高精度卫星导航系统在工程测绘中的实时定位与测量技术研究

由于工程测绘要求的精度快速提升,实时定位和测量已成为工程测绘领域关注的焦点。本研究针对高精度卫星导航系统在工程测绘中的实时定位与测量技术展开深入研究,主要围绕高精度导航系统的建立、定位与测量效果验证和优化等方面进行。首先,利用多星座合成导航系统建立高精度卫星导航定位模型,实现了高精度的实时定位算法。其次,通过密集地面接收站网络,利用实时改正信息,实现了测量误差的实时获取和矫正,有效提高了测量精度。据测量结果分析,相比于传统测绘设备,高精度卫星导航设备在工程测绘中的实时定位与测量精度显著优于传统设备,实时定位精度可达到厘米级别,解决了工程测绘领域长期存在的精度问题。搜索算法的优化将进一步提高定位与测量精度。本研究对于工程测绘领域实时精确测绘问题具有重要的理论和实际应用价值。

4种全球卫星导航系统实时动态定位效果评估

提出对流层去相关的实时动态定位(RTK)方法,有效降低单历元对流层参数与高程的相关性,实现对流层延迟与高程的有效分离,从而实现毫米级RTK定位.采用上海连续运行参考站(CORS)网的11条长度从23km到90km的基线,比较忽略对流层延迟与估计对流层延迟的单历元最小二乘解、动态卡尔曼滤波与对流层去相关4种RTK方法,重点分析对流层去相关RTK方法分离对流层参数与高程的效果,结果表明,对流层去相关方法在平面与高程方向定位精度均为毫米级,且高程相比平面精度更高.

全球导航卫星系统-声呐组合观测模型分类体系

本文回顾了海底大地测量全球导航卫星系统-声呐观测模型近二十年来的发展,以声速误差处理为主线给出了全球导航卫星系统-声呐观测模型的分类体系,按函数模型、随机模型和约束条件进行了归纳,探讨了未来发展方向。研究表明:测距定位模型无需现场声速剖面测量,但需解决声速垂向梯度影响的有效参数化估计或改正问题;海底大地测量更为关注声速时空变化对观测值影响,为此推荐采用声速场误差加性补偿模型及其导出的声速场参数间接估计模型;海底局域网阵列存在类似共模环境误差,具有提升海洋环境参数估计及海底定位精度的能力。

可重构智能超表面在卫星导航系统中的应用展望

高中低轨复杂大型星座是下一代全球卫星导航系统(GNSS)的发展方向,尤其是低轨卫星的大量部署,对卫星段和地面段的波束扫描天线在成本、重量及功耗等方面提出了更高要求,传统的电扫相控阵天线和机械扫描天线均无法较好地满足需求。近些年,可重构智能超表面(RIS)因其可低成本、低功耗地控制波束传播方向而被极大关注,并在下一代移动通信中被视为能够提升网络容量和覆盖范围的主要关键技术之一,利用RIS来解决卫星导航系统中的天线问题具有较大的潜力,但同时也面临诸多挑战。基于下一代卫星导航系统的发展需求,本文简要介绍了RIS的基本原理及目前的发展现状,重点分析了RIS在卫星导航系统中的应用前景,并提出了需要解决的核心关键技术。

多体制卫星导航信号实时模拟仿真与处理技术

全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System, GNSS)接收信号弱、采集困难的场景下,可控性高、灵活性好的GNSS软件模拟器优势尽显。目前的软件模拟器频点少、精度不高、运行速度慢,基于C/C++实现了高精度GPS/BDS/Galileo卫星导航实时模拟与处理系统,着重研究GNSS信号模拟端的算法与并行加速技术,完成了配置模块、相位计算模块、信号生成模块和复合量化模块的设计与实现,对相位计算模块进行GPU加速处理。采用差值拟合方法解决了采样信号伪距精度低的问题,采用基于CUDA架构的GPU/CPU协同运算加速方案,设计并开发了多体制卫星导航信号实时模拟仿真与处理系统架构。系统产生了GPS L1C/A、BDS B1I、BDS B2a、BDS B1C和GAL E1五个频点的数字中频信号,利用搭建的测试验证平台,验证了系统可用性,评估了不同场景、不同参数条件下的系统定位性能与加速效果。CUDA优化方法加速效果显著,BDS B1C、GAL E1、BDS B2a、BDS B1I和GPS L1C/A频点的加速比(加速前后运行速度之比)分别为12.30、9.07、7.21、2.86、2.27,其中GPS L1C/A频点基本可以实现实时模拟与接收及实时定位。

北斗卫星导航定位系统在大地测量工程中的应用

在社会经济不断发展背景下,大地测量工程也逐渐增多,并对测绘技术提出更高的要求。实际测量时注重对北斗卫星导航定位系统进行运用,就可以满足实时动态观测需求,并为工程实施提供重要的测绘数据信息支持。该文联系北斗卫星导航定位系统的基本概述,对其在地籍测量和工程测量中的应用进行细致阐述,并围绕实际案例,从静态控制点测量、钻孔水文点测量、测量成果精度统计等方面入手,详尽探讨北斗卫星定位系统在大地测量工程中的实践应用,以供参考。

国家标准《卫星导航定位基准站网络实时动态测量(RTK)规范》编制说明

随着卫星导航定位技术的日趋成熟,网络RTK技术因其定位精度高、速度快等优点而备受青睐,在测绘地理信息行业和国民经济建设中的应用越来越广泛,已成为地形图测绘、自然资源调查和工程测量的主要技术手段。我国目前还没有出台专门针对卫星导航定位基准站网络实时动态测量的国家标准,因此,十分有必要制定卫星导航定位基准站实时动态测量规范。本标准在编制过程中,结合当前测绘及相关行业网络RTK的技术水平和应用需求,确定标准的技术指标和技术要求等内容,同时保持与现行相关行业标准的协调一致,以使标准能较全面、客观地反映当前我国网络RTK技术的基本特征和技术水平。主要对标准的编制原则以及标准的主要技术内容进行说明。

北斗三号实时精密定位授时系统设计与实现

针对传统定位授时设备单机作业能力弱、定位授时精度低、GNSS动态授时接收机研究少等问题,设计实现了基于北斗三号精密单点定位服务信号(PPP-B2b)的实时精密定位与授时设备,所设计的设备通过全球卫星导航系统(GNSS)接收机接收北斗卫星信号,将卫星观测值、卫星广播星历以及PPP-B2b改正数输出给ZYNQ信号处理平台,ZYNQ的ARM端进行PPP-B2b接收机位置与钟差解算,输出接收机钟差到FPGA端,FPGA端通过外接的高精度10 MHz铷钟,结合实时精密钟差解算结果,生成驯服后同步到北斗时间基准的秒脉冲(1PPS)。通过设计实现静态、动态测试系统对设备进行性能测试。实验结果表明,设计的定位授时设备可以实现静态厘米级、动态分米级的定位精度,静态授时精度优于1 ns,动态授时精度优于3 ns。

全球导航卫星系统(GNSS)高动态抗干扰系统设计

在高动态环境下,由于干扰信号来向剧烈变化以及常用干扰抑制方法形成零陷较窄,使得干扰很容易移出零陷位置而导致接收机定位精度下降或失效,所以提高高动态下卫星导航的抗干扰能力是亟待解决的问题,研究高动态卫星导航抗干扰系统具有一定的现实意义。本文基于软件无线电思想,采用零陷加宽算法,设计了高动态条件下的卫星导航抗干扰系统,并仿真验证了系统的有效性。

北斗卫星导航系统实时定轨与钟差处理策略

目前鲜有对北斗卫星导航系统（BeiDou Navigation Satellite System,BDS）实时精密定轨与钟差确定的研究,文章提出了BDS实时轨道与实时钟差处理策略,包括了观测与动力学模型、实时轨道与实时钟差处理流程与评估方法。尤其对于实时钟差,为了提高计算效率,联合使用两个独立并行的线程估计非差绝对钟差和历元间相对钟差。利用多模全球卫星导航系统试验（MGEX）与全球连续检测评估系统（iGMAS）实测数据进行了北斗实时轨道与钟差解算,BDS实时轨道径向平均精度对于GEO卫星优于20 cm,对于IGSO与MEO一般优于10cm;钟差精度对于GEO卫星为0.5~4.5ns,对于IGSO/MEO为0.2~2.0ns。基于目前的轨道与钟差结果,实时精密单点定位（Precise Point Positioning,PPP）结果可以达到分米量级。

双卫星导航系统短基线动态定位实验与对比分析

针对我国正在建设的北斗系统,给出并讨论了北斗系统及全球定位系统组合相对定位模型和动态基线解方法,采用卡尔曼滤波进行动态基线解算的参数估计,利用最小二乘降相关分解法固定双差模糊度,获得动态基线固定解。通过两个实际的动态定位实验,比较单卫星导航系统和双卫星导航系统动态短基线解算结果,分析了基线结果的精度和可靠性。结果表明,北斗系统及全球定位系统组合动态基线解算的精度和可靠性较单系统都有显著提高。

全球卫星导航姿态测量新方法研究

在全球卫星导航姿态测量过程中,由于初始化时间较长,姿态调整性较差,所以提出了一种快速测姿新方法。首先从所有整周模糊度中选取两个作为主模糊度,利用其与基线俯仰角、航向角之间的关系解得对应从模糊度,从而将搜索空间降为二维。同时利用基线长度、伪距精度和加速度计俯仰辅助等多种约束条件进一步限制了主模糊度搜索范围。最后通过列基线残差进行比率检验固定模糊度,并完成姿态解算。试验结果表明,新方法搜索空间小,初始化时间短,能使卫星导航得到高精度的姿态信息。

论在水道测量中动态全球卫星定位系统是如何应用的

水下地形以其不可见性,复杂多变性的特点给测量工作带来诸多不便。传统的测量水深方法要求岸上观测人员与测船上测深仪操作者在瞬间同时进行作业,造成了很大的时间差,严重影响测深精度。随着全球卫星定位系统实时技术的出现和发展,并以平面定位精度可达毫米级。在测绘领域中得到了广泛的应用,在水深测量中与传统光学方法比较具有精度高,速度快,施测区域广,不受通视条件限制的特点,同时可以指导航向,保证了断面间距,测点间距符合要求。

俄罗斯全球导航卫星系统(GLONASS)现状与展望

俄罗斯全球导航卫星系统(GLONASS)的结构与 GPS 相近,是一种基于无线电导航的卫星系统。它可为全球各地或近地球空间提供全天候三维位置、速度测量和时间信息。但由于俄罗斯持续金融危机,经济恶化,缺乏足够的资金用于 GLONASS 的维持,使这一耗资30亿美元、历时10年发展起来的系统几经濒临瓦解。普京执政后,GLONASS 的境况大有好转。一方面,普京执行恢复俄罗斯大国地位的政策,强调要加强与美国在太空中抗衡,并组建了世界上第一支航天部队等一系列强硬政策和措施,从而将 GLONASS 放在重要的战略地位来发展。另一方面,俄罗斯继续积极寻求国外对 GLONASS 投资,与中国和印度签署了共同发展GLONASS 的协议。此外,为了满足系统运作的要求,加强了 GLONASS 的补网工作。2000年10月13日发射了三颗卫星,使在轨卫星达到13颗,接近该系统正常作业的要求。俄罗斯还决定在2001年再发射6颗卫星,2004年前至少发射15颗卫星以补充 GLONASS 系统的完整性。GLONASS 将有可能进入自运营以来状态最好、发射卫星最多的时期。本文将 GLONASS 的卫星状态和最新政策作一介绍,并对今后发展趋势做了几点预测。

全球定位系统和全球卫星导航系统伪距综合法

论述了综合GPS、GLONASS伪距测量值获取定位信息的滤波方法。GPS、GLONASS的坐标系、时间系统、工作频率不同 ,不同卫星的方位、高度各不相同 ,因而其测距的系统误差也各不相同 ,通常的方法是用GPS和GLONASS的钟差 2个参数来描述不同系统卫星的系统误差 ,需用 5颗卫星来定位 ,且精度受限。采用扩展状态维数 ,对不同卫星的系统误差进行在线估计的滤波方法 ,可以有效地改进卫星定位的精度。同时既可以用多星定位 ,充分利用测量信息 ,也可在任一系统的 1颗卫星可用时 ,给出测者的最优估计位置信息 ,改进了双星系统的导航性能。

全球卫星导航系统的最新动向与发展趋势

世界主要大国纷纷建设自己的卫星导航系统,将其作为国家基础建设设施,形成GPS、GLONASS、Galileo和Compass既竞争又互补的局面。时间进度对于已建和在建的四大全球导航卫星系统(GNSS)是个重大考验,尤其是对于在建的Galileo和Compass;系统的稳定性、可靠性和高性能,是各大系统竞争力和不被边缘化的基础,也是其社会与经济效益的试金石;兼容和互操作技术则是掌握市场主动权和全球化的瓶颈与壁垒。2010年将是四大全球系统真正开始竞争、角逐、斗智斗勇和合作共赢的实际行动年,GNSS发展走向如何,人们将拭目以待!

全球导航卫星系统的测高研究

以美国全球定位系统（ＧＰＳ）为代表的全球导航卫星系统（ＧＮＳＳ）具有广阔的应用领域，特别是能够在全球范围和近地空间，全天候地提供飞行器的位置、速度和时间信息。根据卫星定位的基本原理，飞行器的高度测量是通过ＷＧＳ８４地心回连（ＥＣＥＦ）直角坐标转换而来的，其间由于地球引力场的不规则性，引入了２～６ｍ的误差。现研究了ＣＰＳ测高的基本原理，分析了利用差分技术提高测高精度的可能性，提出了利用附加的已知点修正方法，给出了两种测高公式及其误差估计，并由实测数据计算验证，精度提高了一个到两个数量级。

实时水边线船载摄影测量系统研究与开发

针对水边线测绘现有方法存在的高作业风险、高成本等问题,提出一种基于船载摄影的实时水边线测绘新方法。通过数码相机、船用GNSS罗经与IMU集成,研究传感器标定、设备组网、自动化数据采集、数据融合等方法,构建多约束条件的自由网光束法空中三角测量模型,完成实时水边线测绘系统的研发。应用结果表明,100m拍摄距离下,系统绝对定位最大误差为0.258m,中误差为0.128m,精度可满足1:1000及以下比例尺水边线测绘的要求;本系统可切实有效地解决实时水边线测绘现有技术的不足,具有低成本、高精度、高效率、持久续航、一体化等显著优势。

GNSS实时动态定位在短期滑坡位移检测中的应用

全球卫星导航系统(GNSS)是滑坡检测最有效的手段之一。本文针对目前利用GNSS进行短期滑坡检测存在的不稳定、容易受到粗差和观测噪声影响的问题,给出了一种基于GNSS动态定位时间序列分割的短期位移检测方法,进行了重大位移检测仿真实验和小位移检测仿真实验研究。其中,重大位移检测到的三种位移的误差百分比分别为12.8%、6.1%和5.9%,小位移检测到的三种位移的误差百分比分别为2.5%、9%和4%。实验结果表明本文所设计的两个仿真实验中的各突变均能被准确检测,检测结果可达亚厘米精度。通过本文所给方法中由当前历元与GNSS动态学定位得到的前历元坐标构成的检测窗口和基于时间序列分割的统计方法,减少了局部扰动对短期位移检测的影响。

GNSS实时高精度增强处理系统设计与实现

对比分析了精密单点定位(PPP)、网络实时动态差分定位(NRTK)以及PPP-RTK这3种卫星导航高精度定位技术的特点,详细介绍了PPP-RTK的技术框架,设计开发了基于PPP-RTK技术的全球导航卫星系统(GNSS)实时高精度增强处理原型验证系统,并对主要定位精度和收敛时间指标进行了测试验证。经测试,静态和动态定位精度达到分米级,静态收敛时间小于3 min。