全球定位系统

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2018年第43卷第1期

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卫星观测值精度分析及随机模型精化

刘永建, 江勇

2018, 43(1): 1-6. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.01.001

[摘要](773) [PDF 1457KB](127)

摘要:
通过MGEX观测网CUT0测站连续10天的观测数据,采用零基线单差模型方法求解单差残差序列,并推导出北斗GEO／IGSO／MEO卫星观测值噪声。统计观测值噪声随高度角变化的情况,采用最小二乘拟合的方法建立精化的高度角随机模型。结果表明:北斗三类卫星的观测精度略有差别,精度从高到低依次为MEO、IGSO、GEO;B1频率相位观测精度约为伪距的129倍,B2频率约为118倍;北斗卫星伪距观测值的精度要稍优于GPS,相位观测值的精度与GPS相当。最后,基线测试结果表明,精化后的随机模型提高了单历元动态定位的精度,平均点位精度提高了42.1％,N、E、U方向各分量RMS改善的百分比分别为:31.6％、15.3％、31.4％。

一种基于观测值域的GNSS伪距多粗差验前探测方法

吴风波, 宋歌

2018, 43(1): 7-14. doi: 1008-9268(2018)01-0007-08

[摘要](256) [PDF 2240KB](100)

摘要:
采用基于最小二乘的统计假设检验方法进行GNSS伪距多粗差探测时,粗差观测值难以区分,往往造成粗差的转移。针对这一问题,文中提出了一种基于观测值域的GNSS伪距多粗差验前探测方法。该方法无需进行参数估计,且构造的粗差检验量相互独立,避免了粗差之间的相互影响。采用IGS数据分析了粗差检验量的统计特性并对该方法探测多粗差的性能进行了验证。实验表明,该方法可以准确探测出多粗差,对探测出的粗差观测值进行降权处理,可以显著改善受多粗差影响的单点定位的结果。

关于重心基准的坐标转换方法研究

喻国荣, 冯国鑫, 张建

2018, 43(1): 15-18. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.01.003

[摘要](476) [PDF 1021KB](71)

摘要:
基准统一与转换是测量工程中的重要问题,文中通过数值计算表明,为了克服坐标转换模型中参数之间的强相关问题,采用坐标重心化策略,得到的结果与四参数方法基本相同,重心化方法减小了参与计算的坐标数值,增强数值计算的可靠性,随着现代计算技术(计算设备)的广泛应用,两者的差异并不明显。各种坐标转换算法的可靠性依赖于公共点的精度与公共点的分布形式,在极坐标方法中尤其要避免边长悬殊的短边参与参数解算。

伽利略卫星导航系统信号质量及定位性能分析

周星宇, 陈华, 安向东

2018, 43(1): 19-24. doi: doi:10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.01.004

[摘要](1181) [PDF 1830KB](191)

摘要:
伽利略系统(Galileo)是全球四大卫星导航系统之一,目前已初步具备全球定位能力。研究Galileo的信号质量和双／三频定位性能不仅对Galileo系统应用具有重要价值,对多全球卫星导航系统（GNSS）融合定位也有重要促进作用。在使用基准站网(MGEX)地面跟踪站的基础上,分析了伽利略信号的载噪比、多路径、以及双／三频精密单点定位(PPP)的定位精度。结果表明,Galileo与GPS相比,载噪比E5> E5a≈E5b≈L5>E1≈L1>L2,多路径误差E5

量子科学实验卫星对地面站高精度指向解决方案

蒋虎, 邓雷, 余金培

2018, 43(1): 25-28. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.01.005

[摘要](475) [PDF 1035KB](99)

摘要:
空间飞行器采用特定的飞行姿态,使飞行器上的载荷精确探测感兴趣的地区或目标,实现目标信息提取的飞行任务。文中提出了对地面站指向模式下的两种实现方案,同时对多个相关状态转换矩阵的影响量级进行了评估分析。以两种指向实现方案互为备份,将大大提高飞行器姿控系统对站指向的可靠度,确保姿态指向模式的可靠而有效地实现。

基于GNSS观测的核爆相关参数估计研究

孙阳, 苗家友, 王帅, 熊雯, 於晓

2018, 43(1): 29-35. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.01.006

[摘要](547) [PDF 1811KB](104)

摘要:
地下核试验引发的声重波会对电离层造成影响,引发行进式电离层扰动(TID)。通过GNSS的观测数据可以提取出地下核试验引发的电离层TID,从而对核爆的相关参数进行分析。本文根据IGS站点接收的全球定位系统(GPS)数据,探讨了估算TID传播速度以及核爆爆心位置的方法,并给出了计算结果。结果表明利用GPS观测数据来估计核爆爆心位置是可行的。

基于自适应差分进化算法的高维模糊度搜索

孙妍艳, 刘翠芝

2018, 43(1): 36-42. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.01.007

[摘要](386) [PDF 1843KB](66)

摘要:
针对高维整周模糊度解算问题,提出了一种新的搜索算法,采用自适应差分进化算法,利用其特有的全局、快速、并行搜索的特性对高维模糊度进行固定。根据所求解问题的特点,在原有自适应差分进化算法的基础上对部分参数进行重新设定,从而实现模糊度的快速搜索。并以LAMBDA算法的解算结果和运算速率为依据,验证本算法结果的正确性和解算的快速性。通过模拟和实测不同维数的数据进行验证,表明该算法对高维模糊度解算具有一定的应用参考价值,且具有较好的可靠性和鲁棒性。

北斗卫星导航系统动态定位精度测试与分析

张丰兆, 刘瑞华, 倪育德, 王莹

2018, 43(1): 43-48. doi: 0.13442/j.gnss.1008-9268.2018.01.008

[摘要](1906) [PDF 1895KB](363)

摘要:
随着北斗卫星导航系统的建设与发展推动全球卫星导航事业在民航的发展。介绍了卫星导航系统的定位误差通过与作为真值数据的组合导航定位数据进行比较仿真分析了实测数据下精度因子与可见星数目的占比分布北斗卫星导航系统在低海拔平原地区和高海拔山脉地区均可以提供实时导航定位服务且定位结果均符合《北斗卫星导航系统公开服务性能规范》标准，满足用户的定位要求。

北斗地基增强系统测试及精度分析

杨建科, 莫懦

2018, 43(1): 49-53. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.01.009

[摘要](624) [PDF 1192KB](161)

摘要:
文中主要结合南宁市北斗地基增强系统示范区项目实际,对该系统在南宁地区的时间可用性、RTK定位精度(包括加密站间之后效果)、空间可用性等进行了测试。测试结果表明,南宁市北斗地基增强系统满足全天候95％覆盖南宁市厘米级RTK定位精度要求,GPS+BDS组合较单GPS、单BDS在隐蔽环境下的RTK定位时间可用性得到明显提高,参考站点的加密也有助于提高系统的时间可用性。

基于超快速星历进行实时反演大气水汽总量的可行性研究

申建华, 赵兴旺, 许九靖, 刘超, 徐跃

2018, 43(1): 54-59. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.01.010

[摘要](366) [PDF 1540KB](71)

摘要:
从GPS气象学实际应用的角度出发,能够实时获取高时空分辨率的大气水汽场是一个十分关键的问题。基于地基GPS遥感水汽的原理,利用香港地区CORS网的实际测量数据进行试验,根据IGS网站提供的不同精度的轨道信息设计了试验方案,并且比较了方案中最终精密星历、超快速星历以及气象探空站探测得到的大气可降水量序列。实验结果表明,利用超快速星历反演算出的大气水汽总量与最终精密星历一致,其精度可以满足气象预报等实时业务的需求。

大气加权平均温度建模及其在GPS／PWV中的应用

许九靖, 赵兴旺, 申建华

2018, 43(1): 60-64. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.01.011

[摘要](459) [PDF 1454KB](77)

摘要:
大气加权平均温度的准确获取对高精度的GPS水汽反演至关重要。文中基于线性回归理论,在分析加权平均温度与地面温度间相关性的基础上,采用一元线性拟合的方法,建立大气加权平均温度经验模型。最后,采用香港地区2006-2015年无线电探空资料对经验模型进行验证。实验结果表明,文中模型计算加权平均温度的整体均方根误差为2.356 K,较Bevis模型精度提高了41.94％,且季节变化对加权平均温度计算的影响并不明显;对于GPS水汽反演,采用本文经验模型反演水汽的均方根误差为1.807 mm,平均偏差为1.362 mm,能够满足GPS可降水量反演的精度,且优于Bevis模型。

高精度目标点采集器设计及其计算方法

陈石平, 庄桂玉, 徐彬雄, 谈书才, 丁榕

2018, 43(1): 65-69. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.01.012

[摘要](361) [PDF 1290KB](52)

摘要:
针对不能使用卫星定位或人员难以到达目标点采集坐标信息的问题,提出利用差分定位模块接收连续运行参数站(CORS)网络差分信息可获得高精度参考点坐标,使用可见光激光测距模块、电子罗盘分别获得目标点距离、方位角和仰角,通过计算获得目标点的高精度坐标,仅需要一次测量即可获得目标点坐标,降低了室外地理信息系统（GIS）信息采集难度,并且可以拍摄目标点现场情况并进行上传,实现照片与目标坐标的自动记录与匹配。设备具有成本低、定位精度高、体积小、功耗低、携带方便、二次开发简单,兼容数据采集等优点。

不同环境下BDS／GPS组合动态定位性能分析

于龙昊, 丁克良, 刘亚杰, 赵海涛, 周命端

2018, 43(1): 70-74. doi: 于龙昊 E-mail: yu415479771@163.com

[摘要](411) [PDF 1365KB](92)

摘要:
主要探讨了中国北斗和美国GPS的组合系统定位模型,通过在不同接收环境下进行的动态定位实验,采用载波相位后处理技术对动态数据进行处理,结合卫星的空间分布和定位环境,分析了单北斗、单GPS、以及组合系统的定位性能。结果表明,在观测条件良好的环境下,组合系统和GPS的定位性能基本一致,北斗卫星导航系统稍弱;在观测条件不理想的环境下,组合系统增加可视卫星数量,改善了卫星星座结构,提高了定位性能,使组合系统的动态定位性能优于单系统的动态定位性能。

一种单频单历元BDS／GPS组合整周模糊度解算方法

金星, 王玲, 黄文德, 周帮, 刘伟

2018, 43(1): 75-80. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.01.014

[摘要](463) [PDF 1674KB](98)

摘要:
针对单频单历元组合载波相位差分技术(RTK)定位过程中存在的秩亏及模糊度解算病态等问题,提出了一种模糊度降相关的新方法。该方法引入伪距观测值进行辅助解算。首先采用经验分权法对伪距与载波相位观测值分配权重,并通过加权最小二乘法获得整周模糊度浮点解及协方差。然后通过对整周模糊度浮点解的方差-协方差矩阵进行降序排列和剔除病态模糊度。最后利用修正后的浮点解迭代搜索模糊度的整数解。试验结果表明而且可以起到良好的模糊度降相关的效果定位。

多余长基线对高精度GPS数据解算的影响分析

杨登科

2018, 43(1): 81-84. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.01.015

[摘要](414) [PDF 1206KB](68)

摘要:
针对现有GPS数据处理过程中多余长基线对高精度GPS数据解算影响方面研究较少,文中选择具有不同已知点分布的两种CORS网观测数据,并按照解算时间分为4 h、6 h、8 h、12 h、18 h和24 h共6个时段,以定量分析在不同已知点分布和解算时间时多余长基线对高精度GPS数据解算的影响。最终得出,多余长基线的存在会对GPS数据解算的精度产生影响,且随着解算时间的增加,其影响呈减小趋势;多余长基线的存在也会对解算结果产生较大影响,在已知点分布较差时,影响最大值达到了12.7 mm,在已知点分布较好时最大值也达到了6 mm,且在各时段内,影响均较为明显。因此在进行高精度GPS数据解算时,需考虑多余长基线的影响。

移动最小二乘法在高程异常拟合中的应用

周平红, 李志福

2018, 43(1): 85-90. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.01.016

[摘要](404) [PDF 1458KB](61)

摘要:
高程异常的求取一直是测绘领域关注的问题,常用的拟合方法都是基于最小二乘法进行。文中应用移动最小二乘法进行高程异常拟合,通过工程数据验算,拟合精度较其他常规模型有一定提高。同时,针对移动最小二乘法中的半径确定问题,提出了“固定点数法”,经过验证,该方法能够满足拟合精度要求。

改进的多项式+周期项模型的卫星钟差预报

廖建发, 张艳兵

2018, 43(1): 91-95. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.01.017

[摘要](279) [PDF 1284KB](60)

摘要:
针对现有的超快速钟差产品IGU精度较低以及无法满足实时PPP技术的问题,提出了一种改进的多项式+周期项钟差预报模型。该模型采用多项式+周期项非线性函数对钟差数据进行滑动估计,结合迭代法对拟合模型的随机误差进行自然修正,以实现对卫星钟差的预报估计。通过与常见的多项式模型、灰色系统模型和多项式+周期项模型的对比分析,结果表明:改进的多项式+周期项模型更加适用于卫星钟差预报,在1天内,其预报精度RMS可以达到0.57 ns,最大偏离程度为1 ns,明显优于灰色系统模型和多项式+周期项模型;随着预报时间的增长,多项式模型、灰色系统模型和多项式+周期项模型的预报精度大幅降低,而改进的多项式+周期项模型没有大幅的变化,预报结果比较稳定。

北斗卫星导航系统在AUV中的应用研究

王永鼎, 李华南, 钱莹娟

2018, 43(1): 96-101. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.01.018

[摘要](726) [PDF 1785KB](221)

摘要:
分析了自主式水下无人潜水器(AUV)在工作时应用的不同导航定位技术的特点与优势,介绍了北斗导航系统以及基于北斗导航系统的AUV基本定位原理。对应用北斗导航系统的AUV机械结构模块化设计的四个模块进行了较详尽的阐述,对AUV导航控制段的控制流程逻辑以及基于此逻辑的硬件系统进行了设计与搭建。通过应用北斗导航系统的AUV平台验证,从自主定向巡航和自主定速巡航来看,运行平稳,与期望值基本一致。

基于北斗系统的物联网室内检测研究

胡庆松, 王鹏, 姜波

2018, 43(1): 103-106. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.01.019

[摘要](273) [PDF 1195KB](67)

摘要:
北斗系统是我国自主研发的全球定位导航系统,以其优异的特性而得到广泛使用。物联网是继互联网之后,信息技术的又一重大革命,其中室内检测技术已发展到一个相对成熟的高度。本文从物联网体系结构出发,分析探讨北斗系统在物联网室内检测中应用的可行性,以求北斗系统能够更好地服务于物联网室内检测,独具创新,用本土研发的技术来发展具有中国特色的物联网室内检测技术。