GridGNSS——网格化全球卫星导航系统

计算机网络技术的发展已经使全球的信息资源实现网络互联和页面浏览,新一代的基于IPv6的IP地址方案的实施,将可以满足全球几乎任意的资源连接互联网的需要。随着移动通讯技术的发展,移动互联网和移动IP技术可以使移动用户通过网络实现全球资源的互联和访问。因此,对于通过全球卫星定位系统进行移动目标定位的用户,可以通过移动网络的方式实现传统的数据传输和通讯。随着新一代互联网络的的发展,WebService成为全球信息发布的最主要的平台,基于WebService的GNSS综合信息发布可以实现全球GNSS资源和信息的访问,计算机网格的出现为全球GNSS计算提供技术支持,本文基于网格技术,提出了GNSS网格和GridGNSS的概念,对GridGNSS的功能和研究内容进行了详细分析,并对GridGNSS的实现过程和应用进行了阐述。

一种网格化的GNSS干扰源定位方法研究

介绍了网格化GNSS干扰源定位系统的组成、功能及定位方法;重点阐述了系统采用的TDOA定位方法中Chan定位算法的原理;结合实际应用对Chan算法进行了系统的仿真分析;给出了传感器数量、干扰源位置以及系统噪声对定位结果的影响。

广西区域速度场模型构建与应变特征分析

利用GAMIT/GLOBK软件解算2009-01~2019-06广西地区83个GNSS站数据,获得ITRF2014框架下GNSS站速度场,并通过Kriging插值法构建广西区域三维速度场模型。联合广西及周边136个GNSS站观测结果,采用格网距离加权法计算区域应变场,并对应变场特征进行分析。结果表明,ITRF2014框架下广西区域平均水平运动速率为34.95 mm/a,优势方向为N106.3°E,垂向运动表现为区域性缓慢隆升和沉降。23.5°N以北区域呈面应变压缩变形状态,以近SN向、NW向主压应变为主;23.5°N以南区域则呈面应变拉张变形状态,并以自西向东扇形展开的张应变为主。剪切应变场表现为四周高值、中部过渡带为低值。研究区内近10 a内地震主要发生在剪切应变高值向低值转变的区域,且时空上具有从断裂带一端向另一端迁移并折返的变化特点。

RLG INS/GNSS极区组合导航方法

针对航空飞行器跨极区飞行,导航坐标系转换导致滤波器结构变化,进而影响导航精度的问题,提出了基于协方差变换的环形激光陀螺惯导/全球导航卫星系统算法(Ring Laser Gyroscope Inertial Navigation System/Global Navigation Satellite System,RLG INS/GNSS)。通过建立地理坐标系、格网坐标系下系统误差状态及其协方差的转换关系,设计了具有全纬度适用性的组合导航滤波器,并通过跑车实验以及半实物仿真实验对算法的有效性进行了验证。实验结果表明,协方差变换算法可以有效解决导航坐标系转换导致的滤波不稳定问题,相较于无协方差变换,系统状态误差减小一个数量级。

2014年云南地区GNSS最大剪应变格网时序异常与M≥6.0地震关系分析

基于2014年云南地区28个GNSS连续跟踪站30 s采样率的数据,以震前3个月为时间尺度、1个月为窗长,提取最大剪应变格网时间序列。对去除趋势项后的最大剪应变时间序列,设定2倍标准差作为异常阈值,以2014年盈江6.1级、鲁甸6.5级和景谷6.6级地震为样本,对地震孕育过程中最大剪应变格网时序异常与M≥6.0地震的关系进行分析。结果表明,2014年云南地区GNSS最大剪应变格网时序异常分布与上述3个地震存在较好的对应关系,震前短期内最大剪应变异常格网集中分布于震中附近区域,且存在震前增强、震后快速消失的现象;最大剪应变异常格网分布相对集中的区域可作为预报M≥6.0地震发生地点的参考性指标。最大剪应变综合指标值预测结果显示,本次预测地震数4个,成功预报地震数3个,漏报数0个,虚报地震数1个(指标出现而未发生地震),准确率为75%。从空间角度来看,3次地震的震中都位于异常格网边缘,表明最大剪应变异常区边缘可能更加危险。

利用ERA-Interim再分析资料优化地基GNSS水汽三维层析

利用ERA-Interim再分析资料对地基GNSS水汽层析中几个关键技术进行优化。首先利用ERAInterim提供的大气产品建立同时顾及时间及地表温度参数的区域性大气加权平均温度模型;然后根据ERA-Interim提供的高垂直分辨率的水汽产品,分析"水汽层层顶"随时间变化的规律;最后提出一种新的划分垂直方向层析网格的方法。选取我国香港地区的12个CORS站2014-06的观测数据进行试算,结果表明,与探空资料相比,6km高度以下优化后的层析结果相比传统层析结果精度提高了12%,在6km高度以上提高了17%。

岸基GNSS-R海洋遥感系统设计与实现

针对海面探测情景,充分利用岸基全球导航卫星系统反射测量(Global Navigation Satellite Systems-Reflectometry,GNSS-R)优势,设计实现岸基GNSS-R海洋遥感系统。采用多探测站点对目标区域实现网格化划分的方法描述实时海况,适宜于高分辨率下对海面的长时间观测场景。通过搭建本地数据中心与数据交互协议,实现现场数据传输与存储的高效性、规范性。在渤海湾码头进行实地测试,验证整个系统的实效性与可行性。与传统的海洋遥感系统相比,该系统对目标区域具有更精细的信息采集功能。

地基GNSS三维水汽层析方法研究

为利用地基GNSS技术探测大气中的水汽变化获取高精度大气水汽,从两个方面进行了地基GNSS层析三维大气水汽实验研究:①通过回归拟合确立本地大气加权平均温度模型;②采用中心网格边长较短、边界网格边长较长的原理划分网格,建立非一致网格模型。研究结果表明:①本地模型的平均偏差值与均方根差值分别为0.63 K和2.43 K,均小于Bevis模型、陈永奇模型;②采用非一致网格模型获取的斜路径水汽含量的平均偏差较小,优于一致网格模型。研究成果可为利用地基GNSS技术获取准确、实时的水汽时空信息提供技术参考。

不同分析中心电离层TEC产品精度评估

针对不同电离层产品精度存在差异的问题,对国际全球卫星导航系统(GNSS)服务员组织(IGS)、美国喷汽动力实验室(JPL)、欧洲定轨中心(CODE)、国际GNSS监测评估系统(iGMAS)、欧空局欧洲空间运行中心(ESOC)分析中心电离层产品进行精度评估,实验结果表明:在中国地区CODE和ESOG的中心电离层产品电离层格网数据(GIM)时间序列结果表现出高度的一致性;在欧洲地区CODE、ESOG和IGS中心电离层产品GIM的时间序列结果表现出高度的一致性;JPL中心电离层产品在中国地区、欧洲地区VTEC日平均值均最大;iGMAS中心电离层产品在中国地区、欧洲地区电离层VTEC日平均值均最小。IGS、JPL、CODE、i GMAS、ESOC分析中心电离层产品在中国地区VTEC的互差在3.6 TECU内,在欧洲地区VTEC的互差在3.2 TECU内,IGS、JPL、CODE、iGMAS、ESOC分析中心电离层产品在中国地区VTEC值相关系数均大于0.90,在欧洲地区相关系数均大于0.94,均表现出强相关性。

全球导航卫星系统地面监测站优化设计方法

地面监测站数量和分布直接影响全球卫星导航系统的星历精度,其优化布设是提高系统性能的前提,也是系统建设需要重点关注的环节。给出了评价监测站布设性能的综合指标,提出了一种用于监测站覆盖性能评估的模型,并通过对MEO卫星半长轴的长期变化和回归经度漂移的分析,验证了该模型用于评价全球导航系统监测站优化布设的合理性。最后,综合利用覆盖性能指标和精密定轨精度指标对全球监测站不同布局方案进行了分析比较,给出了监测站优化布设方案。

基于格网化高精度卫星导航定位服务方法的网络RTK精度分析

针对一种在虚拟参考站(VRS)技术基础上,进行改进的基于格网化高精度卫星导航定位服务方法,测试并分析了该方法格网划分分辨率不同对网络实时动态定位(RTK)精度的影响,在常规格网划分条件下,选取动态场景的应用数据,分析了该方法的网络RTK动态应用精度.测试结果表明:随着格网划分距离增加,网络RTK精度随距离增加会降低.其中,2′×2′和4′×4′格网划分模式下,定位残差序列除个别异常点外,几乎都在厘米以内,且精度统计相当,故可以选择4′×4′作为常规格网划分,满足少量相对固定的虚拟格网点观测量计算,且定位精度维持在厘米级.常规格网划分条件下,RTK动态跑车定位水平残差序列为厘米级,高程残差序列在分米级,能够达到动态应用精度要求.

定位技术的几个前沿问题

定位技术主要包括定位设备和定位信号服务。软件接收机具备小型化和灵活性等一系列优点,代表了未来GPS接收机的方向。网格化GNSS是一种在新一代互联网技术基础上提出的全新理念的定位服务,是空间定位服务的大趋势。

城市似大地水准面精化成果精度检测和评定

介绍了城市似大地水准面模型建立方法,对城市似大地水准面精化项目的检验和精度评定进行论述,结合以往对此类项目的检查验收情况,总结出一些经验方法,为相关行业提供参考。

测站处GNSS多路径误差效应反演及其应用研究

针对测站观测环境变化对数据质量影响难以有效评估并削弱的问题,研究了一种可通用于各类卫星导航系统的多路径误差半天球格网点建模方法(multi-point hemispherical grid model,MHGM)。该方法能够综合利用不同GNSS(global navigation satellite system)系统的不同时期观测数据进行整体建模,显著削弱GNSS信号所受多路径误差影响,并图像化反演测站周围的多路径效应,确定信号干扰源的方位。算例的测试结果表明,在模拟的强多路径环境下,模型改正后模糊度固定时段的载波相位观测值残差的均方根误差(root mean square error,RMSE)统计值由0.983 cm降为0.318 cm,改善率高达67.7%。此外,MHGM建模结果中改正量较大的异常区域与对应测站处所架设挡板的方位相一致,能够反演出测站周围不同方向观测信号所受多路径误差影响。国际GNSS服务组织的历史观测数据在利用MHGM模型改正后,合计18年测试算例的观测值残差RMSE平均改善率达到29.5%。这对于评估测站观测环境在不同时期的变化状况,提升现有各类增强服务产品的精度和可靠性具有一定的潜在应用价值。

BDS/GPS/GLONASS融合网格伪距差分定位性能分析

为了充分利用全球导航卫星系统资源,最大限度发挥北斗卫星导航系统的优势,向用户提供高精度、高可靠性和稳定性更好的服务,该文对BDS/GPS/GLONASS 3系统融合网格伪距差分定位性能进行了分析。运用该文阐述方法的原理进行实验分析,结果表明,3系统融合网格伪距差分定位较其他方案具有更高的定位精度、解算成功率,可见卫星数大幅度提高,可靠性和稳定性更优。

一种基于混合格网的电离层层析方法

针对通过GNSS数据进行电离层层析时真实数据不足会导致层析结果的分辨率越高,模型精度反而越低的问题,提出一种混合格网层析方法。该方法是在代数重构法层析的基础上,将电离层划分为多层,每层采用不同的分辨率做层析,之后对调各部分的分辨率再层析,将相同分辨率下的格网电子密度组合,作为最终结果。实验发现,与单一格网相比混合格网层析格网电子密度精度明显提高,3种方法的均方根误差都降低了10%以上,其中ART方法降低了20.3%。对比使用同一迭代方法在不同的格网划分条件下的结果,发现3层划分和4层划分普遍比2层划分精度高,ART的精度提高了30%以上。