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全球定位系统

2018年  第43卷  第5期

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北斗三号三频组合观测值特性分析研究
付伟, 董绪荣, 王敏, 帅玮祎, 王军
2018, 43(5): 1-8. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.05.001
摘要:
北斗三号卫星导航系统今年已步入全球组网阶段,预计到2018年底BDS-3的服务区域将覆盖“一带一路”国家及周边国家.目前BDS-3已发布B1I、B1C、B2a和B3I四个信号的用户接口控制文件,本文利用函数极值法给出了特定波长和电离层延迟影响系数下的噪声最优线性组合系数,分析得出BDS-3最优超宽巷组合为三频信号(B1C,B1I,B2a)和(B1C,B1I,B3I)中的线性组合(1,-1,0),最优宽巷组合为三频信号(B1I,B3I,B2a) 和(B1C,B3I,B2a)中的线性组合(1,-3,2),这三个组合也是BDS-3、BDS-2和GPS中的最优组合.利用北斗三号的实测数据进行长短基线下宽巷/超宽巷双差模糊度解算,验证了BDS-3最优宽巷与超宽巷组合的结论的同时,还得出三频信号(B1I,B3I,B2a)和(B1C,B3I,B2a)中的宽巷组合(1,-3,2)与超宽巷组合(1,-4,3)和(0,1,-1)在长/短基线情况下均适用,而筛选得到的较优三频信号(B1C,B1I,B2a)和(B1C,B1I,B3I)中的宽巷/超宽巷组合仅在短基线场景下均适用.
一种基于智能手机的室内地磁定位系统
江聪世, 刘佳兴
2018, 43(5): 9-16. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.05.002
摘要:
研究分析了手机传感器和室内地磁场的性质后,针对室内定位问题提出了一种基于客户端服务器架构的定位系统.因智能手机大多搭载了能够收集地磁信号的三轴磁通门传感器,提出了两种构建位置指纹的方法:将地磁传感器的数据水平化,或是结合方向信息和地磁数据构建混合位置指纹,并通过将定位区域划分为网格的方式构建定位基准图.针对两种位置指纹设计了基于欧几里得距离的匹配算法.最后,在Android平台部署应用并进行实验,分别对比了两种位置指纹的定位准确度、地磁匹配速度,实验结果表明系统能够达到1 m的定位精度.
GPS双频观测值差分码偏差估计及精度分析
徐丹丹, 赵兴旺, 徐跃, 邓永春
2018, 43(5): 17-22. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.05.003
摘要:
接收机仪器偏差中的码偏差是影响电离层中电子总含量求解精度的重要因素,若忽略仪器的码偏差对电离层的影响,将会给电子含量的求解带来9~30 TECU偏差,因此对接收机码偏差的精确求解至关重要.本文基于6个欧洲站6天的GPS双频观测数据,在最小二乘的基础下,联合4阶球谐函数模型估算接收机中的差分码偏差,将求解的结果与CODE分析中心电离层产品所给出的结果进行对比分析,并对接收机差分码偏差估算的结果进行精度的评定,结果表明:文中估算方法所得的结果与CODE分析中心中电离层产品给出的结果基本一致,且估算的精度较高,因此,该方法对差分码偏差的提取具有一定的有效性.
基于GAMIT的不同参数对北斗长基线精度的影响分析
李建涛, 朱兰艳, 李永梅, 金鑫, 刘奇, 满亚洲
2018, 43(5): 23-28. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.05.004
摘要:
针对较少利用GAMIT软件分析北斗基线的情况,首先利用GAMIT软件解算了北斗长基线,然后选取截止高度角、天顶对流层延迟参数、测站约束值三项控制参数对北斗长基线解进行了影响测试.解算结果表明:GAMIT(10.61)可以成功解算北斗长基线且相对精度在10-8量级;截止高度角的选择对解算精度影响较大;天顶对流层延迟参数个数的设置对解算影响不大但随着参数个数增多精度也有所提高;设置测站不同约束值对基线精度影响较大,选择适当的约束值尤为重要.
基于椭球的航迹点坐标推算
张晴晴, 王剑, 刘瑞华
2018, 43(5): 29-33. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.05.005
摘要:
准确有效的航迹推算不仅能保证空域的安全畅通、资源的合理利用提高运行效率的提高,还可用于飞行过程中接收机自主完好性监测(RAIM)的可用性预测,保证飞行安全. 针对国际民用航空组织(ICAO)建议的机载导航系统世界标准WGS-84坐标系,分析了基于WGS-84的文森特嵌入系数法,并利用文森特大地主题正反算推算巡航阶段的航迹点坐标以及过点时间,仿真实验验证了大地主题正反算的准确性并通过实际飞行数据验证了航迹推算算法的可靠性.
基于频分相分联合的正交复用技术研究
曹继尧, 唐小妹, 胡旖旎, 倪少杰, 王飞雪
2018, 43(5): 34-37. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.05.006
摘要:
随着导航系统的增多,导航频段越来越拥挤,不同导航系统和不同卫星之间的干扰愈发严重. 二进制偏移载波调制方式是通过设计分裂功率谱来减少频谱混叠,以削弱互相关干扰的影响,但其没有考虑子载波相位的关系,存在进一步优化的空间.本文通过综合考虑子载波的频率和相位关系,使不同卫星信号间得到近似正交的互相关性能,从而有效削弱卫星信号之间的干扰.
远距离下CORS的双差电离层延迟内插模型精度分析
许妙强, 余学祥, 袁蹈, 袁晓鑫, 杨亮亮, 褚敏
2018, 43(5): 38-42. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.05.007
摘要:
为了验证传统的内插模型能否满足远距离下连续运行参考站系统(CORS)的双差电离层延迟精度的需求.通过构建电离层双差观测方程,以线性内插模型(LIM)和距离相关线性内插模型(DIM)为研究对象,以虚拟参考站技术(VRS)为代表,将解算得到的监测站双差电离层延迟与通过LIM和DIM内插算法得到的监测站双差电离层延迟进行对比,分析这两种模型在远距离CORS网下的双差电离层延迟内插效果.实验结果表明,在远距离CORS网监测站条件下,LIM模型的内插精度高于DIM模型内插精度.
电离层延迟及其特性的公式推导
周晓慧, 黄劲松, 徐晓华, 郭斐
2018, 43(5): 43-47. doi: 10.13442/j.gnss. 1008-9268.2018.05.008
摘要:
电离层延迟是影响全球导航卫星系统(GNSS)导航定位精度的重要来源,而如何正确理解测距码和载波受到的电离层延迟及其特性一直是本科教学中的重点、难点问题。本文从相、码速度,即相速和群速的计算作为出发点,通过公式严格推导出对应的电离层延迟,并直观地获取了电离层延迟特性.
滇池周边典型城镇地表覆盖分类遥感分析研究
胡琳, 甘淑, 费联君, 于辉, 彭锐, 冯宇, 吴阳
2018, 43(5): 48-52. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.05.009
摘要:
滇池作为滇中最大高原湖泊,其水环境保护及水污染治理工作至关重要. 针对滇池周边典型城镇地表覆盖变化,发挥遥感探测技术先进性,快速了解污染源,并实时监测滇池污染治理工程进展,为及时优化治理方案提供数据支撑具有重大意义. 选取滇池周边晋宁区典型城镇为研究区,基于Landsat8影像利用遥感提取地表覆盖分类信息,运用混淆矩阵对比了最大似然法和目视解译的分类提取精度. 可知Landsat8影像通过目视解译可以快速、高效地提取城镇地表覆盖分类信息,也适用于滇池流域昆明市区、呈贡区等城镇,为滇池流域治理保护的宏观动态监测提供技术支持,为滇池流域城镇的发展、规划和治理提供决策信息.
基于SCOT双加权二次相关的时延估计算法
张宇, 严天峰
2018, 43(5): 53-57. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.05.010
摘要:
在研究时延估计中二次相关法的基础上,为了进一步提升二次相关法在更低信噪比条件下的可用性,结合广义互相关中的广义权函数,对二次相关法中的两次互相关分别进行平滑相干变换(SCOT)加权处理.实验仿真结果表明,与二次相关法以及广义二次相关法相比,基于SCOT双加权二次相关的时延估计算法在信噪比低时仍具有较高的时延估值精度.
利用GNSS掩星数据分析ENSO期间
高坤, 李英冰, 刘海珠
2018, 43(5): 58-60. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.05.011
摘要:
厄尔尼诺-南方涛动事件(ENSO)会引起全球大气压强的异常变化. 应用2006年至2008年期间全球导航卫星系统(GNSS)掩星数据,采用几何光学反演法计算地面高度2 km处的大气压强变化,将厄尔尼诺期间(2006年12月)、拉尼娜期间(2007年12月)与正常年份(2008年12月)之间的全球大气压强求差,分析大气压强变化. 实验结果表明,利用GNSS掩星数据通过绘制全球范围某一高度的大气压强变化剖面图,可以直观地展现出ENSO期间的大气压强变化,为相关的气候变化研究提供便利参考条件.
基于GNSS的空间PM2.5检测系统设计及应用
张健珲, 杨国林, 邵明, 安旭伟, 张波
2018, 43(5): 61-66. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.05.012
摘要:
针对PM2.5浓度空间检测难度大、传统检测设备灵活性低下等缺点,提出了基于GNSS的空间PM2.5检测系统.系统包括主控、PM2.5传感器、GNSS定位模块、电源模块、数据记录模块、4G网络模块等部分,在工作过程中可同时获得位置信息和PM2.5浓度数据,并将两者进行匹配、保存及发送.该系统具有体积小、重量轻、灵活性好和使用方便等优点,大大拓展了空气质量监测的作业空间,提高了传统作业方式的灵活性,具有广阔的应用前景.
基于矩阵优化技术的RTK定位耗时改进方法
高科, 李慧, 赖川
2018, 43(5): 67-69. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.05.013
摘要:
差分卫星导航实时动态(RTK)定位的计算耗时主要取决于定位程序中的卡尔曼滤波实现.卡尔曼滤波实现中有大量的矩阵运算,因此,矩阵的优化技术有可能成为降低RTK计算耗时的有效手段.基于RTK定位算法中卡尔曼状态转移矩阵的特殊性,对卡尔曼的状态变量预测以及状态变量的协方差矩阵预测进行了改进.运动平台实测结果表明,矩阵优化后的RTK定位耗时较优化前减少至1/7倍左右.
滑动式广义延拓逼近法在北斗卫星精密星历内插中的应用
李振昌, 李仲勤, 寇瑞雄
2018, 43(5): 70-76. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.05.014
摘要:
介绍了滑动式广义延拓逼近法的原理,然后利用这一算法,分别探讨了不同单元域节点数、逼近函数项数、延拓域节点数组合与三类不同北斗卫星插值精度的关系.实际算例表明,三类北斗卫星达到最佳插值精度的三参数取值不同;只要选取合适的三个参数,三类不同北斗卫星的插值精度都可以达到很高的精度.该方法完全适用于北斗卫星精密星历的插值.
基于GAMIT10.61的高精度GPS/BDS数据处理及精度对比分析
刘邢巍, 蒲德祥, 高翔, 张士勇, 夏定辉
2018, 43(5): 77-83. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.05.015
摘要:
本文利用GAMIT10.61软件对重庆8个CORS站GPS数据和BDS数据进行处理,并从基线重复性、单日解时间序列、联合解平差等三个方面对GPS和BDS解算结果进行对比分析.结果表明,GPS解算结果整体优于BDS,且单BDS解与单GPS解在水平方向差值小于0.7 cm,高程方向差值在1~3 cm;基于GAMIT 10.61的BDS基线解算重复性在南北方向上1.39 mm+0.205 mm×10 -8 ,东西方向上为3.10 mm+0.252×10-8 ,高程方向上为7.81 mm+2.001×10-8,基线长度方向上2.13 mm+0.384×10-8,解算精度能满足高精度数据处理要求.
基于伪码测距技术的无线定位系统设计与仿真
汪夕琳, 周亚丽, 张佳
2018, 43(5): 84-90. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.05.016
摘要:
分析、研究了伪码测距技术的基本原理和基于伪码测距技术对空间中目标进行单点静态无线定位的实现方法,重点研究了载波分离与解调、伪码捕获与伪码跟踪等核心模块.采用MATLAB对系统方案进行仿真,验证方案的合理性;在Modelsim软件中采用Verilog语言对伪随机序列的生成载波调制载波分离与解调以及伪码同步进行仿真.根据系统功能,参考软件无线电的设计思想,设计了工作在2.4 GHz频段、基于伪码测距技术的无线定位系统硬件平台方案.文中采用理论研究仿真与实际测试对伪码测距技术进行研究实现,采集记录了测试数据,并进行了分析,为后续的方案改进提供了数据参考.
不同截止高度角下BDS/GPS/GALILEO 多模组合SPP 解算性能分析
余晓娜, 王超, 左小清, 布金伟, 常军
2018, 43(5): 91-97. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.05.017
摘要:
文中选取MGEX跟踪站部分测站的2016年2月1日1天的观测数据,在截止高度角分别为5°、15°、25°、30°、40°、45°的情况下,分析BDS(C)、GPS(G)、GPS+BDS(GC)、BDS+GALILEO(CE)、GPS+GALILEO(GE)、GPS+BDS+GALILEO(GCE)六种组合模式的单点定位(SPP)的定位性能. 研究结果表明:GPS+BDS+GALILEO(GCE)组合稳定性最好. 同一高度截止角下,卫星数目最多,历元可用率最高,为96%,相比其他模式,定位精度提高了20%~40%. 在建筑物密集区、山区、树林和遮挡严重的区域具有很好的应用价值.
自适应图像增强的差值哈希算法对运动目标的跟踪定位研究
吴子岳, 杨帅, 王董测, 孙鹏飞
2018, 43(5): 98-104. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.05.018
摘要:
对于运动目标的跟踪定位研究成为当前的研究热点,利用北斗卫星定位系统对微小运动目标进行跟踪定位尚存在一定难度.文中借助无人机的摄像机设备,采用跟踪算法进行对运动目标的跟踪,通过对无人机的定位获取到相应的坐标信息,实现目标定位的精准化。为了更好地实现对于目标跟踪的效果,文中采用自适应图像增强的方式提高图像质量,通过拉普拉斯变换的差值哈希算法能够提高对运动目标跟踪的效果,在跟踪速度上有了明显的提升.
基于MIMU/WiFi指纹组合室内定位系统的研究
罗宇锋, 刘艳辉, 刘艳玲
2018, 43(5): 105-111. doi: 10.13442/j.gnss.10089268.2018.05.019
摘要:
微惯性导航系统定位是一种自主定位的方法,不会受到外界环境因素的干扰,这种定位方法具有短时间定位精度高且该定位方法适用于测定高速运动的物体,但缺点是长时间工作,定位误差会随时间积累变大;WiFi指纹室内定位技术,该系统适用于室内低速运动物体的定位且单点定位精度高,系统的实时性不高且依赖于定位区域内的基站分布.分析两个定位系统优劣特性,提出一种用集中式卡尔曼滤波闭环校正方法将两个定位系统进行融合构成组合定位系统,可以实现优势互补,在MATLAB进行仿真,验证MIMU/WiFi指纹组合室内定位系统可以进一步提高室内定位系统的精度.
基于GNSS的自主巡航四足机器人及远程监测系统设计
吴子岳, 宋彦良, 吴志峰, 刘善民
2018, 43(5): 112-117. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.05.020
摘要:
针对复杂区域探测困难、成本较高的问题,设计了一款基于全球卫星导航系统的具有自主巡航功能的环境探测四足爬行机器人及远程监测系统,该机器人以嵌入式STM32F429IGT6芯片作为主控CPU,搭载GPS/北斗定位模块及无线通讯模块,使机器人可以实现自主巡航和自动调节路线.该机器人配备的多种传感器模块可以实现对环境温湿度、风速等参数的采集,同时将收集到的数据进行分析、处理和发送.基于该功能开发的监测系统可以实现对机器人的实时监测,包括运动轨迹和位置信息,并通过无线网络对机器人发送控制指令,实现远程遥控功能.实验结果表明,该自主巡航机器人及其监测系统能够实现精确定位和路线实时调整,提高了机器人探测工作的精准性.
基于北斗系统的离岸波浪能发电装置数据监测系统设计
王世明, 杨浩, 田卡, 杨志乾
2018, 43(5): 118-122. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.05.021
摘要:
针对新型双向直驱式波浪能发电装置离岸数据监测的问题,设计了一种基于北斗通信模块GYM2003B、STM32微控制器、数据采集模块和多个扩展接口组成的监测系统.北斗指挥机接收数据上传服务器存储,并在PC端机上实时监测.该监测系统在海上平稳运行30天,从海上试验数据可以看出,该监测系统能实时监测发电装置运行状况,且系统运行可靠,数据传输准确,数据包的接收率达到99.01%.
TEQC结合RTKLIB软件检核GPS观测数据质量
龚真春, 赵龙海, 林成寿, 刘存敏, 陈战勇
2018, 43(5): 123-128. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.05.022
摘要:
阐述了GPS观测数据质量的检核方法、原理及主要评价指标.介绍了TEQC和RTKLIB软件在数据质量分析方面的功能,利用实测GPS数据进行质量分析对比可得出:1) TEQC基于DOS环境运行,人机交互性差,RTKLIB软件运行于Windows系统,操作便捷;2) 二者数据质量的主要评价指标结果完全一致;3) RTKLIB软件可对卫星可见性、天空视图、DOP值进行图形化显示,但无电离层延迟误差、电离层延迟变化率和卫星方位角绘图功能;4) 将TEQC与RTKLIB软件结合可相互弥补,全面、直观地分析观测数据质量,达到很好的分析效果。
船用卫星导航接收设备国际标准分析
陈倩, 杜辉
2018, 43(5): 129-134. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.05.023
摘要:
目前国际上船用卫星导航接收设备主要采用国际电工委员会(IEC)第80技术委员会(TC80)制定的IEC 61108 系列标准。已颁布的IEC 61108系列标准有GPS、GLONASS、Galileo以及DGPS和DGLONASS接收设备性能要求与测试方法。由于DGPS和DGLONASS接收设备比较独立,与其他系列标准关联性不强,文中不对其进行比对。文中针对IEC 61108-1~3现行系列标准进行分析,归纳出各项标准的差异,指出了标准中一些不准确或是不适应当前技术发展的问题,并给予对应的修改建议。