全球定位系统

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2018年第43卷第3期

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改进的自适应滤波算法在BDS／INS组合导航中的应用

强明辉, 蒋文

2018, 43(3): 1-6. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.03.001

[摘要](648) [PDF 679KB](190)

摘要:
针对目前北斗与惯性导航系统的组合导航系统的导航性能和鲁棒性较差,基于衰减因子和噪声加权的自适应卡尔曼滤波技术,研究了组合导航系统在不确定性噪声干扰下的组合新算法。并在Matlab中进行了仿真实验,通过对比传统卡尔曼滤波技术,验证了新算法的有效性。并在Matlab中进行了无人机数据后处理实验。结果表明,改进的自适应滤波算法可以有效地降低不确定性干扰对组合导航系统的影响,从而提高了系统的导航性能和鲁棒性。

卫星导航信号电文加密技术研究与评估

申成良, 郭承军

2018, 43(3): 7-12. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.03.002

[摘要](633) [PDF 805KB](111)

摘要:
全球导航卫星系统民用信号的信号结构公开等特点,使得民用接收机受到了各种欺骗干扰的威胁。针对不同的欺骗干扰攻击,对比分析了不同电文加密技术的鲁棒性。分析表明,电文加密技术不能应对转发式干扰攻击。在对比了椭圆曲线数字签名(ECDSA)和时间效应流丢失认证(TESLA)的基础上,提出了ECDSA和TESLA组合的导航信息认证(NMA)方案。该方案解决了传统NMA的运算量和时间同步等问题。以扩频码身份认证(SCA)技术为例,仿真评估了电文加密身份认证技术的性能。仿真表明,参与身份认证能大大提高接收机的抗干扰性能。

K-means++分区法在密集型测站中的应用研究

郝美云, 孙宪坤, 丁倩云, 尹玲, 尹京苑

2018, 43(3): 13-20. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.03.003

[摘要](447) [PDF 908KB](82)

摘要:
GAMIT软件在解算大型密集测站时一般需要进行分区处理,分区解算对结果的精度具有一定的影响。为了解决一般分区方法中长短基线同时存在而导致整网解算精度降低的问题,引入了K-means++算法和Hash算法实现分区,简称为K-means++分区法。首先利用K-means++算法对测站进行聚类,再利用Hash算法进行排序组合,这样能得到分布均匀的子网。文中采用整网解算结果作为标准值,分析区域分区法和K-means++分区法的基线长度、基线精度及三维坐标差,然后再将K-means++分区方法与间距分区法进行对比分析。实验结果表明,该方法比区域分区法精度更高,与现有的间距分区方法精度相持,且比间距分区法要稳定高效。

滑动式Lagrange插值法在北斗卫星精密星历内插中的应用

李振昌, 李仲勤

2018, 43(3): 21-25. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.03.004

[摘要](712) [PDF 434KB](160)

摘要:
在高精度卫星定位数据处理中需要对精密星历进行插值。文章利用滑动式拉格朗日插值法,分别探讨了插值阶数与北斗精密星历中的三类北斗卫星的插值精度的关系。算例表明,三类北斗卫星达到最佳插值精度的插值阶数不同;只要采用合理的阶数,三类卫星都可以达到毫米级插值精度。该方法可以较好地适用于北斗卫星精密星历的内插。

基于VLBI与BDS联合解算ERP的算法研究

刘聪, 孟鹏飞, 刘鑫

2018, 43(3): 26-31,38. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.03.005

[摘要](544) [PDF 647KB](86)

摘要:
利用PANDA软件解算2016年第61~91天的MGEX(Multi-GNSS Experiment)服务站的北斗数据,获得地球自转参数(ERP)。利用VieVS2.2软件处理了同时段的甚长基线干涉测量(VLBI)数据。采用基于IERS 08C04序列的定权方法对BDS和VLBI的解算结果进行加权平均,得到综合的ERP值。结果表明,与IERS比较,极移在X方向差值的RMS为0.249 mas,Y方向差值的RMS为0.296 mas,UT1-UTC差值的RMS为0.053 ms.利用BDS与VLBI数据对ERP参数进行联合解算,弥补了BDS解算结果不稳定和VLBI观测不连续的缺陷,使解算结果的稳定性和可靠性均有所提高。

近海潮汐效应对上海地区精密定位的影响

丁倩云, 孙宪坤, 尹玲, 郝美云, 尹京苑

2018, 43(3): 32-38. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.03.006

[摘要](450) [PDF 771KB](136)

摘要:
针对全球海潮模型在不同沿海地区存在差异性以及在中国近海精度不高的问题,利用全球海潮模型FES2004和NAO99b计算上海地区(经纬度范围为120.85°E～122.2°E,30.6667°N～31.8833°N)S₂、M₂、K₁和O₁四个分潮的海潮负荷位移在垂直分量上的差异;并利用中国近海模型osu.chinasea.2010对全球海潮模型FES2004中相应的区域进行替换,计算近海效应对SHJZ站(上海金山)、SHJBS站(上海宝山)、SHAO站(上海佘山)以及DCMD站(上海崇明)四个测站精密定位的影响。结果表明:1) 全球海潮模型FES2004和NAO99b在上海地区存在较明显的差异,尤其是垂直分量,最大接近4 mm,且两个模型的差异随离海洋距离增大而减小;2) 利用修正前后的全球海潮模型FES2004经过计算分析得出,近海效应对上海地区GPS测站精密定位的影响达到5 mm,对测站垂直分量的位移影响从大到小分别是DCMD站(5.1 mm)、SHBS站(4.9 mm)、SHJS(4.2 mm)、SHAO(3.6 mm)。

多源融合导航系统的融合算法综述

唐璐杨, 唐小妹, 李柏渝, 刘小汇

2018, 43(3): 39-44. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.03.007

[摘要](989) [PDF 668KB](202)

摘要:
多导航源的信息融合算法是多源融合导航系统的核心技术,根据各类算法的结构特性,将融合算法分为三大类:集中式融合算法、并行式融合算法和序贯式融合算法。通过对各类算法的仿真,总结出算法的特点和适用场景,并得出融合算法的发展趋势,为多源融合导航系统设计提供算法理论支撑。

GNSS信号录制与回放设备的研制及应用

张涛

2018, 43(3): 45-50,55. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.03.008

[摘要](612) [PDF 786KB](118)

摘要:
设计了一种GNSS信号录制与回放设备,该设备利用了变频器(混频器)会产生差频与和频的现象,在采集与回放阶段使用不同的变频方式,分别使用变频结果中和频与差频,从而将频率中心较远的多个GNSS信号中间的无用频带去掉,只留下有用信号,这样以来,降低了设备的成本和复杂程度,使用价格低廉的SDR平台即可完成采集与回放工作。经实验验证,该设备可以用于GPS L1／L2以及BDS B1等信号的记录与回放,可以广泛用于教学实验、GNSS接收机研发生产以及科学研究等领域。

基于BDS广播星历的卫星坐标拟合精度分析

刘双童, 王明孝, 杨树文, 杨明泽, 杨立华

2018, 43(3): 51-55. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.03.009

[摘要](423) [PDF 474KB](74)

摘要:
针对利用广播星历计算卫星位置时,需反复计算、效率较低的问题。提出利用切比雪夫多项式对广播星历进行卫星轨道拟合,即先计算部分固定时间间隔的卫星坐标作为已知节点,利用不同的拟合阶数,将拟合点与直接法求出的对应点求差,分析其拟合精度。实例表明,只要采取合适的拟合时间间隔和拟合阶数,广播星历拟合精度就可以满足要求。

改善单基站CORS RTK测量精度的自适应卡尔曼滤波算法

陈长坤, 余学祥, 石长伟, 肖明, 苏迪

2018, 43(3): 56-61,66. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.03.010

[摘要](318) [PDF 752KB](63)

摘要:
针对单基站CORS RTK在矿山开采沉陷地表移动变形监测中测量精度偏低的问题,构建基于方差分量估计原理的自适应卡尔曼滤波算法,以CORS RTK在各历元采集的平面坐标与正常高为基础,利用CORS RTK实测数据并对比分析四等水准测量成果,分析得出滤波后的CORS RTK测量精度得到了较大的提高,并满足矿山开采沉陷地表移动变形监测的精度要求。

黑龙江省CORS系统数据质量分析

赵忠海

2018, 43(3): 62-66. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.03.011

[摘要](551) [PDF 463KB](104)

摘要:
为掌握黑龙江省CORS(HLJCORS)系统的数据质量,利用TEQC软件对HLJCORS各基准站2017年全年的数据进行了全面的质量分析与统计。结果表明,HLJCORS系统的数据质量整体较高,这为基准站重点维护提供了参考依据。

长距离GPS RTK测量的精度检核方法与实例

胡涛

2018, 43(3): 67-69. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.03.012

[摘要](349) [PDF 374KB](77)

摘要:
钻井是石油勘探开发工作的重要组成部分,也是一个高投入、高风险的行业,尤其是在沙漠地区钻一口井,动辄需要数千万的资金投入。钻井前能否准确测量确定井口位置,是钻井能否达到预定目标的前提和基础。GPS RTK技术具有使用灵活性好,定位精准度高,施工成本低,作业效率高等优点。在人烟稀少、地势平坦、遮挡物少、电磁干扰小的沙漠区域,在井位测定工作中,采用GPS RTK 技术的这一优势更加明显。然而GPS RTK技术定位的距离是有严格的限制的,一般情况下,不超过10 km,特殊情况下可延长至15 km.那么,对于15 km以上的距离,GPS RTK技术定位的精度和可靠性到底如何呢。文章在塔克拉玛干沙漠地区,通过采用GPS RTK技术,对距离大于15 km的两个已知测量控制点进行测量分析,验证了在沙漠地区进行长距离GPS RTK作业的精度。

甘肃省加权平均温度时空分布特征分析与模型建立

高志钰, 李建章, 寇瑞雄, 李振昌, 陈晨

2018, 43(3): 70-76. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.03.013

[摘要](281) [PDF 732KB](68)

摘要:
加权平均温度是大气可降水量研究过程中的一个重要参数,直接影响着大气可降水量反演的精度。针对适合于甘肃地区的加权平均温度模型较少且已有模型精度较低的情况,文章主要利用甘肃地区7个探空站2013-2017年的数据,统计分析了甘肃地区加权平均温度时空分布特征,依据最小二乘原理建立了本地化分区、分季、分月模型,并结合已有模型对其精度进行了验证。结果表明,甘肃地区加权平均温度具有明显的时空分布特征,建立分区、分季、分月模型是非常有必要的,且分区、分季、分月模型精度均优于已有模型,具有重要的实际应用价值。

WiFi指纹定位中采样间距对定位精度的影响

罗宇锋, 刘艳辉, 李晓春

2018, 43(3): 77-81,94. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.03.014

[摘要](349) [PDF 672KB](72)

摘要:
在Android平台上利用WiFi信号强度特征进行定位,定位系统由安卓客户端、Tomecat服务器以及MySQL数据库组成。基于信号强度指示(RSSI)的WiFi指纹定位在离线阶段建立的指纹数据库受采样间距的影响,因此采样间距必然影响指纹定位的精度。为了探究采样间距对WiFi指纹定位影响,在教室内进行实验,选取不同采样间距进行基于RSSI的WiFi指纹定位实验和分析,以定位的精度和时效性作为定位结果的衡量标准,实验表明，在室内环境下,采样间距为3 m的时效性较高且定位精度也能满足要求。

区域大气加权平均温度模型构建与适用性分析

王朋远, 李飞, 郑南山

2018, 43(3): 82-87. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.03.015

[摘要](417) [PDF 648KB](61)

摘要:
加权平均温度作为GNSS水汽反演的重要参数,直接影响大气可降水量的反演精度,而建立区域化加权平均温度模型有助于提高水汽反演精度。利用香港探空站2012-2015年数据资料,在分析加权平均温度与地面气象要素关系的基础上,运用最小二乘原理探究最优回归方程系数,回归建立了区域加权平均温度的单因素模型和多因素模型。结果表明:多因素模型精度高于单因素模型,但并不显著,Bevis经验公式应用于香港区域时不满足精度要求;对模型精度和适用性进行了分析比较,表明文中建立的模型精度较高,能更好满足水汽遥感高精度的要求。

青岛地区CORS反演水汽中大气加权平均温度模型的建立

李斐, 刘智敏, 李洋洋, 郭金运

2018, 43(3): 88-94. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.03.016

[摘要](365) [PDF 812KB](76)

摘要:
作为区域连续运行参考系统(CORS)反演大气可降水量的关键参数——大气加权平均温度,时空特性明显。为了提高区域CORS反演大气可降水量的精度和可靠性,利用青岛探空站2009-2011年3年的探空数据,分析得到地表温度Ts与加权平均温度Tm的相关系数R为0.877 6,为强线性相关;采用回归分析建立了青岛地区加权平均温度模型;利用该模型计算青岛地区2012年加权平均温度,与由探空数据计算的加权平均温度的平均偏差、标准差和均方根误差分别为0.307 K、3.359 K和3.384 K;将该模型应用在青岛CORS反演大气可降水量的计算中,与临近探空站计算的大气可降水汽相比,平均偏差、标准差和均方根误差分别为0.70 mm、3.48 mm和3.53 mm.研究表明,应用区域探空数据建立加权平均温度模型具有可行性,并可以在一定程度上提高区域CORS反演大气可降水量的精度和可靠性。

单基站CORS-RTK在矿山沉降观测中的应用

徐蒋林, 黄晖, 赵勇, 刘可胜, 余学祥

2018, 43(3): 95-99,106. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.03.017

[摘要](652) [PDF 591KB](81)

摘要:
单基站CORS-RTK相比于多基站CORS-RTK以及网络RTK有着自身独特的优势。文中结合淮南某矿区以地表移动变形为例,对单基站CORS系统测量数据进行处理,对坐标、处理后数据及中误差进行对比分析。结果表明,单基站CORS-RTK测量数据符合精度要求,对减少矿山沉降观测的工作量具有重要意义。

PPP_AR模糊度固定模式下的PPP性能分析

张国利, 张京奎, 杨开伟

2018, 43(3): 100-106. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.03.018

[摘要](585) [PDF 527KB](95)

摘要:
利用6个IGS跟踪站一周的静态数据,采用采样间隔为30 s的卫星钟差产品,对精密单点定位（PPP）整周模糊度的固定模式——PPP_AR模式和常规的浮点解模式下的定位精度和收敛时间进行了比较试验。结果表明，PPP_AR模糊度固定模式下,数据之间具有自洽性,定位精度在E-W和N-S两个方向的RMS都优于1 cm,在U-D方向优于3.5 cm,明显高于浮点解模式下的定位精度。且PPP_AR模式下整周模糊度的固定率都在93％以上。PPP_AR模式下的收敛时间集中在20～25 min,浮点解模式25～35 min。

基于TRACK对桥梁健康状况分析

于龙昊, 丁克良, 刘明亮, 刘亚杰, 罗麒杰

2018, 43(3): 107-111. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.03.019

[摘要](281) [PDF 578KB](72)

摘要:
梁动态监测一直是工程变形监测方向的研究重点。文中简单介绍了TRACK模块,进一步阐述了TRACK数据处理的原理,以某桥梁实验数据,利用GAMIT／GLOBK1061中的双差动态定位TRACK模块对桥梁的实测数据进行了单历元数据的后处理,分别得到了桥梁车辆高峰时段和夜间时段的桥梁振动的时间序列,又通过经验模态分解方法对桥梁振动的时间序列进行降噪处理,对比分析了车辆对桥梁健康状况的影响,进一步验证了TRACK对桥梁状况分析方法的可行性。

基于聚类算法的双孢菇保鲜运输智能导航策略

张子奇, 陈成明

2018, 43(3): 112-117. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.03.020

[摘要](318) [PDF 705KB](68)

摘要:
运输过程中的保鲜技术是双孢菇产业中至关重要的环节。为了更加合理地选择出鲜菇运输路线,针对实时路况信息做出调整,提出了一种结合北斗卫星导航系统的智能导航策略。首先分析了双孢菇的贮存规律,结合北斗卫星导航系统监测实时路况,使用聚类算法,制定了以智能选择最理想运输路线为目的的导航策略,最后通过仿真验证了策略的可行性。

基于北斗卫星的渔船监控系统设计

崔秀芳, 蔡陈玉, 李志刚

2018, 43(3): 118-123. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.03.021

[摘要](550) [PDF 641KB](79)

摘要:
针对目前渔船遇险搜救不及时的问题,设计出一种基于北斗卫星的渔船监控系统。该监控系统以Linux操作系统为交互平台,结合计算机技术和北斗卫星导航技术实现对船舶位置的动态实时监控,并将渔船的位置信息嵌入到内置的电子地图中。该系统利用北斗卫星监控范围广、可靠性高、稳定性好以及独有的短报文通信优势,能有效解决远海区域无线通信网络覆盖不够的问题,且成本低、效率高。经试验表明,该系统运行稳定,达到预期设计目标。

基于GPS／BDS组合的浅海AUV定位性能分析

姜少杰, 王宪, 刘海敌, 夏长春

2018, 43(3): 124-128. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.03.022

[摘要](302) [PDF 569KB](111)

摘要:
针对水下机器人在浅海工作时定位误差大的问题,在浅海电磁波信号衰减不大的情况下,文中重点介绍一种基于GPS/BDS双模组合定位技术的浅海水下机器人高精度定位导航系统,为了比较双模定位系统的定位性能,设置了GPS和BDS单模定位系统作对比,提出了使用中值滤波算法和卡尔曼滤波算法相结合的定位数据处理方法,通过对双模定位系统测试数据的滤波处理,得出系统的定位性能。测试结果表明,双模定位系统的定位精度要高于单模定位系统;中值滤波和卡尔曼滤波相结合算法的应用能够明显提高双模定位系统的定位精度。

一种高效的GNSS数据自动化下载方法的实现

王丞, 李磊, 张铭彬

2018, 43(3): 129-134. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.03.023

[摘要](335) [PDF 611KB](84)

摘要:
针对传统的GNSS数据下载方法存在无数据下载的登陆与登出这一缺点,对原始的数据下载方式进行了改进。改进的原理是,事先获取ftp存储路径下的文件名,然后再利用数据下载命令进行数据下载,这样可避免传统的数据下载方式的缺点,大大地提高了数据的下载效率。实际测试的结果表明,改进的数据下载方式与传统的数据下载方式相比,下载IGS数据平均每小时可节约34 min,下载MGEX的数据平均每小时可节约17 min,改进的数据下载方法可有效提高数据下载效率。