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针对无人机防御的卫星导航干扰方法研究
耿泽淇, 于合理, 贾赞杰, 蔡勇, 唐斌
当前状态:  doi: 10.12265/j.gnss.2024068
[摘要](0) [HTML全文](0) [PDF 1113KB](0)
摘要:
针对日益增多的恶性无人机“黑飞”现象,并考虑到其卫星导航终端会装载多阵元自适应调零抗干扰天线以提高导航资源使用能力,分析了采用卫星导航干扰进行无人机防御的优点,探索出一种针对无人机防御的卫星导航干扰方法. 阐述从单干扰源到多干扰源的导航干扰实施策略,并给出了评估指标. 本文研究有助于帮助防护人员准确探索有效防御边界,判断薄弱区域,优化干扰源部署策略,提高防护效率. 同时,开发了一款防御效果评估软件,其可呈现防御态势,使得防御效果显示更加直观.
2024年5月8日至16日太阳风暴对电离层影响及效应分析
王帅, 全林, 李泠, 王鲲鹏, 黄剑, 苑刚
当前状态:  doi: 10.12265/j.gnss.2024107
[摘要](10) [HTML全文](6) [PDF 5660KB](0)
摘要:
太阳风暴会造成地球电离层剧烈扰动,影响导航定位性能. 针对2024-05-08—16太阳风暴期间发生的电离层扰动事件,分析了东、西半球不同纬度台站的电离层总电子含量(total electron content,TEC)、电离层TEC变化率、电离层F2层临界频率、卫星导航单点定位误差等. 分析认为:电离层向日面会对X射线耀斑发生响应,但是扰动主要来源是太阳风南向磁场能量注入引起的地磁暴;太阳风暴期间电离层顶部和底部的响应并不是同步的;卫星导航单点定位误差在太阳风暴期间会有明显增大,尤其在垂直方向会增大至±10 m, 且在电离层暴恢复相期间会持续存在,并随电离层状态趋于平静呈逐渐减弱趋势.
“卫星导航信息安全”专刊导读
当前状态:  doi: 10.12265/j.gnss.2024-04daodu
[摘要](6) [HTML全文](4) [PDF 1668KB](0)
摘要:
基于北斗短报文和紧急无线示位标的海上搜救终端
马骏, 聂桂根, 廖密, 高文亮
当前状态:  doi: 10.12265/j.gnss.2024057
[摘要](11) [HTML全文](7) [PDF 2299KB](0)
摘要:
针对海上遇险报警终端定位精度和实时性不足等问题,设计一种兼具北斗短报文和紧急无线示位标(emergency position indicating radio beacon,EPIRB)功能的海上搜救终端. 结合指挥中心和相关软件系统,实现遇险快速上报和精确定位. 北斗短报文可以实现终端和卫星之间的通讯. 全球卫星搜救系统(COSPAS-SARSAT)是由国际海事卫星组织推行的海上遇险搜救系统的重要组成部分,通过EPIRB发送的信号,来定位事故地点和事故信息. 将北斗短报文和EPIRB结合,并联合定位模块和温度、心率等传感器. 当持有者遇险时,海上搜救终端会立刻不断向指挥中心发送遇险信息,通过指挥中心解析可对救援任务展开提供支持. 经测试,其动态、静态定位精度达到10 m级;具有北斗短报文,紧急无线示位标通讯功能.
基于长短期记忆网络的授时欺骗检测方法
盛孟刚, 盛思缘, 邓敏, 王礼亮, 姚志强
当前状态:  doi: 10.12265/j.gnss.2024034
[摘要](22) [HTML全文](15) [PDF 2615KB](0)
摘要:
时空信息安全是国家关键基础设施安全的基础,时间系统被阻断或受到干扰会对国家经济带来巨大损失,甚至对国防安全造成重大威胁. 现有授时欺骗检测方法主要对接收机时钟模型变化特点建立模型,对欺骗进行检测. 模型参数的拟合难度较大且计算复杂,环境适应能力较低. 基于此,本文提出一种基于长短期记忆网络(long short-term memory,LSTM)的授时欺骗检测方法. 该方法根据授时欺骗前后接收机钟差变化的特点,利用LSTM优异的时间序列预测能力对接收机钟差变化趋势进行准确跟踪,实现对授时欺骗干扰的有效检测. 最后使用TEXBAT(texas spoofing test battery)授时欺骗场景数据进行实验与分析,将LSTM与多层感知机(multilayer perceptron,MLP)进行实验对比. 结果表明:LSTM授时欺骗检测的性能优于MLP.
基于新型SQM的GNSS欺骗式干扰检测技术
邓敏, 廖欣璐, 郭莹莹, 姚志强
当前状态:  doi: 10.12265/j.gnss.2024017
[摘要](23) [HTML全文](11) [PDF 3093KB](2)
摘要:
GNSS在基础设施应用的定位、导航、授时领域具有重要的战略意义. 鉴于GNSS信号落地功率极低、民码结构透明等特点,民用卫星信号极易受到干扰和欺骗攻击,使得GNSS在获得广泛应用的同时也受到严重的干扰问题. 本文针对传统信号质量监测(signal quality monitoring,SQM )检测量检测概率低和可靠性差的问题,提出一种无需使用跟踪支路载波相位信息的新型SQM检测量,将检测数据值进行滑动平均处理,减少异常波动值造成检测虚警率增高的情况,并推导了检测量的统计分布特性,设置在无先验信息下的计算门限与测量门限,能够避免出现在欺骗与真实导航卫星信号相对载波相位为π的整数倍时,检测失效的情况. 在美国德克萨斯大学奥斯汀分校的公共数据库TEXBAT (texas spoofing test battery)的实采信号上进行的对比实验结果表明,所提基于IQ支路能量变化的双重门限SQM检测算法在不同实采信号场景下均能够在较短的时间内以较优的准确度检测出欺骗攻击. 研究成果对未来抗欺骗通信设备开发具有一定的参考价值,不仅能够有效提高检测性能,且无需对接收机硬件结构进行大规模的改变.进行大规模的改变.
从信息安全角度浅析RDSS系统的安全性
张涛, 聂桂根, 马俊
当前状态:  doi: 10.12265/j.gnss.2024055
[摘要](11) [HTML全文](7) [PDF 2733KB](0)
摘要:
针对卫星无线电测定业务(radio determination satellite service,RDSS)系统的信号结构和运行机制,分析了RDSS系统的安全优势,从信息安全的保密性、完整性和可用性三个角度研究了RDSS系统可能存在的安全隐患和应对措施,特别是采用射频录制和回放(record and replay,RAR)手段对RDSS系统可能存在的仿冒与欺骗安全隐患做了验证. 证明RDSS系统在抗RAR攻击方面存在漏洞,容易被RAR攻击欺骗,这种欺骗攻击暴漏了RDSS系统存在完整性和可用性上的安全隐患,可能使得终端用户造成信息混乱,也可能使终端用户被触发频次限制,无法得到正常的服务. 最后提出了针对此类安全隐患提高系统安全性的几种措施.
基于PCS与Ratio融合的GNSS欺骗检测方法研究
赵慎, 胡勇, 李世玲, 夏意
当前状态:  doi: 10.12265/j.gnss.2023234
[摘要](16) [HTML全文](8) [PDF 3073KB](1)
摘要:
针对功率监测与信号质量监测(signal quality monitoring,SQM)融合(power combined with SQM,PCS)的欺骗检测算法的检测性能在牵引阶段波动性大的问题,提出一种基于PCS与Ratio融合(PCSR)的欺骗检测算法,以改善检测性能. PCSR算法的融合过程使用加权因子将处理后的PCS与Ratio两者的幅值进行线性加权,并通过改变加权因子调整PCS和Ratio对PCSR的贡献. 实验使用美国德克萨斯大学奥斯汀分校的欺骗测试数据集(texas spoofing test battery,TEXBAT)的场景4(data scenario 4,DS4)数据集,比较并分析PCS、Ratio和PCSR算法的欺骗检测性能. 实验结果表明: PCSR具有更高检测概率、检测精度、更好的即时性和稳健性以及更宽检测范围. 提出的PCSR算法兼顾PCS和Ratio两种算法的优点,拥有更优的欺骗检测性能.
基于阵列天线信号处理的防欺骗技术
卢建军, 彭新智, 封帆, 黄楚涵, 袁雪林, 朱祥维
当前状态:  doi: 10.12265/j.gnss.2024019
[摘要](34) [HTML全文](18) [PDF 2489KB](3)
摘要:
GNSS在国家基础设施以及生命安全应用中扮演重要角色,但日益增长的欺骗干扰事件给GNSS带来了巨大威胁. 本文介绍了基于阵列天线信号处理的防欺骗技术,根据阵列构型的不同,从均匀阵列和稀疏阵列两个方面总结了欺骗干扰检测与欺骗干扰抑制方法. 其中稀疏阵列相较均匀阵列,在相同天线阵元数的情况下,拥有更大的阵列孔径及自由度,极大地降低了设备成本,但其对相干信号处理技术要求更高. 最后本文给出了防欺骗干扰技术面临的难题以及其未来的发展趋势.
基于开/闭环交替的GNSS/INS一致性欺骗检测技术
程予洋, 彭新智, 封帆, 徐奕禹, 袁雪林, 朱祥维
当前状态:  doi: 10.12265/j.gnss.2024020
[摘要](20) [HTML全文](10) [PDF 3052KB](2)
摘要:
GNSS与惯性导航系统(inertial navigation system,INS)在车辆、无人机等领域广泛应用,但GNSS接收机容易受到欺骗信号影响,因此本文提出一种利用INS观测量的一致性欺骗检测技术. 惯性器件有着不易受欺骗信号干扰和易产生累计误差的特性,通过开/闭环交替反馈估计误差来构建GNSS/INS组合导航,在开环期间设置欺骗检测窗口,将惯性器件和GNSS得到的加速度、角速度统计检测量进行一致性检测,判断是否存在欺骗. 实验结果证明:在窗口时间为70 s时,检测概率达到99.2%,虚警概率为5.2%.
利用接收机载噪比测量值的GNSS干扰源定位技术
刘智健, 姚志强, 邓敏, 彭德义, 姜帆
当前状态:  doi: 10.12265/j.gnss.2024033
[摘要](39) [HTML全文](13) [PDF 2553KB](3)
摘要:
由于GNSS信号在抵达地面时信号强度较低,极易遭受无意或蓄意的人为干扰,严重时甚至会导致导航和定位服务不可用,因此,定位和消除干扰源显得尤为重要. 面向常见的压制式干扰,目前针对的定位方法主要是对原始采样信号进行处理,实现起来往往具有设备复杂、计算量大、成本高的问题. 基于此本文提出了一种利用普通商用接收机的载噪比(carrier-to-noise ratio,C/N0)测量值进行GNSS干扰源定位的方法,通过C/N0测量值估计干扰信号强度差,进而解算出干扰源位置. 实测结果表明:视距条件下,在约11 400 m2的监测区域中,该方法能够达到13.17 m的平均绝对定位误差,且耗时较少,可实现干扰源的有效定位. 所提方法无需对接收机进行软硬件的改动,实现简单,成本低,利于工程应用.
ICG IDM情况介绍及卫星导航干扰检测定位技术发展分析
靳睿敏, 甄卫民, 韩超, 陈丽, 陈奇东, 杨会贇, 崔翔, 谷明月
当前状态:  doi: 10.12265/j.gnss.2024039
[摘要](17) [HTML全文](10) [PDF 3241KB](3)
摘要:
GNSS广泛地应用于各行各业,但是存在卫星导航信号落地功率低,极易受到各种有意和无意的电磁干扰的影响,会对卫星导航应用造成严重的威胁. 随着卫星导航的广泛应用,卫星导航信号受干扰问题引起了国际的广泛关注. 全球卫星导航系统国际委员会(International Committee on Global Navigation Satellite Systems,ICG)为此成立了专门的卫星导航干扰检测与削弱(IDM)工作组,旨在开展各国在该领域的政策法规、相关技术及IDM系统建设的研讨与交流. 论文介绍和分析了ICG IDM的重要进展及研究态势,并对干扰检测定位理论技术及国内外卫星导航干扰监测系统的研究进展进行了梳理,对深化卫星导航干扰监测的理论与技术研究及保障卫星导航安全具有重要的技术借鉴与研究支撑.
加权K-Means与DRSS定位结合的GNSS干扰源定位方法
程涵清, 张国梅, 彭可军
当前状态:  doi: 10.12265/j.gnss.2024025
[摘要](30) [HTML全文](12) [PDF 2616KB](1)
摘要:
针对基于载噪比(carrier to noise ratio,CNR)的GNSS干扰源定位,在存在多个干扰源、多径传输且接收机间距较远时定位难度大、精度低的问题,提出了一种加权K均值(K-Means)聚类算法与基于差分接收信号强度(differential received signal strength,DRSS)的方程解算定位相结合的多干扰源定位方法. 在假设干扰源个数确定以及单个接收机只受到一个干扰源影响的前提下,设计了改进的加权K-Means聚类算法实现对多个干扰源位置的初步估计. 为了进一步降低在观测接收机相距较远时加权K-Means方法的定位误差,在聚类后选取各簇内受干扰影响显著的接收CNR构建基于DRSS的定位方程组,通过方程解算得到更加精细的定位结果. 仿真结果表明,所提出的定位方案可以实现对多干扰源的定位,结合DRSS参数定位后,单干扰源场景下定位误差可降低19%以上,存在两个单音干扰源的场景下定位误差可降低38%以上.
一种卫星导航分布式压制干扰优化布站方法
肖逸凡, 刘伟平, 蔚佳树
当前状态:  doi: 10.12265/j.gnss.2024028
[摘要](28) [HTML全文](12) [PDF 2836KB](2)
摘要:
卫星导航已广泛应用于人类生产生活的各个领域. 然而,由于落地信号微弱等原因,卫星导航信号容易受到干扰. 在实际应用中,分布式压制干扰因其覆盖范围大、不易被探测等优点,成为卫星导航干扰的一种有效手段. 本文采用基于参考面的可视域算法计算单个干扰站在特定地形内的干扰范围. 在此基础上,采用循环迭代的方法来寻找分布式压制干扰的最优布站方案.实验分析表明:在本文实验条件下,分布式压制干扰覆盖率达到了98%以上,明显优于传统大功率单干扰源的74.18%,同时,通过合理设置红区和绿区,还可进一步突出重点压制干扰目标,实现多重压制干扰.
多相关器联合功率GNSS欺骗干扰检测方法研究
赵慎, 廖一霏, 李世玲, 周开军
当前状态:  doi: 10.12265/j.gnss.2023235
[摘要](32) [HTML全文](12) [PDF 3465KB](2)
摘要:
GNSS民用信号因其公开性和脆弱性易受外界欺骗干扰. 作为欺骗干扰检测的有效方法,信号质量监测(signal quality monitoring,SQM)技术通过检测接收机跟踪环路早码、即时码、晚码(early prompt late phase,EPL)的相关结果,与无欺骗时的相关特性对比,判断是否存在欺骗干扰. 常规SQM算法仅利用EPL三个信息,检测性能受限,为此提出多相关器联合功率(SQM detection of power combined Multi-correlator groups,SPCM)算法. 以EPL之间多个等间隔相关器输出功率的加权为检测量,且取相关时刻与即时码时间差的反比为加权系数;进一步分析检测量的概率分布特性,并基于Neyman-Pearson理论确定最佳检测阈值,通过比较检测量与检测阈值的大小,判断是否存在欺骗干扰. 基于美国德克萨斯大学奥斯汀分校公开的场景四数据集进行试验,结果表明:与Ratio和ELP等典型SQM算法相比,在不同虚警率条件下,所提出SPCM算法兼具高检测概率和快速预警响应时间性能.
基于差分隐私的卫星互联网协同定位研究
陶祎航, 李建华
当前状态:  doi: 10.12265/j.gnss.2024032
[摘要](38) [HTML全文](11) [PDF 2324KB](7)
摘要:
卫星互联网基于GNSS为用户提供定位、导航和定时服务,但GNSS协同定位过程会泄露包含用户位置信息的数据从而对用户隐私安全造成威胁. 针对当前GNSS协同定位隐私保护方面存在的问题,本文提出了一种基于差分隐私的卫星导航系统协同定位方法. 该方法首先生成扰动位置,并在满足隐私预算的前提下随机选择扰动位置计算定位协同数据,防止用户位置信息在协作过程中泄露. 实验结果表明:所提出的方法可以在保障定位准确率和实时性的前提下有效保护用户位置隐私,可为卫星互联网协同定位信息安全研究提供理论参考.
RINGO软件在多系统GNSS数据预处理中的应用研究
范玖国, 李建勇
当前状态:  doi: 10.12265/j.gnss.2023202
[摘要](206) [HTML全文](67) [PDF 4282KB](44)
摘要:
数据预处理是GNSS实现高精度定位的前提,也是数据处理重要且必须的环节. 随着卫星系统和数量的增加、与接收机无关的交换格式(receiver independent exchange format, RINEX)版本的更新,GNSS的数据类型及格式日益复杂. 虽然目前数据预处理软件数量较多,但常需要多个软件联合才能完成预处理流程,过程繁杂,效率低下. 为实现高效的全流程数据预处理,RINGO数据预处理软件应运而生,其支持所有RINEX版本的多系统数据预处理工作. 研究演示了RINGO的主要功能、使用方法及原理,着重探究和阐释了易出现混淆的钟跳修正等功能. 测试表明,使用RINGO软件可高效独立的实现对海量多系统GNSS数据的预处理工作,有助于简化复杂的GNSS数据管理任务及RINEX最新版本观测记录的推广与使用.
基于TDOA辐射源定位系统架构设计
胡安翼, 王登亮, 秦炳坤, 张发祥
当前状态:  doi: 10.12265/j.gnss.2023174
[摘要](126) [HTML全文](83) [PDF 2726KB](15)
摘要:
为了保障GNSS正常应用,需要对GNSS干扰辐射源进行监测和定位,文中进行了辐射源定位系统架构设计. 通过对系统功能、体系架构、网格化监测设备和工作流程进行设计,采用北斗/GPS授时+高稳晶振和广义加权时延估计算法实现高精度时间同步和高可靠时差测量,保障了到达时间差(time difference of arrival, TDOA)的定位精度. 经系统应用试验实现了辐射源的有效定位.
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封面
2024 年 3 期目次
2024, 49(3): 1-2.  
[摘要](98) [HTML全文](56) [PDF 1643KB](19)
摘要:
理论与探讨
Galileo高精度定位服务的空间信号误差及精密单点定位评估
丁尧, 方荣新, 陈国, 胡冰燕, 程毅凡
2024, 49(3): 1-9.   doi: 10.12265/j.gnss.2024052
[摘要](241) [HTML全文](48) [PDF 4825KB](50)
摘要:
Galileo高精度定位服务(high accuracy service,HAS)利用E6B信号向全球用户播发免费精密卫星轨道、钟差和码偏差改正信息,在卫星高精度实时应用领域有重要意义. 评估其空间信号误差及精密单点定位(precise point positioning,PPP)性能是用好HAS的重要前提. 基于2023年12月1日至31日的HAS轨道钟差产品进行评估测试,Galileo卫星轨道产品在径向(R)、切向(A)和法向(C)的均方根误差(root mean square error,RMSE)分别为3.24 cm、7.40 cm和6.85 cm,GPS分别为4.52 cm、8.19 cm和6.71 cm;Galileo钟差产品的标准差(standard deviation,STD)为0.16 ns,GPS为0.26 ns. 基于欧洲10个测站PPP的实验结果表明:Galileo在E、N、U方向的定位精度分别为6.44 cm、4.65 cm和11.36 cm,GPS分别为7.42 cm、5.78 cm和12.04 cm,联合定位分别为4.11 cm、3.10 cm和7.56 cm,HAS可以满足高精度定位需求.
北斗三号PPP-B2b信号精密单点定位服务可用性分析
许扬胤, 任夏, 明锋
2024, 49(3): 10-19.   doi: 10.12265/j.gnss.2023214
[摘要](137) [HTML全文](45) [PDF 5608KB](30)
摘要:
针对北斗三号(BeiDou-3 Navigation Satellite System,BDS-3) PPP-B2b信号精密单点定位(precise point positioning,PPP)服务可用性,以改正参数的可用性比例、平均可用卫星数和改正参数匹配性为指标进行了系统分析. 结果表明:在中国及周边地区,BDS-3 PPP-B2b信号改正参数的可用性在71%~95%,且在北京地区达到最大,GPS改正参数可用性在68.5%~88.6%,差于BDS-3. 中国及周边地区用户缺少PPP-B2b信号改正参数的卫星观测弧段主要集中在低高度角时段,其改正参数的可用性随着截止高度角的增大而增大;BDS-3、GPS和BDS-3/GPS在中国及周边地区的改正数可用平均卫星数分别约为8颗、7颗和15颗,可以确保有效的实时PPP (real time PPP,RT-PPP)服务性能,但平均约有1颗BDS-3卫星和2颗GPS卫星因为缺少PPP-B2b信号改正参数而无法参与RT-PPP服务;对于赤道以南地区,单个系统基本无法提供有效的PPP-B2b服务,其改正参数的平均可用性低于50%,但BDS-3/GPS双系统在部分低纬度地区可提供约7~11颗的可用卫星;由于轨道改正参数和钟差改正参数更新频率不一致,在钟差改正数版本号(IOD Corr)参数更新时,会出现短暂的改正参数不匹配情况.
改进视觉前端的视觉/惯导融合定位算法
李志政, 聂志喜, 王振杰, 张远帆
2024, 49(3): 20-27.   doi: 10.12265/j.gnss.2024024
[摘要](158) [HTML全文](42) [PDF 3951KB](24)
摘要:
针对移动机器人在GNSS拒止环境下的高精度定位问题,提出了一种自适应通用角点检测(adaptive and generic accelerated segment test,AGAST)算法改进移动机器人视觉/惯导融合定位系统的视觉前端. 该算法通过局部直方图均衡化和自适应阈值检测改进视觉里程计(visual odometry,VO)算法,改善特征点提取的质量,提高VO在复杂环境中的定位精度和稳定性;基于因子图优化(factor graph optimization,FGO)算法融合VO和惯性导航系统(inertial navigation system,INS),实现移动机器人的高精度定位. 分别采用公开室内、室外数据集进行测试,结果表明:改进算法相比VINS-Mono主流算法室内数据集定位精度平均提升22.8%,室外数据集定位精度平均提升59.7%.
面向矿区沉陷监测的GNSS垂向时间序列降噪方法
郑灿广, 郑辉, 谢世成, 朱明非, 韩雨辰, 杨旭
2024, 49(3): 28-37.   doi: 10.12265/j.gnss.2024002
[摘要](142) [HTML全文](34) [PDF 2835KB](17)
摘要:
GNSS技术作为开采沉陷监测的重要手段,其时间序列中的噪声会对监测结果造成较大影响. 本文提出一种混合灰狼粒子群优化算法(improved hybrid grey wolf particle swarm optimization,IPSOGWO)和改进自适应噪声完备集合经验模态分解(improved complete ensemble empiricalmode decomposition with adaptive noise,ICEEMDAN)联合小波阈值(wavelet thresholding,WT)的降噪方法. 通过IPSOGWO优化ICEEMDAN算法的超参数,对GNSS时间序列进行分解,提取本征模态函数(Intrinsic Mode Function,IMF). 利用多尺度排列熵筛选出含有噪声的IMF分量,采用小波阈值对含噪分量进行二次处理,并与剩余IMF分量重构,获得降噪结果. 利用仿真信号和某矿区自动化监测站的实测数据进行实验,结果表明:与小波阈值、完备集合经验模态分解(complementary ensemble empirical mode decomposition,CEEMD)和GWO-ICEEMDAN相比,本文方法降噪性能更好,降噪后的数据可为后续工作面沉降分析提供支持.
基于5G+UWB的室内定位算法研究
张凯丽, 涂锐, 李芳馨, 许霞云, 王冰
2024, 49(3): 38-44.   doi: 10.12265/j.gnss.2024038
[摘要](249) [HTML全文](51) [PDF 2743KB](37)
摘要:
第五代通信技术(5th-Generation,5G)为室内定位领域带来了新的可能性,超宽带(ultra wide band,UWB)定位技术与5G定位技术都具有带宽大、频率高的特性,但是定位性能却略有差异. 针对单一传感器定位的准确性、稳定性差的问题,本文提出了5G+UWB的融合定位算法,构建了基于到达时间差(time difference of arrival,TDOA)的5G室内定位、基于三边定位算法的UWB室内定位以及基于融合定位算法的5G+UWB室内定位模型. 首先验证了通过加权最小二乘(weighted least squares,WLS)算法得到的各单系统的初步定位结果,之后验证了结合Taylor级数展开法得到的改进后定位结果. 在此基础上,进一步对通过融合算法将两个单系统定位结果进行融合后的组合定位结果进行实验验证. 实验结果表明:UWB单系统定位结果呈现准确性较低、稳定性较高的特点,5G单系统定位结果呈现准确性较高、稳定性较低的特点,二者组合后可得到准确性和稳定性都相对较好的定位结果,组合系统定位精度最高可达0.22 m,最低可达0.73 m,可实现亚米级定位.
基于SSA方法的共模误差提取及其对GNSS垂向坐标时间序列的影响分析
黄留波
2024, 49(3): 45-50, 79.   doi: 10.12265/j.gnss.2023223
[摘要](94) [HTML全文](52) [PDF 2501KB](14)
摘要:
本研究基于德国北部24个GNSS测站8 a的数据,引入奇异谱分析方法(singular spectrum analysis,SSA),提出一种顾及不同残差子分量互相关性及子分量贡献率的共模误差(common mode error,CME)识别方法. 探讨了CME对GNSS坐标时间序列噪声和参数估计的影响. 通过与主成分分析(principal component analysis,PCA)方法的对比发现,提出的新方法与PCA方法提取的CME结果非常接近,证实了新方法的可行性. GNSS的CME序列主要包含白噪声(white noise,WN)、闪烁噪声(flicker noise,FN)和非整数谱指数幂律噪声(power law noise,PL). 在剔除CME后,各测站的WN和有色噪声量级分别平均下降了30.32%和52.61%,说明CME中有色噪声占主导地位. 同时,CME改正后,坐标的周年周期和半年周期振幅均有所减小,参数拟合的均方根误差(root mean squared error,RMSE)降低了16.7%. 综上所述,新方法在提高GNSS坐标时间序列质量方面具有重要实际意义.
Galileo三频非组合PPP相位小数偏差估计与模糊度解算
熊博文, 潘林, 裴根, 刘宁, 章湘粤, 邓民
2024, 49(3): 51-56.   doi: 10.12265/j.gnss.2023157
[摘要](89) [HTML全文](47) [PDF 2642KB](27)
摘要:
欧洲的Galileo目前已经有28颗在轨可用卫星,具备全球精密定位能力,并且所有卫星均能够播发多频信号,多频信号融合有望进一步改善精密单点定位(precise point positioning,PPP)模糊度固定解性能. 本文研究了Galileo三频非组合PPP相位小数偏差(fractional cycle bias,FCB)估计与模糊度解算(ambiguity resolution,AR)方法,并将其结果同双频非组合PPP模糊度固定解与浮点解结果进行了对比分析. 结果表明:利用155个全球分布的地面跟踪站数据进行FCB估计,单个频率上的FCB估值序列标准差(standard deviation,STD)优于0.04周;双频PPP浮点解在E、N、U方向收敛时间分别为32.0 min、10.0 min、43.5 min,双频PPP固定解收敛时间分别减少到30.5 min、8.5 min、32.0 min,三频PPP固定解收敛时间分别进一步缩短到16.5 min、8.0 min、32.0 min.
改进MixNet的CSI图像指纹室内定位方法
龙良, 王小鹏, 李岗, 王江
2024, 49(3): 57-64.   doi: 10.12265/j.gnss.2023198
[摘要](128) [HTML全文](45) [PDF 2678KB](11)
摘要:
为了提升信道状态信息(channel state information, CSI)指纹室内定位的性能,提出了一种改进MixNet的CSI图像指纹室内定位方法. 在离线阶段,通过选择定位参考点(reference point, RP)处信号强度指示(received signal strength indication, RSSI)最强的3个接入点(access point, AP),提取其CSI数据并转换为图像;然后利用改进的MixNet模型对图像进行训练并保存模型. 其中改进的MixNet引入了坐标注意力(coordinate attention, CA)和残差连接. 首先,将MixNet-s中的SE (squeeze-and-excitation)注意力替换为CA,以增强网络的信息表示能力并更精确地获取CSI图像指纹特征. 其次,根据MixNet-s模型的特点构建残差连接,以增强网络的表示能力并防止过拟合. 最后,通过减小网络深度确保所有网络层得到充分训练;在线阶段,采集目标设备的CSI数据并转换为图像,输入已训练好的改进MixNet模型(命名为MixNet-CA);最后利用加权质心算法根据模型输出的概率值估计目标设备的最终位置. 提出方法在室内环境中进行了验证,达到了0.3620 m的平均定位误差.
GNSS基准站信噪比联合卫星系统综合定权的手机RTK定位
王尔申, 王珩, 张益泽, 程泉润, 唐文杰, 雷虹
2024, 49(3): 65-72, 93.   doi: 10.12265/j.gnss.2024045
[摘要](119) [HTML全文](27) [PDF 3397KB](23)
摘要:
随着智能手机芯片和天线性能的不断提升,基于手机的高精度定位逐渐引起学术界和工业界的广泛关注. 相较于单点定位,实时动态 (real-time kinematic,RTK) 定位通常表现出更高的定位性能. 然而,目前对于手机RTK定位的随机模型的研究仍相对较少. 因此,文中以小米8为例,重点探讨了智能手机在多系统RTK定位情境下的随机模型.研究结果表明:不同系统的卫星伪距噪声存在显著差异,而相位噪声的差异则较小. 基于此,本文提出了一种基站信噪比联合卫星系统间综合定权的随机模型. 相对于传统的信噪比模型更准确地考虑了不同系统之间的权重分配. 并在开阔和遮挡条件下进行了静态和动态实验. 结果表明:相比于传统的信噪比模型,新模型在静态开阔、静态遮挡、动态开阔和动态遮挡下三维方向的RTK定位精度分别提升了18.7%、18.3%、3.3%和4.6%.
GNSS/IMU/LiDAR 融合定位研究
刘傲, 郭杭, 熊剑, 王梦莉
2024, 49(3): 73-79.   doi: 10.12265/j.gnss.2024013
[摘要](307) [HTML全文](88) [PDF 2402KB](37)
摘要:
为提升低成本卫星接收机和惯性测量单元(inertial measurement unit,IMU)条件下传统组合导航定位的抗干扰性和定位精度,本文通过融合GNSS、IMU、激光雷达(laser radar,LiDAR)来提高定位的鲁棒性及定位精度. 在高楼遮挡等复杂环境下由于卫星信号丢失导致卫星定位结果降低,可通过GNSS与IMU的组合来提升导航定位的鲁棒性及其精度. 如果卫星信号缺失时间过长,那么低成本条件下的GNSS/IMU组合定位精度仍不理想,本文提出利用LiDAR里程计输出的位置信息与传统组合导航通过扩展卡尔曼滤波(extended Kalman filter,EKF)进行融合定位. 实验得出:在无遮挡的环境下融合定位标准差(standard deviation,STD)精度较之卫星定位提升53.7%,均方根误差(root mean square error,RMSE)精度提升56%,较之GNSS/IMU组合定位STD精度提升37.9%,RMSE精度提升38.6%. 在有遮挡的环境下融合定位STD精度较之卫星定位提升59.4%,RMSE精度提升71.3%,较之GNSS/IMU组合定位STD精度提升26.3%,RMSE精度提升33.7%.
GNSS广播ERP参数评估
张奋, 阮仁桂, 贾小林, 朱永兴, 王龙
2024, 49(3): 80-86.   doi: 10.12265/j.gnss.2023191
[摘要](75) [HTML全文](28) [PDF 2651KB](14)
摘要:
中国北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)、美国GPS、日本准天顶卫星系统(Quasi-Zenith Satellite System,QZSS)、印度区域导航卫星系统(Indian Regional Navigation Satellite System,IRNSS)等系统在导航电文中播发了地球自转参数(earth rotation parameter,ERP),即极移和世界时(Universal Time,UT)-协调世界时(Universal Time Coordinated,UTC) (∆UT1). 广播ERP主要用于需要在地球参考系和惯性参考系之间转换的GNSS星载应用,如卫星精密定轨、地月导航等. 通过国际GNSS服务(International GNSS Service,IGS)收集了BDS、GPS、QZSS、IRNSS的广播ERP数据,评估了各GNSS的广播ERP不连续性,得到GPS和IRNSS的极移不连续性为0.9~1.4 mas,∆UT1不连续性约为0.2 ms;QZSS的极移不连续性约为0.1 mas,∆UT1不连续性约为0.02 ms;BDS的极移不连续性约为4.5 mas,∆UT1不连续性约为1.3 ms. 通过与国际地球自转和参考系服务(International Earth Rotation Service,IERS) 14C04序列比较显示,QZSS极移误差约为0.6 mas,∆UT1误差约为0.27 ms;GPS和IRNSS的极移误差约为2.4 mas,对于∆UT1,GPS误差约为0.36 ms,IRNSS的∆UT1误差相差较大,约为10.47 ms;由于更新间隔较长,BDS极移误差约为6 mas,∆UT1误差约为1.2 ms;与GPS相比,BDS极移与∆UT1误差分别差了近1.5倍和2.5倍.
基于稀疏和稠密图像匹配与对极约束的树高提取改进算法
蔡翔远, 陈晓桐, 李荣昊, 魏江南, 李帅, 赵红颖
2024, 49(3): 87-93.   doi: 10.12265/j.gnss.2023221
[摘要](92) [HTML全文](34) [PDF 3082KB](17)
摘要:
树高是监测森林状况的重要参数,摄影测量法具有低成本、灵活的特性,是树高采集的重要方法之一. 作为一种被动遥感方式,传统的摄影测量方法往往需要数量较多,重叠率较高的图像数据,这与传统图像特征的稀疏性有关. 为了提高图像数量受限条件下的树高提取精度,提出将稀疏特征匹配和稠密像素匹配相结合,并使用对极约束过滤外点的方法,得到稠密且精度较高的匹配结果,并通过三维重建算法得到森林场景点云. 该方法在少量图像的情况下就可以较为完整地重建森林场景并提取树高,将提取的树高与机载激光雷达(light detection and ranging,LiDAR)点云的结果进行对比,相关系数为0.91,最大误差为1.64 m. 该算法只需要少量的重叠图像,这表明了该算法在处理高分辨率卫星图像方面具有一定潜力.
联合目标检测与深度信息的动态特征点去除方法
叶睿馨, 张令文, 陈佳, 乔尚兵, 朱颖
2024, 49(3): 94-100.   doi: 10.12265/j.gnss.2024015
[摘要](105) [HTML全文](43) [PDF 3558KB](9)
摘要:
针对在动态环境中,视觉定位系统的定位精度和鲁棒性容易受到动态特征点影响的问题,提出了一种联合目标检测与深度信息的动态特征点去除方法. 引入YOLOv7目标检测网络快速获得当前图像帧的目标类别及位置信息,加入坐标注意力(coordinate attention,CA)机制优化深度学习模型,提升网络目标检测精度. 此外,提出了一种利用深度信息和对极几何约束的动态特征点优化策略. 有效剔除了动态特征点,同时保留了尽量多的静态点,从而降低了动态点对系统定位精度和鲁棒性的影响. 在公开的数据集TUM上进行实验验证. 结果表明:与ORB-SLAM2 (oriented fast and rotated brief-SLAM)相比,所提方案在定位精度和鲁棒性上有明显优势. 同时与动态同步定位和地图构建(dyna simultaneous localization and mapping,DynaSLAM)相比,定位精度基本持平,但在运行速度上实现了显著提升.
技术报告与应用
基于卫星导航与时空实体实现船舶轨迹分析系统
卢伟
2024, 49(3): 101-106.   doi: 10.12265/j.gnss.2024009
[摘要](100) [HTML全文](41) [PDF 2413KB](11)
摘要:
基于卫星导航、时空实体、网络地理信息系统(web geographic information system,WebGIS)、空间数据库等技术,对船舶的基础属性、实时位置、历史轨迹、关联关系、运行状态等关键信息进行抽取和实体重组,构建了船舶实体资源,建立了船舶轨迹可视分析系统,提供了多源地图服务、轨迹数据管理、轨迹可视查询展示、轨迹时空分析展示、分析模型参数配置等功能,实现了多来源、多时态、多元化船舶轨迹数据的统一管理和多维分析,能够以时空实体、图表、地图等形式直观展示船舶要素特征和分析结果,使船舶信息价值密度更高,可查询、可分析性更强,从而有效提高了船舶轨迹分析效率和准确性,可为船舶轨迹分析业务及相关应用提供更先进更高效的服务支撑.
基于多系统的GNSS三维水汽层析质量评价方法
高枫林, 丁楠, 张克非, 张书毕, 张文渊, 闫香蓉
2024, 49(3): 107-114.   doi: 10.12265/j.gnss.2024004
[摘要](104) [HTML全文](42) [PDF 2761KB](13)
摘要:
本文基于提出的水汽层析廓线评价指标(tomographic profic fit score,TPFS),首次对GPS、北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)、GLONASS和Galileo 4个系统的水汽层析结果进行了精度评估. 结果表明:各GNSS水汽层析解算结果差异较小,最大均方根误差(root-mean-square error,RMSE)差距在11%之内,其中BDS水汽层析表现最好,GLONASS水汽层析表现最差. 相较于GPS、GLONASS、Galileo,BDS在低层区域(2406 m以下)具有更好的层析解算优势. 尤其在底层,BDS与GPS、GLONASS、Galileo的RMSE相比分别改进了3.2%、16.2%、5.2%. 此外,在层析水汽廓线TPFS对比中,BDS平均TPFS最小;在暴雨天气下BDS水汽廓线TPFS最低,相较于GPS、GLONASS、Galileo改进了25.2%、31.5%、32.8%.
多频多GNSS数据预处理软件设计与实现
胡伟建, 卢立果, 吴汤婷, 梁乔
2024, 49(3): 115-122.   doi: 10.12265/j.gnss.2024011
[摘要](190) [HTML全文](66) [PDF 3873KB](35)
摘要:
GNSS数据预处理是实现高精度导航、定位和姿态应用的重要环节. 针对当前GNSS预处理工具和模块难以处理多频多系统观测数据的问题,研发了一款GNSS数据预处理软件(GNSS data preprocessing software,GDPS),包括数据下载、格式转换、数据编辑、质量检核和辅助工具等模块,并通过PYQT5工具实现了软件图形用户界面的开发. 实验测试结果表明:该软件界面清晰,界面交互性较强,模块运算稳定,软件功能完善,可满足不同用户对多频多GNSS观测数据预处理的需求.
[摘要](2308) [PDF 1536 KB](1308)
摘要:
[摘要](1787) [PDF 1895 KB](361)
摘要:
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[摘要](2308) [PDF 1536KB](1308)
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