基于便携式GNSS接收机的“国土调查云”外置定位增强设备选型研究

为满足“国土调查云”对高精度地面数据持续采集和外业调查的工作要求,本文基于便携式GNSS接收机,开展移动终端的外置定位增强设备选型研究。首先,本文提出了在线绘制点线面数据、站立搜索、红线侵占分析、举证照片高精度位置标签、空间属性验核等五个“国土调查云”的高精度定位场景。其次,深入分析了便携式GNSS接收机各个关键组成部件及其功能特点,给出各部件的选型建议。随后,初选符合应用条件的北斗探针单频版、北斗探针双频版、LiteRTK全频版三款设备开展进一步定位性能测试。最终,综合分析推荐选用北斗探针双频版和LiteRTK全频版作为外置定位增强设备。北斗探针双频版在大多数场景下均能够稳定收敛至固定解,达到厘米级定位精度,全时段定位精度稳定在亚米级,适合手持作业场景使用。LiteRTK全频版定位性能媲美传统测地型GNSS接收机,在不同遮挡程度测试环境下均能实现瞬时厘米级定位精度,适合精确打点作业场景和复杂环境下手持作业场景使用。本文的研究成果将有助于推动北斗高精度位置服务在“国土调查云”中的创新应用,促进高精度外业数据采集和智能调查的体系的发展。

利用接收机载噪比测量值的GNSS干扰源定位技术

由于GNSS信号在抵达地面时信号强度较低,极易遭受无意或蓄意的人为干扰,严重时甚至会导致导航和定位服务不可用,因此,定位和消除干扰源显得尤为重要.面向常见的压制式干扰,针对目前的定位方法主要是对原始采样信号进行处理,实现起来往往具有设备复杂、计算量大、成本高的问题.本文提出了一种利用普通商用接收机的载噪比(carrier-to-noise ratio,C/N0)测量值进行GNSS干扰源定位的方法,通过C/N0测量值估计干扰信号强度差,进而解算出干扰源位置.实测结果表明:视距条件下,在约11400 m2的监测区域中,该方法能够达到13.17 m的平均绝对定位误差,且耗时较少,可实现干扰源的有效定位.所提方法无需对接收机进行软硬件的改动,实现简单,成本低,利于工程应用.

基于ROTI和AATR的测地型GNSS接收机监测北半球高纬度区域电离层闪烁准确性分析

当前,第25个太阳周期已进入强活跃时期,能引发大量电离层不规则体,进而对使得穿行其中的GNSS信号产生电离层闪烁。这已成为影响GNSS全球稳定导航定位服务的重要干扰源。对全球电离层闪烁进行广泛且全面的监测是消除闪烁对GNSS干扰的重要前提,然而传统电离层闪烁监测接收机(ISMR)分布有限,无法满足闪烁全球监测需求;测地型接收机分布广泛,但从其低采样数据中提取的闪烁因子缺乏新太阳周期长时序监测数据验证,导致其闪烁监测可靠性存疑。为此,本文基于近3 a新太阳周期测地型接收机数据,以ISMR提供的闪烁因子为参考,从代表性空间天气事件闪烁响应、日闪烁发生率、闪烁持续时间概率分布、闪烁日发生规律及其随极昼、极夜、地磁指数的特征变化等方面,对比研究了两种测地型接收机电离层闪烁因子(即电离层总电子含量变化率指数ROTI和沿弧段电子含量变化率指数AATR)监测北极高纬度区域电离层闪烁的准确性,并给出了ROTI和AATR在高纬度区域判断闪烁发生的经验阈值。结果表明,ROTI和AATR均能较为准确探测到地磁扰动、太阳活动等因素驱动的区域电离层闪烁,并能有效表征电离层闪烁统计学上的日变化规律,但两种闪烁因子不能准确区分闪烁和电离层电子密度梯度变化,导致在电子密度梯度变化剧烈期间存在较高虚警。该研究成果可为准确选择区域电离层闪烁监测因子提供指导。

不同测地型GNSS接收机在峡谷区控制测量数据分析

某水库勘测设计阶段测图控制网采用四等GNSS三维控制网(精化高程),针对测区山大沟深,地形陡峻,属于典型的“V”型高山峡谷地形,可见卫星数量很少,且高度角大于30°,控制网测量时分别采用8套华测i90接收机和8套华测P5(配套HXCCGX601A扼流圈天线)接收机,对两种接收机的观测数据、基线精度、同步环闭合差、平差精度等方面进行对比分析,数据比较结果表明,带有扼流圈天线的分体型GNSS接收机在高山峡谷条件下观测效果强于标称精度相同的一体化GNSS接收机,建议在类似不利观测条件下应尽量选择带扼流圈天线的分体型GNSS接收机。

GNSS接收机原始数据批量转换为RINEX文件方法研究

在铁路线路工程平面控制网卫星定位测量中,需要将大量GNSS接收机原始观测数据转换为与接收机无关的RINEX格式文件,以天宝GNSS接收机观测数据为研究对象,采用C#语言对该公司提供的GNSS接收机原始观测数据解码程序Convert To RINEX进行二次开发,分析该程序的批处理文件语法规则,然后基于批处理文件调用Convert To RINEX程序的方式,编制天宝GNSS观测数据批处理程序。工程实践表明,该批处理器软件能够方便快捷地将海量原始数据批量转换为RINEX格式文件,极大地节约卫星定位测量数据处理工程中数据预处理所需时间,显著提高了生产效率。

基于USRP的便携式接收机设计与实现

针对通信信号抵近接收的使用需求,进行了基于软件无线电外设(USRP)平台的便携式接收机研究。接收机以USRP作为射频前端,完成中频正交(IQ)数据的提取,在通用计算机上实现信号的检测、识别、解调。采用信号源注入和实际信号接收进行测试,结果表明该便携式接收机能够有效完成通信信号接收,对新信号检测时间小于1 s,在信噪比不小于15 dB条件下信号类型识别准确率达90%以上。

基于LBS+微波暗室的GNSS接收机检定方法的研究

随着市场对全球导航卫星系统(GNSS)接收机检定需求的增加及室外检定环境的影响,提高GNSS接收机的检定效率和降低工作成本成为现阶段面临的一个难题。为此,本文提出应用信号接收器+微波暗室组合的方式对GNSS接收机进行室内静态模拟检定。该组合方式通过基于位置服务(LBS)+微波暗室法对GNSS接收机的静态基线误差等进行试验,可确保GNSS接收机检定符合相关规程要求,且所获检测结果与传统室外检定法的测量结果基本一致,有效提高了检定效率,为GNSS接收机检定提供了新思路。

基于几何约束的GNSS接收机天线相位中心偏差测量方法研究

分析了GNSS接收机天线相位中心与几何中心间的关系,提出了一种基于几何约束的GNSS接收机天线相位中心偏差的测量方法。通过2台或多台天线组合测量,利用天线几何中心在东北天坐标系下的已知坐标,仅需2个观测时段即可解算所有天线的相位中心水平偏差和相对垂直偏差。使用扼流圈天线进行不同观测时段长的相位中心稳定性分析实验;在不同天线组合、不同天线位置条件下,对相位中心偏差进行测量实验。实验结果表明:高精度的GNSS接收机天线相位中心偏差测量的观测时段长为24 h,天线的相位中心水平偏差重复性≤0.13 mm,相对垂直偏差重复性为0.67 mm。

GNSS接收机晶振频率稳定度仿真分析

针对全球卫星导航系统(GNSS)提供的高精度定位、导航及授时(PNT)服务以精密测量的传输时间为基础,然而GNSS接收机中普遍采用的频率源为稳定度较差的晶振的问题,提出一种对GNSS接收机晶振频率稳定度进行分析和建模的方法:根据GNSS接收机晶振频率稳定度受随机频率误差及老化率的影响的原理,给出晶振随机频率误差及老化率的数学模型;并根据不同随机频率误差成分仿真相应的各项晶振随机频率误差序列;同时基于LAG1自相关法辨识不同时期主导的随机频率误差类型,定性分析其对晶振频率稳定度的影响。实验结果表明,提出的方法可为GNSS接收机晶振设计及频率稳定度能评估提供参考。

星载GNSS接收机抗单粒子及干扰方法

针对星载GNSS接收机易受单粒子影响和地面干扰的问题,研究星载GNSS接收机抗单粒子及干扰方法。根据星载GNSS接收机在轨测试数据,分析星载GNSS接收机异常原因、机理,提出星载GNSS抗单粒子及地面干扰方法,可规避或检测GNSS异常并自动处置恢复。该方法已应用于某型号星载GNSS接收机,经过分析,结果表明:该方法可有效保障GNSS接收机正常工作,不影响卫星载荷任务,取得了良好的使用效果。

测地型GNSS接收机倾斜测量原理与应用实验

测地型GNSS接收机对中杆倾斜会导致观测坐标与实际不一致,其中以平面偏差影响最为明显。对MEMS姿态测量系统测角误差引起的观测误差进行分析论证,采用带有MEMS姿态测量系统的GNSS接收机在不同倾角状态下进行定位实验。实验表明,一定条件下,MEMS姿态测量系统可有效抑制对中杆倾斜引起的测量误差,为改进倾斜测量GNSS接收机提供了参考。

面向高精度GNSS接收机的惯性传感器误差校准系统

针对惯性传感器误差对RTK倾斜测量定位精度的影响问题,设计并实现了一套基于Android平台的GNSS接收机惯性传感器误差校准系统。系统利用蓝牙技术建立与GNSS接收机的通信连接并实现数据的采集与解算,设计基于解析传感器数据的误差改正算法,实现了基于Android平台的误差修正参数的生成与回传,保证了用户在利用惯性传感器辅助接收机工程测量的精度需求。在实际应用中,本系统明显提高了惯导GNSS接收机应用的定位精度,提升了工程测量作业效率,对于惯性传感器在测地型接收机上的应用具有一定的现实意义。

GNSS接收机校准工具软件设计与实现

随着全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)接收机在工程建设中的广泛使用,GNSS接收机校准工作尤显重要。本文分析了传统校准工作的主要计量指标,针对现存工作模式存在的不足,利用C++编程语言开发了GNSS接收机校准工具软件,实现了GNSS接收机校准的数据处理信息化。结果表明,该软件使得校准流程规范化、程序化,并极大地提高了生产效率。

一种差分GNSS接收机的数据压缩传输及还原方法

兼具高精度和采样率等特性的差分GNSS接收机具有出色的性能,被广泛应用于动态高精度实时定位场景,但在数据存储和传输环节中,存在GNSS卫星观测数据量显著增加及无线传输速度限制导致的数据包丢失的问题。因此,本文设计了一种动态可变字节的数据实时压缩及还原算法,有效解决了数据传输过程丢包的问题。

测地型GNSS接收机检校数据采集参数设置探讨

随着科学技术的发展,GNSS接收机产品的测量性能得到了很大提升,但是GNSS接收机现行的检校规程、规范相对滞后,对应的高度截止角、采样间隔、观测时段等检校数据采集参数设置方法也未得到更新,影响了GNSS接收机检校的作业效率。本文对GNSS接收机检校数据采集中采用不同参数引起的检校精度变化进行分析,优化组合应用这些参数。通过试验表明,检校数据采集前高度截止角预设值应控制在15°~30°,采样间隔预设值应控制在1~5 s,观测时段预设值应控制在30~60 min。最后,以提高作业效率为目的,提出4种参数预设值组合方案,通过与现行规定参数预设值进行对比分析,推荐使用“高度截止角为15°、采样间隔为5 s、观测时段为45 min”的检校参数预设值组合,为相关规程、规范的修订提供参考。

GNSS接收机的一种快速捕获方法研究

动态环境中GNSS接收机与GNSS卫星之间的高速径向相对运动导致GNSS信号产生多普勒频移,为适应信号多普勒频移的大范围变化尽快进入跟踪环节,接收机需快速捕获到载波多普勒频移和伪码相位并及时更新环路参数。针对传统捕获方法搜索时间长、捕获困难的问题,基于信号时频域特性提出一种适用大范围多普勒频移、同时实现载波多普勒频率和码相位的快速捕获方法并进一步通过频域相角确定载波精确多普勒频率。仿真结果表明该方法捕获时间为传统捕获的8‰,载波域捕获法的36%,频率分辨率为10 Hz。该方法运算量小、捕获时间短,在保持高检测概率情况下使捕获结果满足后续跟踪环路要求。

一种基于改进的Rake模型的GNSS接收机抗多径新技术

传统的GNSS接收机只跟踪一路信号,它是直达和多径成分的合成信号,利用该信号进行定位运算必然会产生多径误差.本文提出了一种用于GNSS接收机的抗多径新技术,它基于改进的Rake模型,将合成信号中的直达和多径成分分离,并对它们分别保持跟踪,在跟踪直达信号的指峰(Finger)中,将其他指峰所跟踪的多径成分从合成信号中减去,从而减小多径误差.文章介绍了改进的Rake模型的原理,通过仿真验证了该模型的功能,将其在基于FP-GA的GPS接收机中实现.测试结果表明,存在多径信号的情况下,使用该技术能够提高接收机的定位精度.

几种GNSS接收机跟踪环路配置的对比分析

在分析传统跟踪环路、载波平滑伪距技术、卡尔曼跟踪环路基础上,比较研究了基带信号处理滤波算法,从GNSS终端系统层次设计了四种基带处理的配置方案,通过理论分析及跑车实验进行了不同配置方案的对比。结果表明,相较于其他跟踪环路滤波算法,卡尔曼跟踪环路充分利用了各个参数的内在物理关系,由系统误差和观测误差可得到全局优化的参数跟踪估测,经定位、定速精度对比分析,卡尔曼跟踪环路等效码相位跟踪精度较传统方案提高近70%,多普勒频率精度提高近80%,为后续的导航解算、高精度载波相位差分算法等提供了稳定可靠的信息源。

GNSS接收机中采样率对时间鉴别力的影响

探讨了GNSS系统中,伪码跟踪环的时间鉴别力与采样率之间的定量关系,提出了时间鉴别力的性能评估准则及其计算方法。然后以GPSL5信号为例,重点考察多普勒效应对采样系统时间鉴别力的影响。实验表明,一般来说,随着采样率的增加,采样系统的时间鉴别力也会随之提高。但是当采样率接近或者恰好等于码片速率的整数倍时,采样系统的时间鉴别力会陡然下降。虽然多普勒效应能够显著改善等量采样系统的时间鉴别力,但是与设计良好的非等量采样率相比,其改善程度十分有限。本文提出的算法可以应用于GNSS数字接收机设计工作,以选择"较优"的采样率,即以较低的硬件成本实现较高的时间鉴别力。

GNSS接收机伪距测量中的多径效应试验分析

多径效应是影响GNSS接收机观测数据质量的主要因素之一,会导致GNSS接收机测量精度降低。为研究和掌握GNSS接收机伪距测量中的多径效应特性,通过试验分析GNSS接收机采用扼流圈天线和大口径抛物面天线条件下的多径效应,城区和郊区环境条件下的多径效应,以及GNSS接收机不同跟踪环路参数条件下的多径效应。试验分析结果表明:多径效应对GNSS接收机观测数据的影响与信号特性、卫星种类、接收机通道设计及天线安装环境等各种因素相关。GNSS接收机采取三方面措施抑制多径误差,抗多径天线、基带信号处理以及数据后处理,但消除多径误差最有效的措施是先进的信号体制设计和良好的天线安装场站选择。