GNSS垂向坐标时间序列周年项振幅的时变特征及成因分析

GNSS坐标时间序列中季节性信号的振幅表现出明显的时变特性.本文从全球范围内选取了468个GNSS测站的垂向坐标时间序列数据,对周年项振幅的时变特征和原因进行了深入探究.首先坐标时间序列数据在经过带通滤波后,进行分段最小二乘拟合,得到随时间变化的周年项振幅,并在此基础上,分析了振幅变化的量级大小和特点,发现全球测站周年振幅变化的平均幅度在1 mm左右,并且振幅的波动性具有明显的时空分布特征,忽略这种时变特性最大会造成2~3 mm的周年项残留.然后从环境负载和热膨胀效应入手分析了周年项振幅变化的原因及其对周年项振幅变化的贡献,发现环境负载和热膨胀位移与GNSS垂向坐标之间周年振幅变化的平均一致性在60%左右,而且经过两者改正分别有68%和76%的测站周年项振幅波动幅度出现了下降,由此提出环境负载和热膨胀效应是周年项振幅变化的重要原因.同时经过分析发现GNSS数据处理模型和策略也会引起周年项振幅的变化.

北斗三号PPP-B2b服务实时动态定位性能分析

为了进一步提高精密单点定位的精度,对北斗三号全球卫星导航系统(BDS-3)提供的实时精密单点定位增强(PPP-B2b)服务进行实时动态定位性能分析:介绍基于PPP-B2b服务的实时动态精密单点定位模型和数据处理流程;然后在城市环境下进行基于BDS-3PPP-B2b服务的实时动态精密单点定位性能的车载实验,对不同频点组合B1C+B2a、B1I+B3I模式下的动态定位性能进行评估和分析。实验结果表明,实时动态PPP的城市开阔环境试验中利用B2b服务的电文改正信息后B1C+B2a、B1I+B3I频点组合模式下东向、北向和天向上定位精度分别为11.6、18.8、28.6 cm,以及13.3、19.4、32.5 cm,B1C+B2a组合方式在定位精度和收敛速度方面略优于B1I+B3I;复杂城市环境下GNSS信号发生中断后,信号恢复后PPP-B2b重新收敛的定位精度能够达到40.6、33.2、60.1cm;可知,BDS-3PPP-B2b产品精度较高,且城市环境下基于该服务的实时动态精密单点定位能够实现分米级定位,可用于正常生产生活中。

BDS-3 PPP/INS紧组合周跳探测及修复方法

针对载波相位观测值在实际测量中存在整周数跳变的问题,提出一种BDS-3PPP/INS紧组合周跳探测及修复方法:在北斗三号卫星导航系统(BDS-3)精密单点定位(PPP)/惯性导航系统(INS)紧组合模型基础上,构建星间历元差分宽巷检测量及星间差分电离层残差检测量,以实现INS辅助BDS-3周跳探测与修复;分析可知,星间历元差分宽巷检测量利用INS短时间高精度特性,求得卫星—接收机几何距离,但无法探测等周周跳,而星间差分电离层残差检测量可消除几何距离误差,但无法探测特殊比例周跳,所以将2种方法联合实现优势互补,可以实现对所有周跳的探测以及探测后的瞬时修复。实验结果表明,所提方法在连续历元或一定中断时长内能够探测大、小、等比、特殊比例周跳,同时在中断10 s内可以实现周跳探测后的完全修复,20 s内实现部分修复。

基于复杂网络分析针灸治疗全膝关节置换术后的腧穴配伍规律

目的:基于复杂网络技术分析针灸治疗膝骨关节炎患者全膝关节置换术(TKA)术后的腧穴配伍规律,为临床提供参考。方法:通过检索中国知网、万方数据知识服务平台、维普资讯中文期刊服务平台、PubMed、Web of Science等数据库2012—2022年针灸治疗TKA术后的临床文献,根据纳入、排除标准筛选相关文献,建立数据库。运用EXCEL 2019、IBM SPSS Modeler 18.0和Gephi 0.9.2软件对腧穴进行频数分析、关联规则分析和复杂网络分析。结果:最终纳入82篇文献,提取82条针灸处方,涉及60个腧穴,使用总频数453,其中足三里运用频数最高,其次为血海、梁丘等。所使用经脉中以足阳明胃经、足太阴脾经为主。特定穴共计34个,以五输穴应用频数最高,其次为下合穴。关联规则显示支持度最高的是梁丘和足三里,梁丘和血海;复杂网络拓扑结构显示血海、足三里、阳陵泉、梁丘等16个腧穴为针灸治疗TKA术后的核心腧穴。结论:针灸治疗TKA术后所选核心腧穴主要分布于膝周,在腧穴配伍方面多选用近部配穴方式。

BDS-3 PPP/INS紧组合定位性能分析

随着我国北斗三号全球卫星导航系统(BDS-3)的全面建成,基于BDS-3的高精度定位定姿应用需求日益迫切.推导了无电离层组合模式BDS-3精密单点定位(PPP)模型及地心地固坐标系下的惯性导航系统(INS)误差方程,构建了BDS-3 PPP/INS紧组合定位滤波模型,分别针对BDS-3 PPP、BDS-3 PPP/INS松组合、BDS-3 PPP/INS紧组合三种模式进行了定位性能评估.实验结果表明:BDS-3 PPP/INS松组合与BDS-3 PPP位置精度基本一致;BDS-3 PPP/INS紧组合在东(E)、北(N)、天顶(U)方向位置精度为分别7.9 cm、9.3 cm、9.4 cm,较BDS-3 PPP/INS松组合位置精度分别提升了38.3%、33.1%、35.6%,速度精度分别提升了27.3%、45.8%、12%,姿态精度相当.

北斗/INS紧组合的惯性辅助三频周跳探测和修复

传统的使用伪距和相位组合进行周跳探测的方法受限于伪距精度,在多路径效应严重和载体高动态下不可靠。针对该问题,构建北斗/INS紧组合模型,利用惯性辅助北斗三频信号线性组合构造了周跳探测量,兼顾错探率和漏探率,确定探测阈值系数为2.576 8。基于卫星高度角采用正弦函数模型确定载波噪声,分析了载波噪声和卫地距误差对周跳探测和修复的影响。在此基础上选择组合量(0,-1,1),(1,3,-4),(-3,4,0)联合进行周跳探测和修复。使用车载组合导航实测数据验证周跳探测模型的效果。实验结果表明,对于模拟的密集小周跳,所有卫星错探率低于1.75%,漏探率低于0.11%,除低高度角卫星C05,所有卫星修复错误率低于0.35%。对于北斗信号中断的场景,在75 s部分中断内或18 s完全中断内都能够正确修复所有卫星的所有类型周跳。

顾及TDB参数改正的BDS-2/BDS-3 PPP性能分析

北斗三号(BDS-3)虽然建成,但是能够提供精密星历的BDS-3卫星仍然偏少,且接收机等固件支持BDS-3信号需要有一个升级的过程,因此,联合应用北斗二号(BDS-2)和BDS-3对于提升导航定位性能仍具有现实意义。BDS-3和BDS-2之间存在时间延迟偏差(TDB),但在精密单点定位研究中仍未考虑TDB的影响,是否需要估计和改正仍需研究验证。为此,本文对比了改正TDB参数前后的PPP位置精度和收敛速度,选取6个MGEX站的24 h观测数据进行分析验证,实验结果表明估计并改正TDB参数影响后,静态位置误差由4.21 cm减小到3.87 cm,收敛时间由49.4 min变为55.3 min,动态位置误差东北天方向的误差由0.39、0.42和0.70 cm减小为0.41、0.33和0.17 cm,天向精度提升明显。BDS内部存在TDB影响,TDB参数与接收机类型有关,同一类型接收机TDB参数数值大小相近,且表现出近似的演化规律。本文研究结果为提高BDS-2和BDS-3联合精密单点定位精度提供了有益的参考。

三频差分GNSS/INS紧组合模型

北斗卫星导航系统已经提供三频信号的位置服务。针对目前尚无关于北斗三频信号的GNSS/INS紧组合研究的现状,将三频模糊度解算算法与紧组合结合,构建了三频差分GNSS/INS紧组合模型。给出了新模型的观测方程和模糊度解算方法,分析了新模型的优点。进行了车载组合导航实验对比新模型与经典模型,结果表明:新模型的解算时间消耗远少于经典模型,在9颗可视卫星时,新模型的总解算时间仅为经典模型的55.53%;卫星数的增加对新模型解算时间的影响不显著;新模型能够获得和经典模型相当的精度,位置差别均方根在毫米级,速度差别均方根在厘米级,姿态差别均方根在0.01°级别。新模型利用了三频模糊度解算速度快的优点,又有效地削弱了其不稳定性对定位结果的影响,为基于三频信号的GNSS/INS紧组合做了前沿性研究。

新时代北斗精神融入专业课思政教学的探索与实践

本文深入解读了新时代北斗精神的内涵,介绍了卫星定位理论与方法课程的基本情况,探讨了如何将新时代北斗精神“自主创新、开放融合、万众一心、追求卓越”4个方面的内容,无痕地融入专业课程的课堂教学及思政建设中,并在笔者2021年秋季学期担任的专业班授课过程中进行了实践与探索,达到了思政教育的目的。

地球参考框架的发展现状和未来展望

地球参考框架是国家重要的空间基础设施,是地球上人类所有活动的空间参考基准。本文首先阐述了国际地球参考框架(International Terrestrial Reference Frame,ITRF)的发展现状,重点评述了ITRF的建立与维持,针对ITRF的发展现状提出了存在的问题;其次,以ITRF与2000国家大地坐标系(China Geodetic Coordinate System 2000,CGCS2000)的关系及现状为切入点,探讨了我国建立北斗坐标系的必要性,介绍了建立北斗坐标系的基本思路以及初始实现;最后,对地球参考框架的未来发展进行了展望。

GNSS欺骗干扰效能评估指标与方法研究综述

随着电磁环境的日益复杂,卫星导航的安全应用面临严峻挑战。作为导航对抗的核心技术之一,全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)欺骗干扰技术逐渐成为国内外研究的热点方向。基于此,以欺骗干扰技术为依托的GNSS欺骗干扰设备正从验证阶段迈入应用阶段,对其效能的有效评估并选取性能优的设备不仅能够增强现代化导航对抗实力,还将促进目标任务的成功。作为开展效能评估研究的理论基础,首先介绍GNSS欺骗干扰效能评估指标与评估方法的应用背景与研究进展,随后总结国内外学者围绕GNSS欺骗干扰效能评估指标与方法的研究现状,最后阐述当前针对该领域研究存在的不足和未来的发展趋势。

联合风云3C数据的北斗GEO卫星PCO估计与分析

文章利用MGEX观测站和风云-3C低轨卫星星载观测数据,对GE0卫星天线相位中心偏差进行了解算,在不同定轨策略下进行卫星轨道精度比较。此方法可以改善北斗卫星轨道精度,尤其是GE0卫星和三类卫星的径向、切向方向轨道精度,验证了GEO卫星天线相位中心偏差解算结果的有效性,表明借助低轨卫星星载观测数据可以进行GEO卫星天线相位中心偏差解算。

联合GPS和风云-3C卫星观测数据下的ERP参数估计

利用全球分布的地面监测站和风云-3C(Fengyun-3C,FY-3C)低轨卫星星载GPS观测数据,联合解算地球自转参数(ERP)。参考IGS发布的ERP时间序列值,利用FY-3C卫星数据联合求解,极移X方向解算精度有一定程度的提高,日长变化精度具有明显的改善,但极移Y方向的解算精度有一定程度的降低。在仅采用地面监测站的情况下,极移X方向残差均值为0.24mas,极移Y方向残差均值为0.21mas,UTl-TAI残差均值为4.85ms;加入FY-3C卫星后解算,极移X方向残差均值为0.21mas,极移Y方向残差均值为0.32mas,UTl-TAI残差均值为1.17ms。

全球GPS测站垂向周年变化统计改正模型的建立

对GPS测站坐标进行非线性变化的研究和建模,是削弱测站非线性运动的有效途径。由于导致测站坐标非线性变化的机制具有多样性和复杂性,目前还未能建立一个包含多种机制影响的理论改正模型来削弱测站的非线性运动。本文基于全球近500个实测的GPS测站垂向坐标残差时间序列,研究发现了测站垂向坐标周年项的全球分布规律,并分别针对南北半球构建了两个基于实测数据的周年变化统计改正模型。试验表明,本文提出的统计改正模型能削弱全球大部分GPS测站30%~50%的垂向坐标残差。

BDS/Galileo对多系统精密单点定位贡献分析

使用10个MGEX测站的数据对4种解算模式GPS、GPS/BDS、GPS/Galileo及GPS/BDS/Galileo在定位可用性、定位精度和定位稳定性及收敛时间3个方面的PPP性能进行了对比分析。实验结果表明:GPS/BDS和GPS/Galileo双系统组合PPP在各方面的性能相当。相比GPS单系统PPP,双系统PPP能增加可用卫星数,改善卫星空间几何构型,定位精度提升20%～35%,定位稳定性提高25%～40%,收敛时间缩短35%～45%。BDS在较高截止高度角下的可用性、天向定位精度、水平方向定位稳定性、天向收敛速度方面的贡献略优于Galileo。GPS/BDS/Galileo三系统组合的PPP性能进一步提升。

小波和傅里叶变换在坐标时间序列分析中的应用

正确提取坐标时间序列中的特征信息是非线性变化分析的前提.根据傅里叶变换和小波变换各自的特点,提出将两种方法结合起来对时间序列在时域和频域上进行分析的算法.首先采用小波函数db4对坐标时间序列分解5层得到高频和低频部分,进而分析各次谐波的时域波形以及可能存在的突变信息和区间,再在快速傅里叶变换的基础上求得各次谐波的准确频率和幅值.研究结果表明,低频分析可以直观地得到“周年项”和“两年周期项”,而高频分析能够较准确提取“半周年项”、“一季项”等短周期.与单独采用傅里叶变换或小波变换相比,基于小波变换与傅里叶变换相结合的方法能够有效地提取坐标时间序列中的特征信息,具有较高的研究价值.

三频BDS/INS紧组合的抗差自适应Kalman滤波

构建了适合北斗三频信号的北斗/惯性紧组合模型。针对三频模糊度解算算法的错误整数解可能对滤波结果造成“污染”这一问题,应用了抗差自适应Kalman滤波算法,优化了所建的模型。车载组合导航实验结果表明:三频模糊度解算算法得到的模糊度正确率平均值为99.84%,直接用于紧组合模型将造成最高达0.7m的天向位置误差;抗差自适应Kalman滤波算法能消除错误模糊度整数解的影响,东、北、天三个方向的位置最大偏差值在厘米级。此外,载体姿态和速度频繁变化造成的状态预测误差也被自适应处理校正,组合导航的位置均方根误差为东向0.007m,北向0.014m,天向0.023m。研究表明,在三频信号条件下,所采用的抗差自适应Kalman滤波能够增强所构建的紧组合模型的可靠性。

中国区域内IGS站时间序列的非线性变化分析

以中国区域内8个IGS站时间序列为研究对象,对其非线性变化的规律进行分析.首先,对这些测站时间序列进行频谱分析提取周期项,结果表明周年频谱是绝大部分IGS站共有的非线性运动规律,只是振幅大小不同;其他周期项则不具有普遍性,并且在垂直方向上周期规律最明显.然后采用三角函数法对时间序列中的周期规律进行拟合,结果显示三角函数法能更加直观地体现出非线性变化的规律,有利于进一步分析非线性变化的性质与机制,对建立和维持高精度地球参考框具有重要的参考价值.

抗差EKF滤波在GNSS/INS组合导航中的应用

GNSS/INS组合导航中,姿态解算和比力转换精度是影响精度的关键因素,且GNSS观测数据存在粗差,易对组合导航系统产生影响,针对以上问题,本文设计了一种顾及姿态解算精度的组合导航抗差算法,利用罗德里格斯公式进行姿态更新和比力转换,通过引入抗差估计理论,利用观测值和预测值的差值构造抗差因子,重新设计观测量噪声矩阵。一组跑车实验验证,抗差估计可以减弱粗差对组合导航系统的影响,提高在干扰环境下的导航性能。

GNSS干扰感知与对抗决策方法研究

随着电磁环境的日益复杂,全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)的安全应用面临着严峻挑战,有必要对系统周围的电磁干扰进行感知。为了使得到的感知结果落到实处,实现最终抗干扰方的利益最大化,干扰感知完成后的对抗决策也是重中之重。基于此,为深入开展卫星导航干扰感知与对抗决策方法的研究提供了一定的理论指导,并引起相关部门的重视,在现有GNSS干扰与抗干扰理论的基础上,简要介绍了GNSS干扰感知与对抗决策方法的应用背景、理论方法与研究进展,并进一步分析总结了二者的国内外研究现状,阐述了当前针对该领域研究存在的不足及未来的发展趋势。