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基于机器学习的卫星导航系统全球定位性能评估方法研究

王迪 王茂磊 杨宇飞 李海航 葛条

王迪, 王茂磊, 杨宇飞, 李海航, 葛条. 基于机器学习的卫星导航系统全球定位性能评估方法研究[J]. 全球定位系统, 2023, 48(5): 83-91. doi: 10.12265/j.gnss.2023086
引用本文: 王迪, 王茂磊, 杨宇飞, 李海航, 葛条. 基于机器学习的卫星导航系统全球定位性能评估方法研究[J]. 全球定位系统, 2023, 48(5): 83-91. doi: 10.12265/j.gnss.2023086
WANG Di, WANG Maolei, YANG Yufei, LI Haihang, GE Tiao. Machine learning-based global positioning performance evaluation method of satellite navigation system[J]. GNSS World of China, 2023, 48(5): 83-91. doi: 10.12265/j.gnss.2023086
Citation: WANG Di, WANG Maolei, YANG Yufei, LI Haihang, GE Tiao. Machine learning-based global positioning performance evaluation method of satellite navigation system[J]. GNSS World of China, 2023, 48(5): 83-91. doi: 10.12265/j.gnss.2023086

基于机器学习的卫星导航系统全球定位性能评估方法研究

doi: 10.12265/j.gnss.2023086
详细信息
    作者简介:

    王迪:(1991—),女,硕士,研究方向为卫星导航技术

    王茂磊:(1979—),男,高级工程师,研究方向为卫星导航技术

    杨宇飞:(1992—),男,工程师,研究方向为卫星导航技术

    李海航:(1993—),男,硕士,研究方向为人工智能技术

    葛条:(1985—),男,硕士,研究方向为人工智能技术

    通信作者:

    王茂磊 E-mail: gnsswml@163.com

  • 中图分类号: P228.4

Machine learning-based global positioning performance evaluation method of satellite navigation system

  • 摘要: 针对卫星导航系统伪距相位、广播星历等观测数据,本文采用特征提取和模型回归等技术手段,从数据类型和观测时间两个维度寻找数据内在特征,挖掘出海量测站数据之间的特征关联,并采用机器学习方法评估卫星导航系统全球定位性能. 本文所提出的评估方法在实际测站数据上进行了验证,中国及周边区域12个测站模型定位精度1−平均绝对百分比误差(mean absolute percentage error, MAPE)的均值为92.36%,最差为PTGG站,1−MAPE为89.26%;全球范围120个测站模型定位精度1−MAPE的均值为86.59%,最差为SCOR站,1−MAPE为81.46%,与传统数理统计框架下得到的实测值较为吻合. 实验结果表明:基于机器学习模型评估卫星导航定位性能的方法可行有效,机器学习模型在大数据统计分析中具有强评估能力和高泛化性,突破了现仅用传统数理统计的全球定位性能评估思路.

     

  • 图  1  GBDT示意图

    图  2  第1个决策树的结构

    图  3  第200个决策树的结构

    图  4  第400个决策树的结构

    图  5  演示样本在第1个决策树上的输出过程

    图  6  演示样本在第200个决策树上的输出过程

    图  7  演示样本在第400个决策树上的输出过程

    图  8  GBDT测试结果

    图  9  SVR测试结果

    图  10  MLP测试结果

    图  11  测站GBDT模型评估结果

    表  1  演示样本的输入特征

    样本编号 Ap SN F10.7 DOY HOD TEC PDOP
    1 9 16 73.3 0.87 1.07 10.01 2.60
    2 4 0 74.0 −0.97 0.54 23.14 4.06
    3 12 6 81.2 −0.44 1.58 35.66 2.30
    下载: 导出CSV

    表  2  ENAO的训练集分布

    训练集分布 Ap SN F10.7 DOY HOD TEC PDOP
    均值 7.12 29.32 80.99 0.025 0.96 17.74 3.11
    标准差 9.12 27.63 13.06 0.700 0.72 7.24 1.90
    下载: 导出CSV

    表  3  处理后的输入特征

    样本编号 Ap SN F10.7 DOY HOD TEC PDOP
    1 0.21 −0.48 −0.59 1.20 0.15 −1.07 −0.22
    2 −0.34 −1.06 −0.53 −1.41 −0.58 0.75 0.55
    3 0.53 −0.84 0.02 −0.66 0.86 2.48 −0.38
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-04-11
  • 网络出版日期:  2023-10-23

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