泛在空间定位的概念框架与服务

全球导航卫星系统(GNSS)时空信息服务面临复杂场景的信号覆盖性难题,无法解决“无处不在”的泛在时空服务需求。为此,开展基于北斗卫星导航系统(BDS)信号的室内外无缝导航定位技术研究和系统研制,实现泛在空间定位服务非常必要。本文首先定义了“地上/室外定位+地下/室内定位+云上定位”的泛在空间定位体系概念,提出了泛在空间定位体系架构、信号信息架构、应用服务架构,给出了体系关键技术、应用服务类型、应用模式,构建了泛在空间定位试验网络,开展了针对典型场景的地上/室外定位、地下/室内定位和云上定位性能的初步示范验证、测试结果分析与服务能力评估。研究结果表明:以BDS为核心的泛在空间定位试验网络可提供泛在时空信息服务,能够将BDS导航定位服务从开阔空间全面拓展到半遮蔽及全遮蔽空间。

密林环境空地协同GNSS/UWB快速高精度定位技术

针对密林中卫星信号遮挡难以实现快速高精度定位的问题,提出了一种密林环境空地协同全球卫星导航系统/超宽带(GNSS/UWB)高精度定位方法。该方法综合考虑无人机平台在空旷环境快速运动与超宽带的强穿透性测量等特征,通过无人机携带GNSS/UWB集成化载荷,以移动单基站模拟多基站,配合密林中UWB标签组网测距,完成密林中UWB标签定位。对基站布设方案展开研究,为密林环境下空地协同GNSS/UWB快速高精度定位技术应用提供基站布设指导和依据,并且利用密林环境下实测测距实验+仿真定位实验对提出的方法进行验证。结果表明,所述方法可有效实现密林环境下的快速高精度定位,精度达到分米级,并且通过优选基站布设网型、范围及高度可有效提高定位精度,为密林环境下快速高精度定位方法提供了理论支撑。

双线程滑动窗口多系统GNSS超快精密定轨实现及评估

全球导航卫星系统(GNSS)超快精密定轨为GNSS实时应用提供了高精度空间基准。基于天地协同定位、导航与授时(PNT)网络服务中心实现了四系统GNSS卫星超快精密定轨,并对定轨结果进行精度评价。介绍了天地协同PNT网络的概念内涵以及网络服务中心部署的超快精密定轨软件架构和详细功能,并针对实时应用需求提出了一种双线程滑动窗口超快精密定轨策略。最后利用重叠弧段比较、与外部轨道产品比较以及卫星激光测距(SLR)检核3种方式对定轨结果进行了精度评价。结果表明,与武汉大学分析中心的最终事后精密轨道产品相比,四系统GNSS MEO卫星预报6 h弧段的径向均方根(RMS)误差整体在2~5 cm水平,BDS2 IGSO卫星最小一维RMS误差在10~15 cm水平;GPS和Galileo卫星的SLR检核残差均值在1~3 cm水平,标准差在3~6 cm水平,能够满足后续厘米级实时应用对空间基准的精度需求。

面向余热利用的近埃尔逊循环热力性能仿真研究

为了提高余热资源的利用效率及品质,该文提出一种近埃尔逊循环,并采用EBSILON软件对近埃尔逊动力循环余热利用系统进行建模、仿真。采用验证的模型,分别研究工质流量、压气机效率、膨胀机效率、热源温度等因素对循环效率和余热利用效率的影响。结果表明,工质流量在一定范围内时,循环效率基本保持稳定,超过一定值后,循环效率迅速下降,余热利用效率则持续提升;压气机效率和膨胀机效率的增大均能明显提升循环效率与余热利用效率;增大热源温度可以提升循环效率,但会导致余热利用效率的降低;各影响因素对循环效率的显著性分析则表明膨胀机效率对循环效率的影响程度最大,工质流量影响程度最小。该研究成果为余热利用提供了新的途径,可有效提高能源利用品质,同时为工程应用提供参考。

综合PNT应用服务体系:概念框架、技术路线与应用展望

综合定位、导航与授时(positioning,navigation and timing,PNT)体系是我国数字化经济社会运行发展的重要支撑,以北斗三号(BeiDou-3 Navigation Satellite System,BDS-3)为核心的综合PNT应用服务是我国未来时空信息领域技术与产业的发展重点.本文首先定义了“按需弹性可伸缩综合PNT应用服务体系”概念,提出了“一体白盒(软件定义节点)+统一网络(弹性可伸缩系统)+网信场图(智能运管服务)+智能博弈(复杂任务决策)”的应用服务框架,设计了“固基、强网、增效”的综合PNT应用服务技术路线,给出了“公网+专网+机动网”的综合PNT应用服务模式,并对应用前景进行了展望.未来以“北斗+低轨+5G+伪卫星+位置大数据”为核心的综合时空应用服务体系将为多层次、多领域用户提供北斗室内外泛在空间云端协同的精准位置服务,助力全社会数字化转型.

水下机器人在水闸工程检测中的技术应用

水下构筑物的缺陷检查是水闸安全鉴定和除险加固的重要内容和依据,为全面了解并掌握水闸水下运行状态,本文通过当前运用较成熟的水下检查方法——水下机器人(ROV)进行水下建筑物质量检测,并介绍了ROV应用于节制闸和分洪闸等不同类型的水闸质量检查实例。应用结果表明,ROV可取得详细可靠的检查结果,具有适用性广、效率高、成像清晰直观的优势,可为同类型的水下工程检查提供参考。

基于快速碳化试验的结构混凝土抗碳化性能研究

针对某水工混凝土结构实体,对不同部位、不同强度的不带浆层芯样(A类试件)、带自然碳化浆层芯样(B类试件)进行了快速碳化试验,分别建立了A、B类试件在自然碳化环境下的碳化深度预测方程。结果表明:A类试件的早期碳化深度小于B类试件;随着碳化时间的增长,A类试件的碳化深度会超过B类试件;混凝土的抗压强度越大,A、B类试件达到相同碳化深度所需的时间越长;A类试件的碳化速度系数大于0.50,而B类试件的碳化速度系数小于0.50,说明自然碳化浆层能在一定程度上延缓碳化;基于A、B类试件建立的试验室碳化深度预测方程可用于混凝土结构抗碳化性能的合格性判定;基于B类试件建立的自然碳化深度预测方程的精度较高。

基于WUM精密钟差产品的BDS-3星载原子钟性能评估

导航卫星星载原子钟的在轨性能直接影响导航系统定位、导航与授时(Position, Navigation and Timing, PNT)服务的精度和稳定性。基于武汉大学MGEX分析中心发布的精密卫星钟差产品,对BDS-3卫星星载原子钟的频率稳定性、钟差预报精度和钟速变化特征开展了分析评估。对GPS III和Galileo FOC卫星的星载原子钟性能开展分析,并与BDS-3的星载原子钟性能进行了对比。结果表明,BDS-3 PHM的平均天稳定度为4.62×10-15, 7 d钟差预报精度为2.3 ns, 10 d钟率变化为1.79×10-14s/s,其长期性能优于GPS III和Galileo FOC星载原子钟。值得指出的是,BDS-3 C19 RAFS的在轨性能远优于其他BDS-3 RAFS。

Galileo精密单点定位模糊度固定模式下定位性能评估

模糊度固定是提升精密单点定位精度和快速收敛的主要因素之一,相位偏差、硬件延迟与模糊度参数无法正确分离是导致模糊度非整数特性的主要原因。采用德国地学研究中心(GFZ)公开发布的包含相位偏差的整数钟产品GBM,并基于全球分布的5个MGEX连续跟踪站年积日290~296的观测数据,对比分析单伽利略卫星导航系统(Galileo)精密单点定位(Precise Point Positioning,PPP)在固定解模式和浮点解模式下的定位精度和模糊度固定率。实验结果表明,模糊度固定模式下的定位精度,5个测站E方向提升都在83%以上,N方向提升在55%以上,U方向除了MATG测站,其他在65%以上,模糊度固定率方面,除了MATG站以外都优于60%。

超临界二氧化碳动力循环余热利用方案优化研究

针对燃气轮机余热利用问题,以有回热的超临界二氧化碳(S-CO_(2))动力循环为基础,引入中间冷却、中间再热和分流再压缩技术,建立6种循环方案。分别以S-CO_(2)动力循环的循环效率最高和循环净输出功最大为优化目标,采用遗传算法对各方案的参数进行优化,并对每个方案的优化结果进行经济性比较。结果表明:以循环效率最高为优化目标时,引入一次中间冷却、一次中间再热和一次分流再压缩都能不同程度提高循环效率,其中引入一次分流再压缩和一次中间再热的方案6循环效率最高,达到43.29%;以循环净输出功最大为优化目标时,引入一次中间冷却可以增大输出功,引入一次中间再热会减小S-CO_(2)动力循环净输出功,而一次分流再压缩退化为无分流方案,其中引入一次中间冷却的方案2净输出功最大,为82620.02 kW;6个方案的经济性均在以S-CO_(2)动力循环净输出功最大为优化目标时更具优势,原因在于这种情况下对燃气轮机排烟的余热利用效率更高,其中方案2运行20年收益最大,为50.65亿元。

冲击回波法检测混凝土内部缺陷的有限元仿真分析

为了探究混凝土结构在瞬时冲击荷载作用下的响应特征以及应力波在混凝土介质中的传播规律和影响因素,进一步完善冲击回波法检测理论和提高混凝土缺陷检测与识别精度,基于ADINA有限元分析软件,设计构建了一系列有缺陷和无缺陷的混凝土板结构有限元模型,运用动力有限元分析理论,对混凝土结构冲击回波响应特征以及弹性应力波传播的动力学特征进行数值仿真分析。结果显示:混凝土板内有缺陷存在时,板厚对应频率均向低频漂移,且方形空洞比圆形空洞引起的漂移量稍大;当缺陷埋深超过缺陷横向尺寸3倍以上时,分析结果的偏差会陡然增大;对埋深小于10 cm的浅表层缺陷,其偏差值较大。结果表明,有限元仿真分析直观地展现了应力波在混凝土介质中的动态传播过程以及波场与缺陷体相互作用的规律,仿真分析结果与应力波传播基本理论及物理模型试验结果基本一致,验证了本有限元模型的合理性以及数值仿真分析方法的适用性和可行性。

地面基准站网与星载GNSS融合的高中低轨卫星联合精密定轨

下一代导航系统拟纳入低轨卫星(LEO)作为增强和备份。研究了地面基准站网与星载GNSS融合的高中低轨卫星联合精密定轨(POD)理论与方法,基于实测国际地面站(IGS)和低轨卫星星载GNSS数据,通过建立高精度动力学模型和观测模型,根据全球测站和区域测站两种情况进行了导航星与低轨星的联合精密定轨试验。结果表明,联合定轨可同时获得导航星和低轨星厘米级的定轨精度。低轨星作为高动态天基测站,对导航星定轨精度的提升程度可达20%~90%。

PPP＿AR模糊度固定模式下的PPP性能分析

利用6个IGS跟踪站一周的静态数据,采用采样间隔为30s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1cm,在U-D方向优于3.5cm,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20~25min,浮点解模式25~35min。

电离层改正模型对GPS共视时间传递的影响分析

本文以2016年001~010d的观测数据，分析了广播星历的电离层模型、全球格网电离层模型、消电离层组合模型三种不同的电离层模型对4对IGS站间GPS共视时间频率传递的影响。结果表明，广播电离层模型模式下GPS共视时间频率传递的RMS值最大，表明精度最差；电离层格网模型模式下RMS值较小，表明精度比较高，消电离层组合模型模式下除了NANO跟ALBH的站间RMS值大外，相应的精度较差外，其它3组站间跟电离层格网模型的精度相当。

北斗短基线高精度相对定位软件实现及结果分析

本文首先介绍了北斗短基线高精度相对定位软件的算法实现和工作流程,对静态基线解算和RTK解算的异同进行了总结,对短基线的静态解算精度、时段长度和RTK解算精度进行了测试和分析。实测结果表明:静态基线解算各时段解算精度平面优于1cm+1ppm,高程优于1cm+2ppm,短基线适宜的解算时段长度为1小时至1.5小时;RTK解算精度低于静态基线解算精度,在1sigma情况下,RTK解算的平面精度和高程精度接近静态基线解算精度水平。

PPP-RTK服务端卫星钟差估值性能分析

【目的】针对实时动态精密单点定位(precise point positioning-real-time kinematic,PPP-RTK)技术几何固定模型解算的卫星钟差的性能,开展相关实验,评估此类卫星钟差估值在传统GNSS应用中的能力水平。【方法】通过将解算的钟差与国际GNSS服务(international GNSS service,IGS)精密钟差进行比较,并将其应用于动态精密单点定位(precise point positioning,PPP),以评估钟差估值的性能。【结果】评估了该模型逐历元策略解算的卫星钟差精度,证实其能够满足传统GNSS应用亚米级精度的增强信息需求。【结论】PPP-RTK作为一项新的高精度定位技术,其服务端能够提供丰富的增强信息。卫星钟差作为该技术几何固定模型提供的增强信息之一,不仅能够服务于PPP-RTK的用户端,而且能够兼容传统需要卫星钟差的应用。

BDS/Galileo融合精密单点定位性能评估

【目的】针对传统精密单点定位(Precise Point Positioning,PPP)模糊度非整数特征的问题,基于整数钟产品完成模糊度的固定,验证单Galileo系统PPP模糊度固定对定位性能的影响以及BDS/Galileo双系统组合相比单Galileo系统在定位性能方面和模糊度固定率方面的提升。【方法】基于真实数据开展实验验证,通过解算单Galileo及BDS/Galileo双系统组合PPP模糊度固定模式下定位精度跟模糊度浮点解模式下进行比较,评估不同模式下的定位性能及模糊度固定率的提升。【结果】单Galileo系统模糊度固定模式下,5个测站E方向的提升明显,Galileo系统固定解模式下定位精度和收敛时间相对于浮点解状态有一定提升,加入BDS2/BDS3后5个测站E方向的定位精度提升率都在70%以上,另外两个方向效果没有E方向明显。【结论】模糊度固定是提升精密单点定位精度和快速收敛的主要因素之一,正确固定模糊度可以提升定位性能,加入BDS系统后相比单Galileo系统在定位性能及模糊度固定率方面有进一步的提升。

ZF15000/26/42放顶煤液压支架使用问题及改进

针对ZF15000/26/42型放顶煤液压支架使用中出现的顶梁柱窝损坏问题,通过有限元分析软件,计算顶梁柱窝的受力情况,分析可能的断裂路径。结果表明,柱窝联接耳周围外形突变导致的局部应力集中是顶梁柱窝损坏的主要原因。采用连续柱窝结构可以有效改善柱窝周围及焊缝的受力情况,降低应力集中,提高柱窝的安全系数。

溶胶-凝胶法氧化锌薄膜导热性能实验研究

采用溶胶-凝胶法制备氧化锌前驱体溶液,用浸渍提拉法在玻璃纤维上制备厚度分别为39和17nm的氧化锌薄膜,利用瞬态电热技术测量得到100和200℃退火温度下氧化锌薄膜沿面内方向的导热系数,并对影响结果的因素进行分析。实验结果表明,前驱体溶液浓度增加,氧化锌薄膜导热系数变大,且100℃退火下氧化锌薄膜的导热系数大于200℃退火下导热系数。

不同全球电离层格网产品在中国区域的应用精度评估与分析

基于全球卫星导航系统(GNSS)跟踪站和Jason测高卫星获得的电离层总电子含量(TEC),系统评估了国内外5家国际GNSS服务(IGS)电离层分析中心以及全球连续监测评估系统(iGMAS)综合中心的预报、快速和最终全球电离层格网产品(GIM)在中国区域的精度和标准单点定位应用性能.结果表明:不同类型GIM产品在中国区域的精度由高到低分别是最终、快速和预报GIM产品;在太阳活动水平较低时,不同GIM产品精度大致相当;在太阳活动水平较高时,西班牙加泰罗尼亚理工大学(UPC)和iGMAS的快速和最终GIM产品精度优于其他机构同类型产品.