全球定位系统

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2020年第45卷第1期

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因子图发展及其在定位与导航的应用技术

周雅婧, 曾庆化, 刘建业, 孙克诚

2020, 45(1): 1-11. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.01.001

[摘要](2214) [PDF 1421KB](414)

摘要:
因子图作为一种表示因式分解的建模工具,在编码领域、统计学、信号处理和人工智能领域有着广泛的应用．因子图在导航领域的应用研究逐步发展起来．与单一导航系统对比,组合导航系统能够提供更精确、更具鲁棒性的导航结果,但是因其各个子系统的误差特性与工作频率不同的特点,增加了导航系统的设计复杂性．基于因子图的组合导航算法可以有效解决导航信息融合中的传感器异步问题且实现对多传感器的灵活配置,使得系统具有即插即用的特性,在非线性量测条件下可以获得较好效果.导航系统中的状态估计以及信息融合问题可以使用因子图模型表示,基于因子图的和积算法是组合导航信息融合的主要算法.本文对因子图及其在导航系统中的应用进行了探讨,主要包括:1)因子图的数学理论基础及其相关应用领域;2)因子图在定位与导航领域的发展和应用.

基于SIC的伪卫星系统抗远近效应捕获算法研究

刘旭, 姚铮, 吕红丽, 陆明泉

2020, 45(1): 12-18. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.01.002

[摘要](1118) [PDF 768KB](168)

摘要:
地基伪卫星系统中由于远近效应的影响,近场伪卫星信号可能对远场伪卫星信号形成压制干扰,导致远场伪卫星信号无法被捕获. 针对该系统中使用的跳时直接序列扩频(TH-DSSS)信号的捕获问题,引入串行干扰消除(SIC)技术,缓解伪卫星系统中的远近效应问题,通过本地重构强信号和干扰对消降低强信号对弱信号捕获的影响,并从理论和仿真两方面对其性能进行了分析. 仿真结果表明,相比传统未采用干扰消除的捕获算法而言,基于SIC的信号捕获方法在不改变伪卫星基站结构和接收机框架的基础上,可有效降低远近效应的影响,提高弱信号捕获概率,扩大系统工作范围,从而为接收机在强远近效应场景下的捕获、跟踪和定位解算提供有效保障.

BDS-2／BDS-3伪距单点定位精度分析

方欣颀, 范磊

2020, 45(1): 19-25. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.01.003

[摘要](1144) [PDF 750KB](218)

摘要:
北斗三号(BDS-3)基本系统于2018年底开始提供全球服务．通过处理37个全球GNSS服务组织(IGS)多模实验跟踪网(MGEX)观测站90天北斗数据,评估了北斗二号(BDS-2)和BDS-3在全球范围内的可见卫星数、几何精度衰减因子(GDOP)和单频伪距单点定位精度,分析了BDS-2／BDS-3组合对BDS-2、BDS-3单系统空间几何构型、伪距单点定位(SPP)精度的改善程度．结果表明,BDS-3的空间几何构型较BDS-2有明显的提升,定位精度在东方向、北方向和高程方向分别为1.490、2.610、5.238 m(RMS),相较于BDS-2分别提高了58％、1％、24％．BDS-2／BDS-3组合在东方向、北方向和高程方向分别为1.45、2.36、4.90 m(RMS),较BDS-2与BDS-3单系统分别提高了59％、11％、29％,以及3％、10％、6％．并且BDS-2／BDS-3组合明显削弱了BDS-2定位精度与地理经度相关的边缘效应.

基于北斗地基增强系统的中国区域电离层建模研究

黄小东, 韩军强, 涂锐, 刘金海, 洪菊, 范丽红, 张睿, 卢晓春

2020, 45(1): 26-30. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.01.004

[摘要](492) [PDF 550KB](131)

摘要:
在卫星导航定位中,电离层延迟误差是主要误差源之一,其影响可以到达数米乃至数百米,有必要进行高精度的电离层模型研究,尤其是区域的高精度电离层模型建立．本文基于北斗地基增强系统114基准站三系统 (GPS／BDS／GLONASS) 双频的观测数据进行电离层提取计算,并结合多项式函数模型进行建模,得出中国区域内的电离层模型,并采用直接跟CODG的电离层产品比较和间接通过单频精密单点定位方式来评估模型精度．结果表明,基于北斗地基增强系统建立的中国区域电离层模型精度高于CODG发布的电离层格网模型且更符合中国区域电离层的真实空间分布．

美伊冲突中的GPS信号增强分析

刘苗苗, 焦文海, 贾小林

2020, 45(1): 31-36. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.01.005

[摘要](520) [PDF 587KB](145)

摘要:
对2019年6月美伊冲突事件中的GPS功率增强进行了分析,具体从接收机类型、天线类型以及卫星型号三部分对GPS P(Y)码的功率增强进行了分析,分析表明,采用不同类型接收机的测站,其功率增强值明显不同,而采用不同类型天线的测站,其功率增强值相差不大;此外,在接收机或天线类型相同情况下,同组并址站的相同类型的卫星功率增强值对比结果呈一致性.

基于三次样条插值实现无人机高动态运动轨迹插值

高晓, 杨志强, 库新勃, 郑蓉

2020, 45(1): 37-42. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.01.006

[摘要](471) [PDF 664KB](103)

摘要:
差分全球卫星导航系统（GNSS）技术辅助空中三角测量技术可实现无人机影像元素的高精度绝对定位．机载GNSS模块采样频率一般不超过50 Hz,更高的采样频率对GNSS模块软硬件提出更高的要求．本文基于三次样条函数实现无人机高动态定位的三维坐标插值,并通过实测数据检验三次样条函数的适用性,实验结果表明,固支样条更适用于无人机高动态运动轨迹坐标插值,当采样频率高于5 Hz时,平面插值精度优于1.0 cm,高程插值精度优于2.2 cm.

载波相位平滑时间常数对GBAS精度增强的影响

倪育德, 陈楚佳

2020, 45(1): 43-50. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.01.007

[摘要](494) [PDF 810KB](89)

摘要:
陆基增强系统(GBAS)是利用载波相位平滑伪距差分修正实现对导航辅助定位的. 其中,平滑时间常数是影响载波相位平滑伪距精度的关键参数. 本文分析研究了不同平滑时间下电离层时间梯度和空间梯度对Hatch滤波的影响. 在结合电离层时空梯度和多径效应引起的滤波总误差方差的基础上,推导出自适应的最优平滑时间常数. 分别对GBAS静态和动态两种环境下的定位误差进行实验,实验结果表明,采用本文推导出的自适应平滑时间常数降低了GBAS伪距测量误差,从而使定位精度得到增强.

基于接收机位置信息的GNSS干扰源定位技术

靳睿敏, 甄卫民

2020, 45(1): 51-55. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.01.008

[摘要](1594) [PDF 500KB](327)

摘要:
全球卫星导航系统（GNSS）目前得到了十分广泛的应用,但是GNSS信号到达地面的功率很低,同时民用信号的格式是公开的,因此极易受到各种无意和人为故意的干扰,会对GNSS定位和授时的精度造成影响．查找和消除干扰源十分重要,目前通用的干扰源查找手段是采用测向设备实现干扰源的交叉定位,但在不知道GNSS干扰源的大致位置时,采用测向设备查找干扰源将耗费很长的时间．如果能够通过提取一些通用接收机的输出量实现干扰源的粗定位,就可以为测向定位提供初始参考位置和大概的查找范围．本文利用几乎所有的通用接收机都能输出的位置信息实现干扰源的粗定位,随着GNSS接收机逼近干扰源,会造成接收机位置信息的丢失,随着GNSS接收机远离干扰源,接收机又会重新获取位置信息,本文利用一定区域内众多受干扰的接收机的位置信息丢失点和位置信息重捕获点来实现干扰源的粗定位．通过仿真验证,分析了该技术的定位误差,仿真结果表明,该方法能够实现GNSS干扰源的粗定位,为进一步准确查找干扰源提供位置参考．

一种卫星导航抗干扰处理器低功耗设计方法

潘未庄, 王璐, 夏效禹

2020, 45(1): 56-60. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.01.009

[摘要](468) [PDF 627KB](85)

摘要:
提出一种适用于全球卫星导航系统(GNSS)智能天线的低功耗抗干扰处理器设计方法. 通过改进GNSS抗干扰架构中混频器的设计,优化掉数字高中频混频器和滤波器. 为进一步降低功耗和硬件资源占用,引入输出双倍速率寄存器(ODDR)技术,实现高中频信号的直接合成. 实验测试结果表明,本设计功耗降低11％,硬件资源减少14％,可应用到GNSS智能天线系统中.

北斗三号短基线相对定位精度分析

郑爽, 王世杰

2020, 45(1): 61-65. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.01.010

[摘要](518) [PDF 523KB](132)

摘要:
我国北斗卫星导航系统（BDS）已经进入第三阶段北斗三号（BDS-3）的建设,其定位精度问题一直是全球关注的热点．本文基于IGS连续跟踪站2018年第227天多模全球卫星导航系统（GNSS）数据,对短基线进行动态处理,将BDS-3的相对定位精度与北斗二号(BDS-2)的相对定位精度进行分析．结果表明，目前BDS-3短基线相对定位精度E方向优于3 cm,N方向优于3.5 cm,U方向优于10 cm,三个方向精度略高于BDS-2短基线相对定位精度．

基于功率变化的移动终端欺骗干扰检测方法

范广腾, 冉德超, 张飞, 庹洲慧

2020, 45(1): 66-70. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.01.011

[摘要](445) [PDF 518KB](113)

摘要:
对欺骗信号的功率检测是目前最常用的欺骗检测方法之一,但欺骗源可以通过调整发射的信号功率,仍然可实现对环形范围内所有终端的欺骗攻击．针对该问题,本文提出了一种基于信号功率变化的移动终端欺骗干扰检测方法,该方法利用了真实卫星和欺骗源与终端在距离上差异的本质属性,通过终端运动情况下真实信号与欺骗信号在相同距离上信号功率变化的不同,实现对近距离欺骗干扰源的有效检测．本文建立了移动终端导航信号功率变化模型,并在此基础上给出了针对欺骗信号的二元假设检验方法．通过理论分析和仿真实验,验证了本文提出的基于信号功率变化的移动终端欺骗干扰检测技术的有效性,当干扰源距离终端小于2 000 m,终端运动距离大于200 m即可实现在1％的虚警概率下实现对97％以上欺骗攻击的有效检测．

BDS-3三频精密单点定位精度分析

谢明德

2020, 45(1): 71-76. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.01.012

[摘要](626) [PDF 517KB](102)

摘要:
我国北斗卫星导航系统(BDS)处于最后阶段BDS-3的建设之中,其定位精度一直是国内外研究的热点．本文基于IGS连续跟踪站实测数据,阐述了BDS三频精密单点定位模型,初步对比分析了BDS-2与BDS-3的观测数据质量以及精密单点定位精度．经研究发现,BDS-3数据质量良好,相比BDS-2有所提高,单独利用BDS-3卫星进行精密单点定位精度相比于BDS-2略差,收敛时间也略慢,二者结合下的精密单点定位精度与收敛时间相比单独定位有很大的提升．

综合EGM2008和移动曲面模型的GNSS高程拟合

吴寒, 吴燕苹, 邓明镜

2020, 45(1): 77-81. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.01.013

[摘要](392) [PDF 496KB](78)

摘要:
全球卫星导航系统（GNSS）高程拟合广泛应用工程建设,不同的拟合方法具有各自局限性,为提高高程拟合的适用性、可靠性和精度,本文提出综合利用EGM2008和移动曲面模型进行高程拟合,通过不同算例进行实验分析表明该方法能有效提高GNSS高程拟合精度.

基于人工鱼群优化的BP神经网络WiFi指纹室内定位方法

邓素, 薛峰, 余敏

2020, 45(1): 82-87. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.01.014

[摘要](347) [PDF 741KB](100)

摘要:
针对传统的基于反向传播(BP)神经网络室内定位算法存在着低精度和慢收敛问题,且考虑到室内环境复杂,通常存在多径效应,无法使用信号强度衰减测距模型进行精确定位,提出一种改进的人工鱼群优化的BP神经网络WiFi指纹室内定位算法．利用人工鱼群觅食和寻优方式来提高全局寻优搜索的速度和能力,采用改进的人工鱼群算法(IAFSA)优化选取室内定位BP神经网络的权值和阈值,有效避免了传统BP神经网络的预测值易陷入局部最优的缺点,同时利用高斯滤波对信号进行去噪处理,建立采样点获取到的信号强度值(RSSI)与位置坐标的关系．实验结果证明所提方法与传统的BP神经网络方法相比,平均定位误差减少了0.75 m,平均定位精度提高32.2％,提高了定位可靠性,算法具有更好的稳定性.

不同法截面子午线椭球衔接的研究及应用

李复才, 姚德新

2020, 45(1): 88-92. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.01.015

[摘要](334) [PDF 572KB](56)

摘要:
为了满足高速铁路线路控制网的投影长度变形值不大于10 mm／km的要求,将长线工程线路分成多段并建立各自的法截面子午线椭球．针对相邻法截面子午线椭球的衔接问题,提出交点法线重合的方法,实现椭球变换之后交点位置的一致性,解决线路的衔接问题,从而大大加强法截面子午线椭球理论在工程线路弯曲性、复杂性及长度的适用性．

日本准天顶卫星导航系统应用分析与启示

国际, 高为广, 苏牡丹, 石善斌, 汪陶胜

2020, 45(1): 93-98. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.01.016

[摘要](486) [PDF 616KB](102)

摘要:
日本立足自身自然地形及城市特点,基本建成了准天顶卫星导航系统(QZSS),并可基于GPS提供定位增强服务．本文针对QZSS服务及应用开展了研究,对其信号、特色服务,应用领域,以及推荐产品名录进行了分析．日本针对卫星导航的推广应用工作有其特色,充分利用了数码相机、运动手表等产品制造优势,大力布局个人智能终端;在铁路、精准农业、建筑施工等行业,努力拓展厘米级增强服务应用．这些对我国推进卫星导航系统应用工作有着一定的参考意义．

PTP协议在广电时间同步网中的应用研究

权雨, 彭良福, 何永青

2020, 45(1): 99-104. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.01.017

[摘要](628) [PDF 729KB](80)

摘要:
随着广电行业的飞速发展,以串行数字接口(SDI)基带信号为基础技术架构的传统电视信号已经很难满足未来技术发展和业务扩展的需求．得益于现代通信技术的迅速发展以及即将到来的万物互联的5G时代,广电行业也将采用IP化技术来构建新的网络系统．处在向IP化发展的过渡期,广电IP化目前还存在一些亟待解决的问题．为了解决广电系统网络中需要更高精度的同步信号来完成时间同步的问题,本文利用精确时间协议（PTP）时间同步技术在专用以太网中完成时间同步组网,搭建了测试环境并对测试数据进行了分析．测试结果表明,相较于传统的网络时间协议（NTP）时间同步技术,输出PTP信号的准确度能够达到亚微秒量级,完全满足广电行业IP化数字电视系统时间同步信号的高精度需求．

基于GPS信噪比观测值的水位反演研究

程文

2020, 45(1): 105-109. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.01.018

[摘要](469) [PDF 638KB](134)

摘要:
介绍了利用GPS信噪比(SNR)数据反演水位变化的原理．选取Calcasieu Pass GPS站的SNR数据反演水位变化,并与附近验潮站监测数据进行对比,两者表现出很好的一致性,两者的相关系数优于0.80,RMSE在8 cm左右,验证了基于GPS SNR数据监测海平面变化的可行性和可靠性,通过不同时段和时长的试验分析,证明了岸基GPS站可连续对水位进行监测．

导航信号干扰源定位排查能力评估

白文礼, 吴传龙, 张海涛

2020, 45(1): 110-113. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.01.019

[摘要](385) [PDF 413KB](117)

摘要:
立足干扰源定位排查能力培训,对导航信号干扰源定位排查能力进行综合评估．运用层次分析法、德尔菲法等方法解决三个方面的问题:一是建立评估指标体系,二是确定评估指标权重,三是确定量化评分方法,为开展导航信号干扰源排查培训提供有效的综合能力评估方案,确保培训科目内容设置、分值分配及成绩量化评分的科学性、合理性,有利于准确评估导航信号干扰源定位排查能力．