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全球定位系统

2020年  第45卷  第2期

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片上时空系统及综合时空网管发展分析
景贵飞
2020, 45(2): 1-6. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.02.001
摘要:
针对面向泛在导航与位置服务的综合时空体系建设,各国都在探讨各类导航定位方式对卫星导航的补充和丰富,片上时空器件是其中一个重要的发展方向.通过分析万物互联时代的技术和应用发展趋势,提出了片上时空系统的概念,分析了其作为实现泛在时空服务的重要手段,将会随着大规模集成电路的不断发展在功能和集成度上快速提升,并且由于与物联网芯片天然的良好集成能力,拥有很大的市场需求,提出了发展综合时空体系网管系统支持片上时空系统信号融合集成以实现高性能,并提出了今后工作建议:应当加紧对微机电系统(MEMS)与高精度惯导融合、定位网络综合管理系统支持、多信号片上融合的研发,早日实现市场供给.
高精度GPS超短基线场数据处理与分析
武曙光, 聂桂根, 彭凤友, 何月帆, 武昌生
2020, 45(2): 7-12. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.02.002
摘要:
随着全球卫星导航系统(GNSS)接收机、电子全站仪等测绘产品应用程度的提升,现代地理信息产业也不断发展壮大. 基线检校场作为测绘仪器检定的重要标准之一,长期以来为社会各方面发展提供了重要的基础支撑. 针对新建立的超短基线检校场,运用GAMIT/GLOBK软件进行了高精度数据处理. 综合使用周边的国际GNSS服务站(IGS)站、陆态网(CMONOC)参考站,采用不同解算方案分别进行数据处理,并从标准均方根误差(NRMS)值、基线重复性、网平差后点位坐标稳健度等方面进行了对比分析. 结果表明,本次超短基线场的建设符合规范和设计要求. 对于类似的小范围测站网数据解算,采用分级两步法可以得到较高的解算精度,为超短基线场或者类似的区域测站网的高精度数据解算与分析提供了一些可借鉴的经验.
eLoran系统新型信号波形设计及其性能评估
李婉清, 刘中伟, 李实锋, 叶清琳
2020, 45(2): 13-20. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.02.003
摘要:
增强型罗兰导航系统(eLoran)作为全球卫星导航系统(GNSS)的备份系统,是国家定位导航授时(PNT)安全的重要基础设施.针对目前标准eLoran信号存在易受交叉干扰、天波干扰,通信数据传输速率低等的问题,本文基于标准罗兰信号体制提出了两种波形改进方法(衰减函数法与对称波形法)并对新型波形进行性能评估.实验结果表明,两种方法能够有效缩短波形持续时间,加速后沿波形下降,减小发射机功耗.对称波形法能够大幅减小波形持续时间,但缩短波形持续时间也将改变原信号波形的频谱特性,利用衰减函数法可以最大程度保证信号的频谱性能.综合分析可知,新型波形能够有效利用时域资源,空余的时间可用于增加传输信号,进而提高数据调制技术的性能.
附加基线矢量约束的双站协同精密定位方法
陈万通, 尚正辉, 汪竹青
2020, 45(2): 21-29. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.02.004
摘要:
传统精密单点定位(PPP)具有高精度、操作方便等诸多优点,其通常利用Kalman滤波进行未知参数的解算,但是定位性能依赖于准确的动态模型和滤波初值,如果动态模型不准确或者滤波初值设定的不正确会导致滤波性能下降甚至发散. 针对该问题,提出了一种附加先验的基线约束信息的双站协同PPP定位方法,算法利用双站所成基线的方向信息和长度信息对Kalman滤波过程中双站位置的估计值进行修正,减小了浮点解的误差协方差矩阵,提高了浮点解的精度. 利用实测的全球定位系统(GPS)数据进行PPP实验,实际结果表明,与传统PPP参数估计模型相比,本方法有效改善了定位的精度,缩短了收敛时间.
BDS/GPS工程控制网质量分析
周建营, 陈国恒, 陈梅森
2020, 45(2): 30-36. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.02.005
摘要:
针对北斗卫星导航系统(BDS)建立工程控制网的应用问题,以广东省域内某控制网为实例,分别从观测数据质量情况、基线解算与平差精度、坐标结果差异性等指标,与GPS进行对比,验证了BDS系统建立工程控制网的可行性. 结果表明,BDS可见卫星数与GPS相差不大,BDS的基线解算与平差精度整体略低于GPS,且在U方向上相对更为明显. 当测站数据质量较好时,BDS/GPS坐标结果平均只有毫米级的差异,完全可替代GPS作为最终成果;当测站数据质量较差时,坐标结果平均有毫米级至厘米级的差异,可满足一般工程控制网的要求.
P4-RTK无人机在不规则堆体体积量算中的应用与精度分析
连增增, 赵晓明, 李飞, 杨帆
2020, 45(2): 37-43. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.02.006
摘要:
针对生产企业内的一些体积庞大且不便于近距离实测的不规则堆体体积量算问题,本文利用大疆精灵P4-RTK无人机对某生产企业内的一大型不规则建筑废料堆积体进行高精度影像数据获取,同时使用GNSS-RTK测量部分堆积体表面离散点坐标.利用所获取的高精度影像数据,解算出该堆积体表面的的点云、DEM、DOM等数据以及三维模型,最后对堆积体进行体积量算.与用GNSS-RTK测得的离散三维坐标点采用DTM法计算的堆体体积的结果对比证明,基于P4-RTK无人机免像控技术量算不规则堆体体积能满足实际生产的要求.
地基伪卫星单历元三频组合逐级模糊度解算方法
匡宇龙, 王玲, 乐乐
2020, 45(2): 44-48. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.02.007
摘要:
为解决地基定位系统因基站固定导致几何多样性差,难以使用LAMBDA求解整周模糊度的问题.利用自差分双向时间同步原理,将双向观测值构建出消除钟差的公式.消去了时间误差的特性,将其作为双差测量值的替代,与三频模糊度解算(TCAR)算法相结合求解整周模糊度.在伪卫星平台的实验结果表明,能够实现快速单历元整周模糊度解算.
幂函数变换的GM(1,1)模型在BDS卫星钟差预报中的应用研究
蒋玉祥
2020, 45(2): 49-54. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.02.008
摘要:
由于卫星钟存在频率高、敏感性强、极易受到外界影响从而导致观测数据波动大,预测结果精度低的问题,利用幂函数变换法对初始观测数据进行变换预处理,从而提高观测数据的平顺度.由此提出一种基于幂函数变换的GM(1,1)模型,选用北斗卫星导航系统(BDS)卫星钟差进行插值和预报,并且进行了精度验证.实验结果表明:Lagrange插值方法可以满足高精度BDS的钟差的插值需要;利用幂函数变换的GM(1,1)模型相比传统模型精度有效提高了,而且当改进模型和传统模型预报值越接近实际值,则幂函数改进的GM(1,1)模型精度更高,适用性更强,对BDS卫星钟差预报具有实际参考价值.
GNSS-R海面风速反演技术研究
刘原华, 何孟然, 牛新亮
2020, 45(2): 55-59. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.02.009
摘要:
利用全球卫星导航系统反射信号技术(GNSS-R)反演海面风速时,得到的双基雷达横截面积由于几何因素的影响不能直接用来反演风速. 针对这一问题,对功率校准后的数据进行几何校正,在分析全球卫星导航系统(GNSS) 海面反射信号特征的基础上,分析了几何因素对风速反演的影响,对双基雷达横截面积和有效散射区域进行校正,得到相应反射点的反射信号功率;最后对所求得的反射信号参数进行仿真验证. 实验结果表明,海面风速反演的均方根误差为2.61 m/s,反演风速与真实风速的相关系数为0.57,校正后的归一化双基雷达横截面积能够有效地反演海面风速.
像控点布设对无人机小范围非规则区域实景建模精度的影响
张光祖, 王春, 徐燕, 陶宇, 吴亮, 盛帅
2020, 45(2): 60-67. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.02.010
摘要:
像控点布设方式和数量对实景建模精度有重要影响. 本文选取阜阳市临泉县某0.25 km2非规则区域为实验区,另选两个非规则型的验证区(0.27 km2和0.28 km2),按边缘布设、边缘加少量中心布设、中心布设三种不同的像控点布设方式进行实景模型构建,对比分析像控点数量和布设位置对模型精度的影响特征. 结果表明:1) 当像控点连线围成的凸多边形包含整个非规则测区时,才能有效保证构建的模型精度. 2) 在1∶500 比例尺测图精度的要求下,边缘布设五个像控点为最佳点位布设方式,满足高效率、高精度、低成本的建模要求. 3) 在像控点布设位置理想的情况下,增加布设数量并不能显著提升实景模型精度,像控点应按需布设.
云南地区GPS基准站噪声模型分析
管雅慧, 王坦, 胡顺强, 杨振宇
2020, 45(2): 68-73. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.02.011
摘要:
以云南地区陆态网27个全球定位系统(GPS)基准站在2011-2017年不同时间跨度的观测数据为例,使用赤池信息量和贝叶斯信息量估计准则(AIC/BIC)对解算结果进行分析,从而确定其最优有色噪声模型. 结果表明,不同时间跨度基准站各坐标分量上噪声特性主要体现为白+闪烁噪声(WN+FN)、幂律噪声(PL)模型组合. 部分基准站在北向和垂向的最优噪声模型会随着观测时间的累积而改变,PL模型所占比例有所下降,WN+FN模型所占比例有所上升. 当时间跨度大于5 a时,基准站噪声模型的稳定性显著提高. 随着坐标时间序列积累时长的增加,未知噪声分量出现的可能性也相应提高.
GDCORS多星系统定位平台测试与分析
邓思胜, 刘文建, 胡斯斌
2020, 45(2): 74-79. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.02.012
摘要:
广东省连续运行卫星定位服务系统(GDCORS)建成了兼容多星系统的北斗地基增强平台,组织开展了新平台与原平台的外业测试. 并从内符合精度评定、重复性精度评定、外符合精度、初始化时长等方面对网络实时动态(RTK)定位结果进行了统计和比对分析. 测试结果表明,新平台能够提供高可靠性、高精度的网络RTK服务. 文中研究结果可为GDCORS用户使用新/原平台提供实际应用参考.
GPS/MET中水汽转换参数本地化研究与时空特性分析
毛亚萍, 刘海燕, 高蕾, 武凤英, 省天琛
2020, 45(2): 80-84. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.02.013
摘要:
随着全球定位系统(GPS)的高速发展,它在测绘科研领域的应用范围不断扩大,在GPS气象方向,可以通过地基GPS技术计算得到水汽转换参数,从而计算大气可降水量.使用本地化的水汽转换参数能有效提高GPS水汽反演的精度.本文利用中国西南地区2015-2018年12个探空站点数据,计算得到中国西南地区的年、季度、月和每日水汽转换参数,实现了水汽转换参数本地化研究.分析发现,在一定范围内,水汽转换参数Π随着站点高度的增加而逐渐增加,且我国西南地区的水汽转换参数Π的时空分布具有明显的气候分布特点和纬度地带性.
BDS高精度动态检测系统的设计与实现
王琛琛, 徐学永, 王清太, 周叶, 施金金
2020, 45(2): 85-90. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.02.014
摘要:
针对中国北斗卫星导航系统(BDS)用户设备动态性能的检测需求,本文设计了一种可以在真实环境下,高效、自动化测试的检测系统,称为BDS高精度动态检测系统(BDHDS).该系统以依维柯汽车为载体,高精度的惯性组合导航系统为测试基准,布设了卫星信号采集回放仪、卫星信号转发器、测试暗箱、监控设备等专业测试设备,并且基于JavaScript开发了自动化测试评估软件,实现了卫星信号采集、回放,测试结果实时显示,测试报表自动生成、测试过程记录等功能.为了检测BDHDS的有效性,本文选择了两种不同型号的BDS设备分别进行了静态、低速动态和高速动态跑车试验,试验结果表明该检测系统能够直观高效地评估BDS用户设备的动态性能.
青海省新一代BDS高精度基准服务平台的构建
李延龙, 张生鹏, 张永荥
2020, 45(2): 91-97. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.02.015
摘要:
介绍了青海省新一代北斗卫星导航系统(BDS)高精度基准服务平台.该平台具备用户管理、数据处理、空间环境监控、高精度定位等功能,可以满足系统管理员、行政领导、单位用户和实时动态(RTK)测量用户在内的各种用户的多样化需求,并且遵循了管理标准化、可扩展性强、现势性好、实用性好、安全性强、具有前瞻性等建设原则.
基于EMD-LSTM耦合预测模型的BDS多路径误差削弱方法研究
徐小汶, 陶 远
2020, 45(2): 98-104. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.02.016
摘要:
北斗卫星导航系统(BDS)在短基线测量中存在的多路径误差是影响定位精度的主要误差项. 针对多路径误差的非线性以及坐标序列的非平稳特性,拟采用经验模态分解(EMD)与长短期记忆网络(LSTM)结合的方法,构建EMD-LSTM耦合预测模型,对多路径误差进行预测,削弱多路径误差的影响. 实验结果表明,EMD-LSTM耦合预测模型能够有效地削弱了多路径误差影响,E、N、U方向精度分别提高了22%、36%、40%.
扩展卡尔曼滤波的安卓手机定位算法研究
袁阳, 周汝雁, 张云
2020, 45(2): 105-111. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.02.017
摘要:
随着手机定位的应用越来越多,目前市场中许多APP(Application)都会用到定位功能. 但多数APP使用传统的定位算法,不能满足人们实时获取高精度地理位置信息的需求. 现阶段对于手机的全球定位系统(GPS)芯片原始数据定位方法的研究较少,因此本文主要对利用手机GPS原始数据定位的可行性及定位算法进行了研究. 利用Android 7.0系统提供的应用程序接口获取GPS芯片的原始数据参数,根据手机实用场景的速度特征,分别设计并实现了针对于静态场景的静态卡尔曼滤波和针对低速场景的动态卡尔曼滤波定位算法. 通过静态实验以及电动车实验和步行实验的结果表明:与传统的定位算法相比,本文设计的静态卡尔曼滤波和动态卡尔曼滤波定位算法拥有更好的定位结果,更加接近实际行走路线,证明了利用手机GPS原始数据定位的可行性,同时也证明了设计的卡尔曼滤波算法可以提高定位精度,论文的研究结果为实现静态与动态的高精度手机定位算法提供了理论依据.
基于BDS的混合动力船舶节能研究
王永鼎, 程湘裕
2020, 45(2): 112-118. doi: DOI:10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.02.018
摘要:
提出一种基于北斗卫星导航系统(BDS)的油电混合动力推进系统,柴油机和电动机采取PTH驱动方式,采用燃油和电能混合提供推进动力,可以依据BDS导航的航行区域以及航行速度选择不同动力源输出. 经过燃油经济性和效益分析,与传统推进系统相比,应用基于BDS的混合动力推进系统,公务船运营成本降低26%,增加的初始建造投资成本3年内可以收回;金枪鱼延绳钓船综合节油15%~20%,通过节油方式可在4年内收回初始建造投资成本. 基于BDS的混合动力系统可以增加推进冗余度,提高船舶安全性,具有良好的节能减排和节约运营成本的效果.