全球定位系统

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2017年第42卷第3期

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基于粒子滤波的INS／磁力计融合定位算法

夏景平, 胡辉, 欧敏辉, 颜瑜军

2017, 42(3): 1-6. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2017.03.001

[摘要](506) [PDF 635KB](73)

摘要:
针对城市峡谷场景中GPS信号容易受到建筑物的遮挡、反射,导致智能终端的GPS定位精度降低甚至无法定位的问题,本文在分析城市峡谷场景中GPS定位误差的基础上,在智能终端上实现了基于粒子滤波融合INS输出的水平速度和磁力计方位角的多传感器定位算法。实验结果表明,该算法的平均定位误差是3.19 m,相比于GPS的13.81 m,降低了769％,相比于EKF和UKF融合算法的4.84 m和4.82 m,分别降低了34.1％和33.8％.

区域电离层TEC建模及其在磁暴上的应用

王雪艳, 郭承军

2017, 42(3): 7-10. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2017.03.002

[摘要](412) [PDF 436KB](123)

摘要:
介绍计算卫星及测站硬件延迟的方法,采用低阶球谐函数模型进行系统组合硬件延迟的参数估计,选取欧洲区域内的10个IGS观测站,15 min实时解算一个VTEC模型,对解算结果的准确性和稳定性与IGS公布的结果进行比较,计算结果与IGS的计算结果一致。针对2015年3月17日发生的磁暴,利用经过硬件延迟修正后的电子含量,研究测站上空的电离层电子含量的变化情况,表明其能较好地反映磁暴现象。

北斗／GPS双模定位中快速选星算法研究

彭思博, 郭承军, 刘赋山

2017, 42(3): 11-14. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2017.03.003

[摘要](569) [PDF 464KB](93)

摘要:
采用双系统组合定位模式,导航接收机能在同一时刻接收到超过20颗可见星,大大增加了可见星的数量,能提供十分精准的定位。但可见星数量大幅度增加带来定位精度提升的同时也带来了大量的计算量,加上实际作业中的一些问题,都大大增加了选星时间。本文从GDOP与星座几何布局的关系出发,结合实际应用场景,提出了基于仰角和方位角排序的选星算法。该方法以满足定位要求为前提,根据可见星仰角排序初筛卫星,对不同仰角卫星进行合理的顶星选择,以卫星均匀分布为原则,将在理想情况和实际情况下寻找有效定位平衡点,以规避无效选星并减少计算量,从而大大减少选星时间,有效实现了在北斗和GPS双模定位中的快速选星。

GNSS反射信号海面溢油回波DDM仿真研究

陈闪闪, 张云, 洪中华, 韩彦岭, 谢向芳

2017, 42(3): 15-19. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2017.03.004

[摘要](490) [PDF 602KB](78)

摘要:
海上溢油已成为影响海洋生态环境的重要污染物之一,我国近40年发生约3200起海上溢油事故。当今用于监测海上溢油的遥感主要是光学和雷达卫星,卫星遥感往往重访周期长,而海上溢油事件时常发生，给海洋带来严重的环境污染,需要快速、准确的监测其状况。GNSSR技术具有全天候监测海洋的特点,因此更适合用于海面溢油检测。为了验证GNSSR技术在检测海面溢油的可行性,利用2013年中国青岛海洋溢油事故的遥感图像的溢油结果,作为仿真实验检测目标,进行岸基的GNSSR海面溢油检测仿真研究。利用ZV散射模型和海水／溢油的均方坡度(MSS)模型结合,建立了能反映海面状况GNSS散射信号特征的时延多普勒图(DDM)。仿真得到DDM中检测到海面溢油区域,验证了利用GNSS反射信号进行海面溢油检测的可行性。

基于蚁群算法的干扰源优化设计技术

张鑫鑫, 郭承军, 程亚文

2017, 42(3): 20-26. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2017.03.005

[摘要](370) [PDF 796KB](63)

摘要:
在电子对抗新形式的战争中,对卫星导航实施有效的干扰将会极大程度地削弱敌方作战能力。若要对特定区域实施有效的干扰,干扰源的部署方案选择至关重要。为取得理想的干扰效果,本文结合压制式和欺骗式干扰原理以及现代战争的特点,对卫星导航干扰源部署问题进行建模,在干扰源部署方案中选取任务区域干扰效益和平均危险指数作为衡量特定部署方案下干扰能力的指标,建立多目标组合优化模型,并运用蚁群算法优化部署方案。通过仿真分析表明，混沌蚁群算法能有效对干扰源部署方案进行优化,实现对卫星导航的有效干扰。

CCFR算法在BOC(2n,n)信号应用中的研究

徐利国, 王永明

2017, 42(3): 27-31. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2017.03.006

[摘要](319) [PDF 523KB](70)

摘要:
随着卫星导航信号的发展,BOC调制信号被广泛应用,然而,根据最新的研究发现,BOC信号在同步捕获方面还有许多新的挑战。考虑到副峰抑制方面现有方法的不足,本文研究BOC(2n,n)信号的特征并基于多通道相关函数的连接提出CCFR算法。通过理论研究和仿真模拟,CCFR算法可以消除第一副峰并且可以抑制其它次的副峰。且副峰抑制的性能方面优于现有的算法。

GPS／GLONASS／BDS多模融合伪距单点定位模型精度分析

王涛

2017, 42(3): 32-37. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2017.03.007

[摘要](1062) [PDF 618KB](136)

摘要:
GNSS伪距单点定位速度快且不存在整周模糊度问题,其原理简单易于编程实现,所以在进行GNSS数据处理时,经常用到该方法。本文以GPS、GLONASS、BDS多模融合为例,简单介绍多模融合存在的坐标统一、时间基准统一问题,再详细介绍多模融合伪距单点定位原理以及解算模型,基于Visual Studio2010平台,编写GPS、GLONASS、BDS多模融合的伪距单点定位及单点测速程序。结合相关算例,对该程序多系统伪距单点定位的精度以及单点测速精度进行分析。

中美卫星导航领域的合作框架分析

王丽芝, 王小妮

2017, 42(3): 38-41. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2017.03.008

[摘要](346) [PDF 474KB](126)

摘要:
本文研究目的是探讨中国与美国在开展卫星导航方面(北斗系统与GPS系统)合作时的整体框架、合作内容, 从而为我方制定可用的立场与策略。相关建议仅供参考。

基于循环相关函数的北斗卫星导航抗干扰算法

李利军, 黄际彦, 刘征

2017, 42(3): 42-47. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2017.03.009

[摘要](506) [PDF 636KB](68)

摘要:
当前国内外卫星导航信号空域抗干扰技术,或者需要信号到达角(DOA)信息,或者需要参考信号先验信息,或者会对导航信号和干扰同时抑制,无法形成最优的输出信干噪比(SINR),或者仅对白噪声干扰有效,无法抑制人造干扰。针对上述问题,本文提出了基于循环平稳特性的北斗抗干扰盲波束形成新算法。本文首先分析了人造干扰和北斗信号的循环平稳特性,基于此分析构造了新的盲波束形成算法的代价函数,并采用了拉格朗日方法推导了算法的解。该方法无需DOA和参考信号先验信息,可以形成阵列增益,得到最优输出SINR,可以同时抑制宽带白噪声干扰和人造调制干扰。理论分析和仿真结果证明了该方法的有效性。

合理权比对GPS／BDS伪距单点定位结果的影响分析

张广汉, 余学祥, 严超, 卢礼, 张计凯

2017, 42(3): 48-53. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2017.03.010

[摘要](402) [PDF 715KB](69)

摘要:
GPS／BDS组合定位综合利用两系统观测值进行定位解算,但GPS系统与北斗系统间存在着系统差异,为了保证组合定位时两系统间数据合理分配,需确定解算时两系统观测值间合理的权比。本文通过对几组不同先验权比时伪距单点定位结果比较选出的最佳权比与利用Helmert 方差分量估计方法求得的两个系统伪距单定位权比进行分析,结果表明， GPS／BDS组合定位时的合理的先验权比为1∶1，但在某些时间段内,其中一个系统的卫星数减少或数据质量不佳等情况时,这会导致该系统观测值在组合定位中的贡献率大大降低,此时就需要分段确定合理权比。

基于北斗的低成本无人机倾斜摄影系统的设计与实现

徐申远, 张云, 洪中华, 杨树瑚, 韩彦岭

2017, 42(3): 54-60. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2017.03.011

[摘要](333) [PDF 883KB](87)

摘要:
微小型的低成本无人机具有起降场地限制小、运输方便、及成本相对低廉的特点,在小范围及分散的区域摄影测量工作中得到广泛应用,但低成本无人机在定位精度、续航航程、成像载荷选择等诸多方面需要进行取舍与妥协。因此需要提升低成本无人机的拍摄作业效率,构建一种低成本固定翼无人机,利用北斗／GPS组合定位增加高仰角卫星数,减少姿态角变化导致的定位精度下降;采用两个运动摄像头同步拍摄作为成像载荷;整套系统成本控制在一万以内。根据试验航程时间及试验后电池剩余电量的估算,机体作业飞行时间约1小时30 min,作业航程约70 km.

基于STM32开发板的BDS/GPS数据实时采集与解码研究

刘扬, 余学祥, 徐炜

2017, 42(3): 61-65. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2017.03.012

[摘要](298) [PDF 565KB](51)

摘要:
针对实时接收BDS／GPS数据丢失、存储不合理、解码精度低等问题,提出以基于STM32F103RET6微控制器为核心的开发板为载体,通过编写数据实时采集与解码算法,实现对数据的存储与计算,得到高精度的伪距、载波等观测值,并实时输出BDS／GPS组合系统伪距单点定位结果。测试结果表明,单点定位的标准差为9 m左右,均方根误差为14 m左右,该开发板运行稳定、使用方便,可为实现多系统数据实时采集、解码和差分计算提供基础。

北斗卫星发射场系统GNSS控制网的优化设计

付崇伟, 赵五小, 邢伟

2017, 42(3): 66-69. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2017.03.013

[摘要](267) [PDF 422KB](42)

摘要:
北斗导航卫星发射场系统GNSS控制网是为北斗卫星发射提供高精度的位置基准、射向基准及轨道测控基准,本文针对发射场系统GNSS控制网建立技术特点,以控制网观测的效率性、可靠性、经济性、精度性为优化设计指标,分别从控制基准优化选取、网形结构设计以及优化精度估算等方面对实施方案进行了优化设计,并通过实际作业验证该优化设计方法的科学性和可操作性。

高精度海域似大地水准面模型的建立

刘立, 张乙志, 温旭, 李凉, 初理伟

2017, 42(3): 70-72. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2017.03.014

[摘要](287) [PDF 375KB](56)

摘要:
建立高分辨率、高精度的区域似大地水准面已成为信息化测绘体系建设、数字城市建设所必需的基本条件，尤其在地形图测绘、海洋调查等方面，对厘米级似大地水准面的需求十分迫切。本文基于新理论计算方法、重力场模型和融合技术建立高精度海域似大地水准面模型，厘米级的海域似大地水准面模型的建立对沿海地区快速获取高程信息很有意义，弥补了海域的空白。

浅析天绘影像目标点位精度分析

司传波, 杜伟超, 张广有

2017, 42(3): 73-76. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2017.03.015

[摘要](326) [PDF 421KB](39)

摘要:
天绘卫星系统的应用,使得国内拥有了实时获取全球地理影像的自主手段,摆脱了遥感测绘数据长期依赖国外商业卫星的被动局面,目前已经逐渐应用于作业生产。本文根据任务生产实践,利用互联网资源解决了影像目标点位存在的问题,选择便于生产的测量方法进行作业,大大提高了整个任务计划的进度,提高了作业效率。

基于GPS的自动巡航监测船系统的设计与实现

姜少杰, 刘海敌, 王宪

2017, 42(3): 77-81. doi: 10.13442/j.gnss.10089268.2017.03.016

[摘要](361) [PDF 667KB](63)

摘要:
针对海洋牧场水质参数监测成本高、灵活性差等问题,开发了一种基于GPS的具有自动巡航功能的水质监测船,该船以Arduino单片机作为船体的控制模块,结合GPS定位技术和无线通信技术,实现了监测船的自动巡航功能。利用船体搭载各种传感器模块,实现了水质参数的多点移动测量功能,并将采集的数据进行分析处理,传输和发布。开发的上位机软件能够实时获取船体的运动状态,查看其运动轨迹和位置信息,并能通过无线网络向船体发送控制指令,实现了对船体的有效控制。监测船在大幅减少监测设备的同时提高了检测精度和检测效率,降低了监测成本,对于精准化水产养殖起到了积极的促进作用。

基于北斗卫星导航系统的物流动态追溯系统设计与应用

陈政, 虞丽娟, 陈成明

2017, 42(3): 82-86. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2017.03.017

[摘要](331) [PDF 526KB](56)

摘要:
针对当前物流运输业的发展需求,提出了基于北斗卫星导航系统的物流动态追溯系统设计方法。结合嵌入式技术、无线通讯技术和传感器技术,设计出了一种可以实时查询的物流动态追溯系统,使货物运输过程中的多种信息可以被实时监控。该系统具有精确获得位置信息、运输车轨迹显示和路径规划等多种功能,实际测试结果表明:该系统运行流畅,精度高且稳定性强。

基于数理统计学的手持GPS测量精度测定

胡涛

2017, 42(3): 87-89. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2017.03.018

[摘要](301) [PDF 386KB](46)

摘要:
手持GPS是一种依靠GPS卫星进行定位、导航、数据采集的测绘仪器,以其操作简单、便于携带,具有一定的测量精度,在油田的井位踏勘、道路巡检、井位导航、距离量算、概略坐标采集等勘探开发工作中,得到了十分广泛的应用。本文以数理统计学原理和测量误差理论为基础,对手持GPS实际采集的坐标数据进行了分析、处理、计算,求取了手持GPS接收机的定位精度和实际定位误差,为手持GPS的适用范围提供了参考。

HNGICS反演大气可降水量的应用前景

穆宝胜, 刘洪飞

2017, 42(3): 90-93. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2017.03.019

[摘要](286) [PDF 487KB](97)

摘要:
本文首先介绍了GPS反演大气可降水量的原理方法,并对GPS反演大气可降水量的流程做了重点介绍。然后介绍了河南省地质信息连续采集运行系统,（HNGICS）,最后重点介绍了如何利用HNGICS进行大气可降水量的反演及其在各个领域的应用前景。

北斗卫星导航系统在河南精准农业中的应用探讨

朱怀汝, 张新盈

2017, 42(3): 94-98. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2017.03.020

[摘要](388) [PDF 695KB](149)

摘要:
精准农业是当今世界农业发展的新潮流,在精准农业生产中离不开定位信息,随着我国北斗卫星导航系统的民用推广,结合我省北斗卫星导航基准站建设的现状,研究北斗卫星导航系统在我省精准农业上的应用和发展方向。

卫星导航嵌入式教学实验平台建设与实践

张万威, 王甫红, 郭斐, 刘万科

2017, 42(3): 99-102. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2017.03.021

[摘要](389) [PDF 446KB](40)

摘要:
针对目前导航工程专业卫星导航课程实验教学中存在的对学生系统分析解决问题能力与创新能力等的培养不足问题,将卫星导航与嵌入式系统集成开发相结合,设计建设了软硬件相结合的卫星导航嵌入式教学实验平台。详细介绍了该实验平台的软硬件构建方案以及实验课程内容建设。该实验平台已投入实际实验教学中并取得了良好的教学效果。