周跳探测所得结果的可靠性.综合两组评价结果可知,对于双频实测数据而言,TurboEdit法的探测效果优于多项式拟合法；对三频实测数据而言,三频无几何组合法的探测效果优于多项式拟合法；但多项式拟合法对双频、三频观测数据均可进行周跳探测与修复,因此适用性更广.

LEO星载GPS PPP定位周期误差分析及处理策略

侯福荣, 涂锐, 冯祎, 张睿, 韩军强, 洪菊

2020, 45(5): 6-13. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.05.002

[摘要](534) [PDF 932KB](25)

摘要:
采用GRACE卫星的星载GPS观测数据进行动态精密单点定位解算,发现定位误差存在明显的周期特性,第一个特性为每间隔四天的定位误差序列的波形基本重合,第二个特性为相邻两天定位误差序列有横坐标平移的趋势.基于此,提出了两种消除周期性误差的方法,分别为基于中位数建模的周期项误差剔除方法和基于平移预报的周期项误差剔除方法.前者对一组数据序列中的中间序列的精度提升较为明显,后者对精度的提升在整体上较为稳定,对两种方法的改善效果进行综合分析,最终可以将定位精度从5 dm提高到2 dm,三个方向的均方根（RMS）值得到显著降低.

GAMIT10.71解算GNSS长基线精度分析

慕仁海, 常春涛, 党亚民, 成英燕

2020, 45(5): 14-19. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.05.003

[摘要](1314) [PDF 670KB](102)

摘要:
GAMIT／GLOBK已于2020年3月9日发布10.71最新版本,主要新增了北斗三号（BDS-3）数据处理和太阳光压模型等方面的内容．本文利用GAMIT10.71软件,结合旧版本(GAMIT10.7_2019／09／14),对全球35个MGEX(Multi-GNSS Experiment)跟踪站2020年第51-60天共10天的全球卫星导航系统（GNSS）数据进行处理,并从标准化均方根误差(NRMS)、基线重复率、基线长度标准差、基线解算精度及点位精度等四个方面对GPS和北斗卫星导航系统（BDS）解算结果进行对比分析．实验结果表明:各解算方案NRMS值都能达到0.22以内的精度;GPS基线重复率略优于BDS,新旧版本对长基线的相对基线重复率和绝对基线重复率精度都分别能达到1×10^-9和1×10^-2;新版基线长度解算精度与多日解平差结果略优于旧版,多日解平差结果GPS精度略优于BDS;总体来说,新版GAMIT软件表现效果较好,但针对单BDS系统解算精度而言,还有许多问题值得探讨．

GNSS模糊度整数估计方法图形可视化软件设计与应用分析

吴汤婷, 刘丽晶, 赵宝贵, 卢立果

2020, 45(5): 20-26. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.05.004

[摘要](573) [PDF 725KB](31)

摘要:
模糊度快速准确估计是全球卫星导航系统(GNSS)高精度定位的关键,整数取整、序贯取整和整数最小二乘估计是模糊度常用的三类整数估计方法.尽管从程序上较易实现三类估计方法,但是如何根据模糊度浮点解和精度构建整数估值的几何图形却缺乏较多的研究,不利于我们对整数估计过程的直观认知.因此,本文从理论上分别给出三类估计方法的一般形式,然后基于MATLAB GUI设计了一套三类估计方法二维几何图形构建的可视化分析软件,其功能包括三类估计方法的归整域构建、映射图构建和蒙特卡洛模拟及成功率计算.实验测试结果表明,本文设计的软件能够从几何图形角度较直观地表达出三类整数估计过程及其解算性能.

基于台州及周边地区CORS站网地表形变时空特征分析

徐创富, 王恒, 吉渊明, 刘宇

2020, 45(5): 27-33. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.05.005

[摘要](493) [PDF 700KB](30)

摘要:
基于台州地区15个连续运行参考站（CORS）2017-2019年的时间序列,对其进行线性拟合,构造三维速度场,并利用功率谱分析及小波变换分析其CORS站周期特征．发现台州地区CORS中基准站水平方向具有平均站速度33.58mm／a,运动方向为东南的水平运动现象,高程方向最大抬升速率3 mm/a,最大沉降速率1 mm/a;从周期上看,CORS站垂直方向相较于水平方向明显很多,具有明显的年周期、半年周期以及季节周期．

小区域GNSS高程异常拟合方法研究

谢萌丽, 姜永涛, 刘国仕

2020, 45(5): 34-39. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.05.006

[摘要](648) [PDF 669KB](59)

摘要:
选取恰当的拟合模型是提高高程异常拟合精度的关键．本文利用湖南省新化县城区全球卫星导航系统（GNSS）和水准测量数据,采用反距离加权法、多项式插值法、径向基函数法、克里金插值法等多种曲面拟合方法进行高程异常拟合研究,并进行拟合精度评定．结果表明,径向基函数插值法内插精度最高,其中误差为±0.0158 m;局部多项式插值法外推精度最高,其中误差为±0.0104 m;综合来说,局部多项式插值法在县域尺度高程拟合中精度最高,本文研究结果对小区域GNSS高程拟合方法选取工作具有一定的参考意义.

顾及卫星非圆轨道改正的GNSS精密测速方法

王永振, 杨帆, 朱亚光

2020, 45(5): 40-45. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.05.007

[摘要](531) [PDF 610KB](10)

摘要:
详细推导了卫星非圆轨道改正的计算公式,给出高精度测速顾及该项误差的处理策略．采用全球均匀分布的12个国际GNSS服务（IGS）测站的多普勒和载波相位观测数据,仿动态评估了该项误差对测速精度的影响．结果表明:基于历元间载波相位差分的测速方法,改正后东、北、天顶方向分别提高8％、9％和10％,三维测速精度从9.9 mm／s改正到8.9 mm／s;基于原始多普勒的测速方法,东、北方向与载波相位差分方法的改正数值基本一致,天顶方向约是载波相位差分方法的改正数值的一半．

基于STK的典型机场BDS性能分析

倪博文

2020, 45(5): 46-50. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.05.008

[摘要](520) [PDF 672KB](22)

摘要:
为分析北斗卫星导航系统(BDS)在我国机场的导航性能,通过卫星仿真工具包(STK)建立了BDS星座,仿真并分析了11个典型机场的卫星可见星数和几何精度衰减因子(GDOP)的值．仿真结果表明,BDS在多数典型机场拥有较多的可见星数目与较低的GDOP值,通过对比GDOP值对应的定位精度分级表,得出BDS在国内大部分典型机场能够提供优级的导航服务,为利用BDS实施进近提供了良好的技术支撑.

BDS不同服务体制下授时模型差异研究

辛洁, 刘帅, 常志巧, 时鑫, 务宇宽, 刘昌洁

2020, 45(5): 51-56. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.05.009

[摘要](619) [PDF 759KB](23)

摘要:
随着北斗卫星导航系统(BDS)的全球组网发射完成,BDS逐步实现了向全球用户提供基本导航（卫星无线电导航业务(RNSS)、向中国及周边区域用户提供区域短报文通信（卫星无线电测定业务(RDSS)、星基增强(SBAS)等服务的“三步走”规划．为研究BDS不同服务体制下的授时差异,本文从时空基准、授时精度检核、设备时延、卫星健康状态等方面,分析了基于已知位置的BDS RDSS单／双向授时、RNSS单／双频授时及SBAS单频授时模型差异,并给出了基于本文授时模型下的BDS不同体制授时精度,以为利用BDS进行授时服务的用户机研制、生产、测试和检验提供参考.

BDS-2／BDS-3／QZSS组合短基线相对定位精度分析

郑磊, 刘成

2020, 45(5): 57-61. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.05.010

[摘要](604) [PDF 574KB](27)

摘要:
针对日本准天顶卫星系统（QZSS）对北斗二号（BDS-2）和北斗三号（BDS-3）短基线相对定位性能的影响,本文基于国际GNSS服务（IGS）跟踪站组成的5 km和10km两条短基线,分析了QZSS、BDS-2、BDS-3不同组合短基线相对定位精度．经研究发现,QZSS能有效改善BDS-2和BDS-3卫星可见数与卫星空间几何构型,而BDS-2／BDS-3组合下的卫星可见数与卫星空间几何构型优于任一单系统．在定位精度方面,QZSS与数据缺失情况下BDS-3组合定位精度与BDS-2相当,同时QZSS能有效提升BDS-2和BDS-2／BDS-3相对定位精度,而BDS-3对BDS-2定位精度的提升要优于QZSS．

GEO卫星对BDS-3伪距单点定位性能定量提升分析

彭劲松

2020, 45(5): 62-66. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.05.011

[摘要](450) [PDF 542KB](37)

摘要:
地球静止轨道（GEO）卫星是北斗卫星导航系统（BDS）星座的主要组成部分,为分析其对北斗三号（BDS-3）定位性能的影响,本文基于MGEX跟踪站实测数据,分析了GEO卫星对BDS-3伪距单点定位精度的影响．经研究发现,GEO卫星能有效改善BDS-3卫星可见数与卫星空间几何构型,能有效提升BDS-3伪距单点定位精度,北斗二号（BDS-2）／BDS-3 GEO卫星使BDS-3伪距单点定位精度的提升量优于任一单系统GEO卫星,GEO卫星对BDS-3伪距单点定位水平向定位精度提升在30％以内,对高程方向定位精度提升在20％以内．

BDS-3不同类型卫星对BDS-2伪距定位性能提升定量分析

和成强

2020, 45(5): 67-71. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.05.012

[摘要](379) [PDF 500KB](18)

摘要:
针对北斗三号（BDS-3）不同类型卫星对北斗二号（BDS-2）伪距单点定位性能的影响,基于iGMAS机构发布的跟踪站实测数据,分析了BDS-3地球静止轨道（GEO）、倾斜地球同步轨道（IGSO）、中圆轨道（MEO）、全部BDS-3卫星对BDS-2卫星可见数、位置精度因子（PDOP）值以及伪距单点定位精度的影响．经研究发现,BDS-3不同卫星对BDS-2卫星可见数、卫星空间几何结构以及伪距单点定位精度提升程度不同,MEO卫星的提升程度优于IGSO卫星和GEO卫星,三种类型卫星对BDS-2定位性能提升量之和与全部BDS-3卫星对BDS-2定位性能提升量相当．

基于BDS的水质检测仿生鱼控制系统设计

崔秀芳, 李培培, 石福孝, 王宏宇, 陈刚

2020, 45(5): 72-76. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.05.013

[摘要](905) [PDF 610KB](41)

摘要:
随着工业技术和机器人技术的高度发展,基于仿生学原理的机器人研究成为热点,仿生机器鱼作为一种水下航行器引起了许多科研工作者的兴趣.2020年,北斗卫星导航系统（BDS）全球组网新时代开启,本文针对定时定点采集水质数据耗费人力物力的问题,提出一种基于BDS的仿生鱼控制系统,实现对水质的远程检测,该仿生鱼系统由嵌入式控制板STM32作为主控制器,负责接收各类传感器的数据并且处理,基于BDS定位、导航、授时和双向短报文通信功能,实现仿生鱼自主游动、避障、定深水质检测和将数据实时传输到远程监控端等功能.该设计可以提高工作效率,具有较好的应用前景.

基于一种分段泛函的马尔可夫跳变系统的采样控制

王庆, 张益

2020, 45(5): 77-83. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.05.014

[摘要](361) [PDF 712KB](17)

摘要:
马尔可夫跳变系统（MJSs）是实际应用中一种极其重要的混合随机系统,本文研究了MJSs的采样控制问题．根据一种连续的MJSs模型和Lyapunov-Krasovskii稳定性定理,通过引入两个可调参数,首先把整个采样区间分段成了四个部分,基于四个采样区间提出了相应的两个状态空间表达式,利用这两个状态空间表达式,构建了一种能够充分利用四个分段区间状态信息的新颖Lyapunov-Krasovskii泛函,再利用积分不等式方法去估计泛函导数,从而获得采样控制MJSs的全新稳定性判据．最后,给出了一个非线性质量弹簧阻尼器系统例子和一个实际的船舶定位系统例子,经过建立仿真,所得到的采样区间最大值远远大于相似文献的结果,表明了本文方法的优越性．

eLoran系统新型数据调制／信道编码方案设计与评估

李婉清, 王建辉, 李实锋, 傅其祥

2020, 45(5): 84-89. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.05.015

[摘要](612) [PDF 732KB](32)

摘要:
增强型罗兰(eLoran)系统是精确时频信息的一个重要来源,且为全球卫星导航系统(GNSS)的有效备份．本文针对目前eLoran信号调制方式较单一,数据传输速率低的问题,同时为充分运用时频资源、扩大信息播发数据量与应用范围,提出一种提高信号信息携带能力的调制方式和具有更高编码增益的信道编码方式．新型的脉冲调制方式增加仅用于数据传输脉冲组的调制方式,可实现40~200 bps的传输速率．仿真实验表明,数据信息长度为215 bit左右,LDPC编码方式能够较好地兼顾编码增益和信号帧长．

面向5G网络应用的精确时间同步协议测试与分析

李由由, 武建锋, 王康

2020, 45(5): 90-96. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.05.016

[摘要](457) [PDF 795KB](33)

摘要:
随着5G的普及和基站建设,对基站间时间同步精度提出了更高的要求．目前,精确时间同步协议(PTP)只能达到几十纳秒,且频率分布效果差,将其结合同步以太网(SyncE)技术后可以实现网络上所有时钟的频率与时钟源同步．WR(White Rabbit)技术在PTP+SyncE的基础上加入了全数字双混频鉴相器(DDMTD),对节点间相位差进行调整补偿,消除由相位噪声长时间累积引起的不同步,动态实现了整个网络节点的时钟同步．本文分别介绍了将SyncE与PTP结合的同步方法和WR同步方法的原理及实现过程,最后构建实验平台验证同步过程,测试证明可以分别达到百皮秒和几十皮秒的抖动,同步精度分别能达到纳秒和亚纳秒级别.

无人机航摄方案计算机辅助设计研究

王浩, 杨德宏, 李辉, 李鸿斌

2020, 45(5): 97-102. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.05.017

[摘要](481) [PDF 751KB](15)

摘要:
随着科技发展,无人机航空摄影测量以其实时性高、机动灵活、数据获取精度高的优势逐渐成为现代测绘技术的重要手段,在测绘领域发挥着越来越重要的作用.然而,当前无人机航摄方案设计书的制定主要依赖人工,未通过系统设备进行辅助完成,需要耗费大量的精力,难以满足无人机航摄的具体工作要求.针对上述问题,提出了利用计算机辅助设计无人机航空摄影测量方案的技术方法,在无人机航飞之前根据航区设计及相关参数制定一份方案设计书,方便工作人员对无人机飞行作业的可行性及安全性进行理论验证,提升了航摄方案设计的自动化过程,提高了工作效率,同时为开展摄影测量工作提供技术和安全保障.

基于GRACE时变重力场模型研究印度河-恒河流域水储量变化

温志强, 黄征凯

2020, 45(5): 103-107. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.05.018

[摘要](472) [PDF 720KB](25)

摘要:
印度河和恒河是亚洲的重要河流,流经区域也是印度次大陆人口最集中的地区,研究该区域水储量变化对于保障当地生态环境和经济发展有重要意义.本文利用GRACE_RL05时变重力场模型反演2002-2016年的印度河-恒河流域内陆地水储量变化,并结合GLDAS水文模型获取区域地下水储量变化.研究发现:2002-2016年印度河和恒河流域陆地水储量和地下水储量均呈下降趋势,其中两流域的地下水下降的速率(分别为-7.2 mm／a和-4.7 mm／a)超过整体水储量的下降趋势;综合水文模型数据分析表明:该区域水储量下降的原因是蒸发量上升和降水持续减少的背景下,农业灌溉过程中过度抽采地下水导致的.

多分类器融合的遥感影像分类方法实验研究

孙皓, 甘淑, 袁希平

2020, 45(5): 108-112. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.05.019

[摘要](619) [PDF 623KB](13)

摘要:
在遥感影像分类应用中,使用不同种类的分类器对原始图像进行操作所得出的分类结果的分类精度和效率都是不同的,设计完成多分类器融合分类实验,实验可以将不同种单一分类器的优点用适当的方法进行组合,从而获得比单一分类器分类精度和效率更好的分类方法.在此基础上采用投票原理设计抽象级融合的多分类器并完成实验.设计结果表明:多分类器融合的遥感影像分类方法在精度上要比单一分类器的分类精度高.

GNSS发展对军事物流影响探析

郭凌, 杜伟伟, 刘凌, 李睿, 万平

2020, 45(5): 113-118. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.05.020

[摘要](474) [PDF 794KB](35)

摘要:
2020年随着全球卫星导航系统（GNSS）全面建成并投入服务,特别是我国北斗三号（BDS-3）正式开通,标志着GNSS及其应用发展进入新阶段,卫星导航定位技术的跨越式发展必将引起其应用领域变革.现代军事物流是信息化条件下军事行动的重要保障,卫星导航定位技术在其各领域各环节应用广泛,研究GNSS发展趋势及其对军事物流发展影响对提高军事物流保障效益至关重要.本文根据现代军事物流发展需求实践探索,研究分析GNSS发展现状及其系统、定位技术、应用三个方面发展趋势,并以卫星导航技术为核心,融合云计算、大数据、物联网、人工智能、5G通信等高新技术的发展前景,对军事物流理论、定位跟踪、投送导航、动态调度、调控管理等方面的发展前景进行研究分析.