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当期目录

2024年 第49卷  第1期

2024 年 1 期目次
2024, 49(1)
摘要:
“北斗在国家关键基础设施领域中的应用技术”专栏
“北斗在国家关键基础设施领域中的应用技术”专栏导读
2024, 49(1): 1-1. doi: 10.12265/j.gnss.24-01daodu
摘要:
“北斗在国家关键基础设施领域中的应用技术”专栏编委会
2024, 49(1): 2-2. doi: 10.12265/j.gnss.24-01bwh
摘要:
电力北斗应用体系设计与应用研究
陈向东, 赵建伟, 傅宁
2024, 49(1): 3-8. doi: 10.12265/j.gnss.2024005
摘要:
随着北斗卫星导航系统(BeiDou Satellite Navigation System, BDS)的成熟,电力北斗应用不断拓展和深入,并构建起较为完整的应用体系. 本文对电力BDS应用体系架构进行了研究设计,重点介绍了电力北斗在规划建设、设施设备管理、营销、调度控制及物资后勤管理等五方面的应用,并对电力北斗应用未来发展趋势进行了分析,提出了相应的发展建议.
北斗全球海上遇险与安全服务体系探究
庞波波
2024, 49(1): 9-18, 44. doi: 10.12265/j.gnss.2023178
摘要:
随着北斗报文服务系统、北斗国际搜救服务通过国际组织认可及北斗短报文在国内船舶的应用成效,初步形成北斗海上遇险与安全服务. 本文提出北斗全球海上遇险与安全服务体系概念,通过引入广义北斗任务控制中心(BeiDou mission control center,BD-MCC)给出体系架构组成,并从北斗特色服务、海事通信业务到系统服务层面分析该体系在亚太与全球服务的功能特征,梳理该体系中北斗报文服务系统、北斗国际搜救系统、北斗应急示位搜救系统、北斗船舶远程识别与跟踪系统(long range identification and tracking,LRIT)、北斗船舶保安报警系统(ship security alert system,SSAS)以及北斗海上安全信息播发系统的业务流程及服务规范;展望该体系的系统化、国际化及定制化应用;研究成果有助于推动北斗通导在全球海上遇险与安全业务领域体系化应用.
地基BDS/GNSS水汽监测在水利领域的研究进展与展望
孙铭涵, 庞治国, 吕娟, 张朋杰, 崔香蕊
2024, 49(1): 19-33. doi: 10.12265/j.gnss.2023179
摘要:
地球上几乎所有的水汽都集中在对流层,水汽含量对全球气温、降水等气象要素都有很大的影响,在一定程度上可以影响地球气候变化,在全球范围内调节热量平衡. 对对流层水汽监测、水资源管理、极端天气预警和气候变化研究等具有十分重要的作用. 在北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System, BDS)/GNSS技术持续发展和完善的过程中,BDS/GNSS大气可降水量反演(precipitable water vapor,PWV)逐渐成为一种新型的水汽探测技术,相较于传统水汽探测技术可实现对水汽高精度、近实时的监测. 本文对BDS/GNSS PWV反演的发展历程及研究现状进行了系统地综述,阐明其反演原理与方法,主要从高精度水汽监测、降水短临预报、气候变化及旱涝监测方面分析地基BDS/GNSS水汽监测在水利领域中的应用与发展方向.
GNSS-R水位监测研究进展与其在我国水利行业应用展望
张朋杰, 庞治国, 路京选, 江威, 吕娟, 孙铭涵
2024, 49(1): 34-44. doi: 10.12265/j.gnss.2023180
摘要:
水位监测在水文学、水利工程、灾害防治等领域都具有非常重要的意义. 传统的水位监测方法存在成本高、覆盖范围小等缺点,GNSS不仅具有导航、定位及授时的功能,还可以利用其反射信号获取反射面的特性信息并将其称为全球卫星导航系统反射测量(Global Navigation Satellite System-Reflectometry,GNSS-R). 近年来,GNSS-R技术以低成本、全天候、高时空分辨率等优势为水位监测提供了一种新方法. 本文对GNSS-R水位监测的研究现状、不同方法的影响因素以及当前应用过程中存在的问题进行了总结归纳提出了下一步的发展趋势,最后对其在我国水利行业的应用进行了展望.
基于北斗的PPP-RTK技术在无人机电力巡检中的应用分析
白天阳, 张春光, 陈向东, 王冬华, 冷宏宇
2024, 49(1): 45-53, 101. doi: 10.12265/j.gnss.2023199
摘要:
为解决无公网地区或地形条件复杂地区进行无人机电力巡检得不到高精度定位服务的问题,本文提出使用基于北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System, BDS)的精密单点定位-实时动态定位(precise point positioning-real-time kinematic, PPP-RTK)技术,为无人机电力巡检提供高精度定位服务. 文中使用电力北斗精准位置服务网四川省内电力北斗基准站的数据进行了PPP-RTK服务端产品的计算和用户端的仿动态定位试验. 试验结果表明:在使用基于BDS的PPP-RTK服务条件下,用户端使用BDS或BDS+GPS进行PPP-RTK模糊度固定解模式时,在1 min内就可以实现收敛,收敛后水平方向的均方根 (root mean square, RMS) 值小于5 cm,高程方向的RMS小于8 cm,该试验结果可以为构建电力北斗PPP-RTK服务及其在无人机巡检中的应用提供设计参考依据.
北斗在电力杆塔沉降监测系统中的应用
金福铭, 段意, 刘智慧, 张鹏, 栾俊清
2024, 49(1): 54-59. doi: 10.12265/j.gnss.2023185
摘要:
本文研究设计的输电线路钢管杆塔沉降监测系统,依托单杆塔目标灾害预测、区域内杆塔整体风险预测等安全物联网领域核心技术,为电力输电线路钢管杆塔沉降打造安全物联网支撑平台,提供整体解决方案及全生命周期的系统服务. 系统基于北斗卫星导航系统(BeiDou Satellite Navigation System, BDS)及倾斜监测预警技术,以输出BDS的原始数据为核心,包括载波相位观测数据、星历数据等,并通过4G无线网络传到控制中心,控制中心通过监测软件实时解算出各监测点的三维坐标,然后根据对实时位移数据的对比分析,形成不同的监测系统或环境下的实时差异数据,再根据差异补正电力杆塔沉降区域变形情况和详细数据.
基于北斗高精度定位的铁路巡检技术应用
王绍新, 翁艳彬
2024, 49(1): 60-67. doi: 10.12265/j.gnss.2023203
摘要:
铁路巡检工作是铁路安全运营工作的重中之重,但是铁路站场内复杂的环境使得常规的卫星导航定位性能大大降低,无法满足巡检工作和数据运营的要求. 本文分析了铁路股道形成的轨道峡谷模式下定位场景的特点,分别对使用北斗导航定位实时动态(real-time kinematic, RTK)、连续运行参考站(continuously operating reference stations, CORS)、星基增强系统(satellite-based augmentation system, SBAS)等高精度增强模式进行了分析、实测及精度统计,最后使用了集成多种定位模式的手持北斗高精度定位终端,接入千寻CORS数据,在成都公兴站股道上进行了实地使用与巡检模拟测试. 分析结果表明:定位精度有较大提高,高精度定位结果可以满足铁路巡检要求,为下一步开发智能巡检管理系统提供了有益的参考.
运输领域北斗应用方案设计研究
刘小兵, 周钰凯, 王剑
2024, 49(1): 68-74. doi: 10.12265/j.gnss.2023211
摘要:
北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System, BDS)已经实现了全球组网,并提供覆盖全球的导航和定位服务. 在交通运输领域,BDS被广泛应用于车辆定位监控、智能导航、路径规划和车队管理等方面,为运输产业提供了更高效、安全和可靠的服务,对于我国交通领域的发展和现代化有着积极的推动作用. 在新时期的运输产业规划建设要求下,智能运维体系的建设与发展仍存在着缺乏统一标准、信息不畅、集中调度存在瓶颈、设施重复性建设等问题,在此情况下充分发挥北斗技术在智能运维领域的应用,将助力运输产业高质量发展. 本方案设计旨在系统性研究北斗技术应用方案,完成监测、调度和资源部署一体化设计,实现降本增效,为北斗产业化发展和系统化应用作出贡献. 从总体架构、系统组成、平台建设三个层面进行了具体的研究探讨,实现了运输领域智能运维的顶层应用方案设计,通过BDS规模化的运用来提高运输效率、安全性和管理能力.
综合PNT新技术
一种高精度时频综合及守时方法
戴群雄, 尹继凯
2024, 49(1): 75-81. doi: 10.12265/j.gnss.2023195
摘要:
在现代信息化平台建设中,时频系统为平台提供统一的时频基准,其守时性能是平台各组成部分能否高效联动、稳定工作的关键因素. 通过对频率基准源优选、多钟联合时频综合处理技术的分析和研究,提出了一种高精度时频综合及守时方法,设计了一种高精度时频综合及守时系统. 通过优选铷原子钟作为频率基准源、基于多个铷原子钟的原子时综合和驾驭、同类源实时互比选择出最优主钟和备钟,提升系统守时性能并开展了与传统方法的比对试验,验证了该方法的可行性和有效性.
理论与探讨
联合神经网络和对角加载的GNSS中断定位算法
卢丹, 高鹏桦
2024, 49(1): 82-88. doi: 10.12265/j.gnss.2023176
摘要:
GNSS/INS组合导航系统可以为移动载体提供长时间、高精度的导航信息,然而当载体处于恶劣环境中,无法获得滤波量测向量,导致导航定位结果迅速发散. 为应对这一问题,越来越多的学者利用人工神经网络辅助组合导航系统直接进行信息融合. 但惯性导航系统(inertial navigation system,INS)本身特性使得上一时间训练好的网络模型存在误差,中断时刻INS误差仍不断累积,因此提出了一种GNSS中断时的智能定位算法. 该算法利用反向传播(back propagation,BP)神经网络训练得到滤波量测向量,再通过对角加载重构量测噪声协方差矩阵,对卡尔曼滤波(Kalman filter,KF)进行更新. 所提方法减弱了神经网络训练误差对组合导航算法的影响,从而可以在GNSS信号长时间中断情况下,导航系统仍拥有较为可靠的导航性能.
GNSS观测值类型对短基线大地高差精度的影响分析
王恒毅, 谭荣杰, 杨瀚融, 陈华
2024, 49(1): 89-93. doi: 10.12265/j.gnss.2023109
摘要:
基于某市C级网的观测数据,分析了采用不同原始观测值和无电离层组合等四种不同基线解算策略对短基线大地高差精度的影响,结果发现,仅通过基线较差分析难以评估不同解算策略的基线处理精度. 为此,联合二等水准测量和似大地水准面模型对基线结果进行了外部检核,发现采用无电离层组合的结果中大地高差存在约2.2 cm的系统差,而使用原始双频观测值的结果精度最高,是短基线处理的最佳策略.
基于PWV差值方法分析沙尘暴期间GNSS PWV与大气颗粒物相关性
谢鹏
2024, 49(1): 94-101. doi: 10.12265/j.gnss.2023193
摘要:
针对2021年3月15日中国北方发生的沙尘暴事件,提出了一种基于大气可降水量差值的方法,旨在探究GNSS站点反演的大气可降水量与大气颗粒物浓度之间的相关性. 选取了位于宁夏中卫(NXZW)、北京房山(BJFS)和吉林长春(CHAN)的3个GNSS站点及附近的大气颗粒物浓度数据进行分析. 结果显示,在非沙尘暴条件下,GNSS解算的大气可降水量(precipitable water vapor,PWV)精度表现良好,其与ERA5模型的PWV的差值均值和标准差均约在2 mm,证明了解算结果的可靠性. 沙尘暴发生前,各站点PWV与大气颗粒物浓度的相关性均低于20%,表现出较弱的相关性. 在沙尘暴期间,该相关性显著提高,尤其在BJFS和CHAN站点,PWV与大气颗粒物浓度的相关性超过60%. 相位滞后消除后,NXZW站点的相关性更是达到70.25%. 进一步分析还发现,沙尘暴发生时,PWV差值与大气颗粒物浓度的相关性也显著提高,其中BJFS和CHAN站点的相关性超过70%. 综合分析表明,沙尘暴发生时,PWV差值与大气颗粒物浓度的相关性进一步增高,这表明大气颗粒物对PWV差值的贡献比对PWV本身的贡献显著增加,从而说明了PWV差值方法在大气颗粒物浓度监测方面的潜在应用价值. 因此,本研究提供了一种新的研究思路和方法,为大气颗粒物浓度和气象条件之间复杂交互关系的进一步研究奠定了基础.
基于LSTM的北斗三号卫星差分码偏差分析及预测
刘晓文
2024, 49(1): 102-107. doi: 10.12265/j.gnss.2023216
摘要:
当卫星差分码偏差(differential code bias,DCB)约束条件和基准发生变化时,其值会出现比较大的差异,影响导航定位的精度. 本文分析了2021年的北斗三号(BeiDou-3 Navigation Satellite System,BDS-3) DCB的时序变化,综合太阳辐射通量和地磁指数,利用长短期记忆网络(long short-term memory,LSTM)神经网络对卫星DCB进行预测和精度分析. 实验结果表明,LSTM神经网络模型预测效果优于多项式拟合法的预测结果,其平均绝对误差(mean absolute deviation,MAE)小于0.2 ns,均方根误差(root mean squared error,RMSE)小于0.5 ns;其未来多天的预测结果各项误差也均小于0.2 ns,LSTM神经网络可以有效对卫星DCB进行预报,为缺失的DCB产品提供参考.
技术报告与应用
格网化网络RTK地域性精度解算
李雪晴, 陈明剑
2024, 49(1): 108-113. doi: 10.12265/j.gnss.2023125
摘要:
为提高格网化网络实时动态(real-time kinematic,RTK)差分服务性能、消除地形对定位精度的影响,以格网化网络RTK差分技术为基础,推导了存在地形高差的格网RTK定位误差模型,选用平原、过渡区、山区三个区域进行不同密度划分的格网RTK定位实验,分析确定不同地形的格网划分密度标准. 结果表明:格网密度越大,格网RTK定位精度越高. 而在相同格网密度下,受地形高差影响,平原、过渡区、山区定位精度逐级降低. 在平原、过渡区以及山区分别选用9′×9′、6′×6′、3′×3′格网时能够达到1 cm定位精度,可为设定格网划分准则提供相应的依据.
信号采集回放仪检测全球导航卫星系统接收机RTK性能
洪卫, 何浩鹏, 彭友志, 汪洋舰, 宋潇
2024, 49(1): 114-119. doi: 10.12265/j.gnss.2023146
摘要:
针对GNSS接收机的实时动态(real-time kinematic, RTK)差分性能检测,提出了采用GNSS信号采集回放仪检测GNSS接收机的RTK性能方法,以解决GNSS接收机在检测中易受观测环境影响的问题. 研究信号采集回放仪回放信号的重复性以及与真实导航卫星信号检测GNSS接收机RTK精度的差异. 经分析,利用信号采集回放仪检测GNSS接收机RTK精度的重复性优于1 mm,说明信号采集回放仪回放的卫星导航信号具有高复现性. 由于信号采集回放仪在存储或回放阶段引入噪声,导致信号采集回放仪检测的RTK性能低于真实卫星导航信号检测的RTK性能,但是噪声带来的误差未超出GNSS接收机标称RTK精度的1/3,符合作为测试设备的要求. 因此采用具有高复现性的信号采集回放仪检测接收机RTK性能是可行的,为GNSS接收机提供了稳定的真实卫星导航信号,对解决由于不同的观测环境导致检测的GNSS接收机性能一致性较差,对接收机研发生产和检测具有指导意义.
北斗观测数据质量及动态PPP性能分析
何聪聪, 王中元, 张坦
2024, 49(1): 120-126. doi: 10.12265/j.gnss.2023183
摘要:
为分析北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)在全球范围内的数据质量、动态精密单点定位(precise point positioning,PPP)性能及不同区域内的性能差异,选取三个不同区域内共9个多GNSS实验 (Multi-GNSS Experiment,MGEX) 连续跟踪站的观测数据,以GPS为参考,从卫星可见性、伪距多路径效应、数据完整率、信噪比(signal-to-noise ratio,SNR)及PPP定位精度五个方面对BDS 的数据测质量以及定位精度进行分析. 结果表明:BDS的卫星可见性具有区域差异,多路径效应及SNR并没有呈现出区域特征,其中北斗三号(BeiDou-3 Navigation Satellite System,BDS-3)的数据质量优于北斗二号(BeiDou-2 Navigation Satellite System,BDS-2)的,且BDS不同频点的数据质量也有明显差异,B1I频点数据质量较差. BDS的动态定位精度略弱于GPS,多系统对提高定位精度具有显著的效果.
“北斗航空应用技术”专栏征文通知
2024, 49(1): 126-126.
摘要: