顾及BDS-3星钟约束的GNSS超快速轨道钟差解算方法

BDS-3高稳定星载原子钟作为北斗星座的显著技术优势,在GNSS数据处理中尚未得到充分利用。针对严格时效性限制下GNSS超快速轨道钟差参数精度受限问题,本文提出顾及BDS-3星钟约束的GNSS超快速轨道钟差解算方法。首先,以GNSS轨道钟差参数间相关性为基础,构建顾及BDS-3星钟参数特性的GNSS定轨模型;然后,基于GNSS精密钟差产品,分析星钟约束对GNSS轨道钟差参数精度的影响规律;最后,为克服预报钟差精度与约束筛选对定轨影响,建立BDS-3星钟建模与GNSS超快速轨道钟差估计的同步处理方法。试验结果表明,在BDS-3星钟参数最优约束下,BDS-3与GPS轨道钟差精度可分别提升27.5%、5.1%和20.2%、5.2%;且较传统BDS-3星钟单历元处理策略,基于BDS-3星钟建模与GNSS超快速定轨同步处理方法,GNSS超快速轨道钟差精度可分别提升至4.8%与34.2%,轨道精度实现了毫米级改善。因此,顾及BDS-3星钟约束的GNSS超快速轨道钟差解算方法可有效对BDS-3高稳星钟信息模型化,并实现GNSS超快速轨道钟差精度的优化处理。

融合GF-2与开放地图数据的城市绿地精细化分类研究

城市绿地是城市生态效益的重要载体,高精度的绿地目标检测与属性分类为优化城市生态空间结构、维护城市生态平衡以及建设“碳中和”城市提供基础数据支撑。通过改进经典U-Net算法,进行GF-2多光谱遥感影像图像分类;同时,基于景观生态学理论,采用POI和OSM为代表的开放地图数据,对绿地斑块进行多维度精细化分类;进一步选择深圳市福田区与罗湖区交界处的矩形区域为样本进行验证。结果表明:所提出的ASPP+SFAM融合U-Net网络模型与U-Net和U-Net3+模型相比,所识别的城市绿地边界和真实城市绿地边界更吻合。所提出的模型的总体分类精度为90.87%,比U-Net和U-Net3+模型分别提高了11.13%和7.39%。同时,针对遥感影像纹理特征无法直接进行小区域城市绿地社会属性分类的问题,利用POI数据包含的属性信息、城市绿地与OSM道路网的拓扑关系以及景观形态指数,最终实现功能分类、类型特征、服务范围和形态特征4个维度的城市绿地的精细化分类。

混合构型低轨卫星增强GPS精密单点定位性能分析

低轨卫星具有信号强度高、运动速度快的特点,引入低轨卫星可改善矿区、城市、峡谷等复杂环境下GNSS接收机观测数据质量差、定位精度较低的问题。采用混合构型低轨星座进行定位增强,利用仿真低轨卫星数据对不同数量、不同构型的低轨卫星在不同截止高度角情况下增强GPS PPP性能进行分析。结果表明:(1)GPS联合LEO定位可以显著增加可见卫星数,降低PDOP值。(2)在截止高度角为30°时,低轨卫星可显著提高GPS定位性能,改善定位精度并减少收敛时间。其中,主子星座(96+9)联合GPS定位与同卫星数低轨卫星相比,在提升子星座覆盖区域测站(HKSL)N、U方向定位精度及减少收敛时间方面效果更好。

顾及载体航向约束的单站BDS-3相位测速模型

速度是载体运动状态的重要表征,高精度定速能力是BDS-3系统高性能服务的重要体现。针对传统单站历元间相位差分模型易受误差积累与观测环境影响等问题,本文提出了顾及载体航向约束的单站BDS-3相位测速模型。首先,在传统BDS-3历元间相位差分方程矢量分解的基础上,构建载体位移增量微分表达式,联合非差模型与微分方程综合估计载体速度;其次,利用载体水平面内位移矢量与航向角之间的相关性,建立顾及航向角约束的N与E方向位移参数约束条件;最后,综合3组独立的函数方程进行载体速度分量逐历元解算。通过静态与动态试验表明,静态条件下,BDS-3相位不同方向均可实现mm/s的测速精度,相较于传统历元间差分模型,E与N方向分别提升了62.9%和87.5%,且有效避免了水平方向测速误差的积累效应,但U方向由于缺少约束导致精度提升不显著。动态条件下,BDS-3相位测速在直线运动状态水平面内可获得mm/s级的测速精度,且E与N方向较传统历元间差分模型分别提升了35.2%和21.8%,而转向状态E、N、U方向测速精度分别为2.81、2.03和1.91 cm/s,较传统模型分别提升了41.2%、45.9%和56.2%。因此,本文提出的顾及航向约束的单站相位测速模型可有效地提升BDS-3系统测速性能。

城市建筑室内外无缝应急救援定位技术

应急救援定位技术的发展关系到救援人员和受害人员的生命安全。首先,对应急定位与普适定位进行了对比,总结了应急定位的主要特征,阐述了应急定位系统的精度、连续性等技术指标。之后,分析了不同传感器在应急场景下的可用性,对相应传感器在应急定位领域中的融合和应用进行了综述。最后,围绕坐标基准、知识图谱、多源协同、智能控制四项关键技术架构室内外无缝应急救援定位系统,总结了构建流程。其中,坐标基准将室内和室外、相对定位和绝对定位统一,而知识图谱综合权威发布信息和灾害场景信息进行决策,不仅可以辅助多源融合中传感器的选择、传感器无缝切换以及故障传感器隔离,还能协调智能控制中救援设备的调度、救援设备之间和救援设备与人员之间的协同定位。

基于多路径修正的BDS-3差分码偏差估计

首先基于多路径延迟对BDS-3伪距观测数据进行逐历元修正,然后利用连续1个月已修正好的观测数据对BDS-3新频点11类差分码偏差(differential code bias,DCB)作估计与分析,最后比较估计的DCB产品和CAS提供的DCB产品对PPP的影响。结果表明:1)BDS-3多路径延迟中几乎不存在和高度角相关的多路径偏差,多路径延迟为0~1 ns;2)估计的DCB与CAS的DCB偏差为0.1 ns,3类DCB闭合差在0.2 ns以内,估计值的STD值与CAS的相当,比DLR的更稳定;3)估计的DCB与CAS的DCB在不同测站的PPP精度大致相当。

基于卡尔曼滤波平滑多普勒值的单频周跳探测方法

针对高轨卫星搭载的GNSS单频接收机观测值精度低导致多普勒法难以准确探测周跳的问题,提出了基于卡尔曼滤波平滑多普勒值的单频周跳探测方法。首先使用卡尔曼滤波平滑多普勒观测值,以降低观测噪声的影响,然后联合使用平滑后的多普勒值和载波相位观测值按照传统多普勒法计算周跳探测量,并对其进行历元间差分,从而降低系统误差,提高周跳检出率。实验使用探月三期再入返回试验任务中月地转移段返回舱接收到的GNSS观测数据,结果证明提出的方法相比传统的多普勒法可以在低信噪比的环境下更准确地进行周跳探测,可为后续高轨卫星的GNSS搭载试验提供技术支撑。

GNSS在地月空间航天器自主导航中的可用性

基于典型的地月转移轨道和环月轨道,从可见星数、位置精度因子(position dilution of precision,PDOP)和信号的动态特性3个方面系统地仿真分析GNSS在地月空间的可用性。结果表明,地月转移轨道和环月轨道上的接收机载噪比门限设计为12 dB-Hz较为合适。在此基础上,提出地月空间航天器在利用GNSS信号方面面临的技术难题。

基于DCB和OSB产品的GNSS精密单点定位性能对比与分析

随着全球卫星导航系统(GNSS)的不断建设,精密单点定位(PPP)可用频率和通道逐步多元化.文中在原始观测方程的基础上,分别推导出适用于差分码偏差(DCB)产品和绝对偏差(OSB)产品的双频无电离层组合(IF)PPP模型,并利用50个MGEX(Multi-GNSS Experiment)测站的10 d连续观测数据对两种策略对比分析了各GNSS系统PPP模型的定位性能.结果表明:采用OSB产品的PPP模型在性能上与传统的DCB产品差异可以忽略不计,而且OSB产品在使用时更便利,更适合未来多频PPP的应用前景.

基于两步Kalman滤波的NLoS误差抑制算法

针对超宽带(ultra wide band,UWB)定位中影响定位精度的非视距(non line of sight,NLoS)传播误差问题,提出了一种基于Kalman滤波的NLoS误差二次消除方法.该方法利用NLoS误差与测量误差之间的相互独立性,借助Kalman滤波将NLoS误差从总误差中单独分离出来,对其进行实时估计,并将该NLoS误差估计值作为NLoS误差辨别及测距值修正的依据.通过Kalman滤波对到达时间(time of arrival,TOA)测距值进行二次估计、鉴别及修正以提高TOA测距精度,从而实现室内复杂环境下的UWB精准实时定位.仿真实验结果表明:该方法不仅能够对NLoS误差实现良好的跟踪估计,对视距(line of sight,LoS)/NLoS环境转变也具有较强的灵敏感知能力,同时NLoS误差测距值在应用该方法后的定位性能逼近于LoS环境下的理想状态.

自适应换站算法及其在长距离机载GPS动态相对定位中的应用

提出采用"自适应换站"法来解决单基线处理模式难以满足长距离动态定位的问题。该方法的主要思想是:整个解算过程始终保持单基线的动态定位模式,当发现流动站与原参考站间的距离大于流动站与其他参考站间的距离时,自动更换周围最近的参考站作为新参考站;对换站前后的数据设置一定时间的重叠段,利用等价消参法将换站前后的数据进行严格的自适应融合,以保持整个解算过程的连续性。通过对实测机载数据的解算,证明该方法不仅可以克服因载体飞行距离过远而导致的定位精度下降,而且能够避免因换站所引起的前后解的不连续,计算结果表明该方法的定位精度约为2 cm。

《GPS原理与应用》课程教学与改革

卫星导航定位技术是目前发展较快、应用较广的热门技术,该技术的相关课程是测绘工程专业本科教学的主干课程。文章针对《GPS原理与应用》这一课程目前教学过程中存在的教学方法、实践教学和考核模式等方面存在的问题进行了分析,并提出了相对应的教学改革建议。

机载GNSS动态定位定速与定姿理论及算法研究

航空动态测量技术因不受地形条件和气候条件的限制，可在高寒地区、陡峭山区、原始森林等人员难以到达的地区进行空中测量，其高效的作业方式是常规的地面测量手段所无法比拟的。论文围绕航空动态测量中移动测量平台的运动状态监测问题展开研究，涉及机载GNSS动态定位中主要误差的处理、长距离机载GNSS动态定位、高精度GNSS定速与定姿方法等诸多关键技术问题，其主要研究内容和创新点如下：

CDIO理念下“卫星导航与定位技术”教学改革探讨

随着卫星导航与定位技术的迅猛发展及其应用范围的不断拓宽,卫星导航与定位技术已成为测绘工程及相关专业本科生的核心课程,有着较强的理论性和实践性。为提高学生的专业实践能力和发挥主观能动性,本文引入国际先进的CDIO教育理念,从教学内容的设置、教学手段的优化和考核方式的改进几个方面探讨教学改革,旨在促进学生将理论应用到实践,提高学生的专业实践能力和主观能动性,使其成为满足社会需求的专业技术人才。

长航时长距离机载GNSS动态定位中参考卫星与参考测站的自适应更换方法

相对定位技术是目前GNSS定位中精度最高、可靠性最好的一种定位模式。但在长航时、长距离的机载GNSS动态相对定位中,经常需要更换参考卫星和参考测站。如何合理有效的更换参考卫星和参考测站,是保证长航时长距离机载GNSS相对定位稳定性、连续性和可靠性的一项关键技术。对此本文提出了一种"自适应换星换站"法来解决这一问题。对于"换星"采用一个通用转换矩阵来实现换星前后双差模糊度的等价变换;对于"换站"利用等价消参法将换站前后的数据进行严格的自适应融合,以保持整个解算过程的连续性和稳定性。通过实测机载GNSS数据的解算,检验了该方法的可行性和有效性,其定位结果精度优于2cm。

基于GPS技术实时监测2009年7月22日日全食期间长三角区域电离层TEC变化

2009年7月22日上午发生的日全食是21世纪持续时间最长的日全食,其全食带覆盖了中国中部的长江流域,为研究日全食对电离层的影响提供了一次难得的机会.为此本文通过卡尔曼滤波算法实现了实时求解TEC和GPS系统硬件延迟,为实时监测日全食期间电离层变化提供了绝对的电离层TEC.采用上海和浙江区域内GPS网的观测数据,建立了实时区域电离层延迟模型,进而计算出了实时的VTEC和TEC变化率.同时考虑太阳和地磁活动参数,综合上述方法详细分析和讨论了长三角区域在此次日全食期间的TEC变化的电离层异常现象.

GPS、GLONASS、GALILEO三大系统间时间系统以及坐标系统的转换

在当今的三大定位导航系统中,它们各自用着自己的时间标准和坐标框架,这使得我们在进行多样数据处理与数据融合时很不方便。这就需要我们对此三个系统的时间系统以及坐标系统进行有效的转换,本文就是基于这样的需求,详细介绍并分析了此三大系统中各自的时间系统与坐标系统,通过对多方资料的综合、推证与计算,综合得出GPS、GLONASS以及GALILEO三大系统间的时间转换方法及坐标转换模型与公式。而且,这些转换公式与方法所得出的结果是完全能满足绝大多数用户的精度需求的。

北斗三号试验卫星的钟差评估及预报

目前,在轨的5颗新一代北斗卫星(北斗三号)可同时向用户播发北斗二号信号与新的卫星信号,而且北斗三号搭载了高精度的铷钟或被动氢钟.因北斗三号的星钟作为卫星导航、定位和授时服务的主要载荷组成部分,为分析北斗三号卫星钟的时频性能,采用北斗数据处理与分析中心估计的卫星钟差产品评估北斗三号卫星钟的频率稳定度、漂移率和准确度.同时,考虑到北斗三号卫星钟精度较差且存在频繁的相位跳变以及数据中断等问题,筛选出了一种最优的钟差预报模型,即对频率数据进行建模并采用抗差估计的方法进行参数估计.实验结果显示北斗三号钟差预报精度相对传统预报模型提升1.6%–61.9%.

双基线姿态确定三种算法的比较分析

利用仿真数据,通过对三种算法在不同情况下解算姿态角精度、代价函数和计算耗时的分析发现,优化TRIAD算法和QUEST算法解算结果完全相同,代价函数随着两基线精度比的降低而减小,姿态角精度与代价函数变化规律不一致,TRIAD算法耗时最少。

北斗三频组合在数据预处理中的应用

在介绍多频伪距/载相组合法进行数据预处理的原理基础上,结合北斗三频载波相位组合的特性,给出组合观测量的选取标准,分析三频组合相比双频组合的优势,并选取3组组合作为探测周跳和粗差的检验量。通过数据实例分析,该组合能探测出任何情况下大于1周的周跳和大于0.2周的粗差。