原子惯性导航将大幅度地压缩GNSS卫星导航的应用空间──GNSS测量成果应用问题之五

文章论述了原子惯性导航技术能够大幅度地压缩GNSS卫星导航的应用空间,取代GNSS在海陆空军用设备上的应用。

GNSS卫星导航完好性监测工程中网络管理软件设计

文章简要介绍了网络管理标准的发展过程，总结了作者在GPS卫星导航完好性监测试验工程和管制中心系统等多个项目中的网管软件系统设计思想，具体阐述了在实现网络管理中监测状态所采取两种方法。

GNSS卫星轨道机动探测技术进展

针对轨道机动探测是各种空间任务的共性关键技术,是全球卫星导航系统(GNSS)精密定轨定位数据处理的首要工作,在卫星导航领域具有重要的研究意义,尤其是中国多星座构型的北斗卫星导航系统,轨道机动频繁,影响更为严重的现状,研究分析全球卫星导航系统(GNSS)卫星轨道机动探测技术的进展:概述轨道机动的概念、机动方式和机动时间;归纳整理目前GNSS卫星轨道机动探测中常用的技术方法,包括基于卫星轨道的探测方法、基于卫星广播星历的探测方法以及基于观测值的探测方法;总结各类卫星轨道机动探测方法的特点,并统计分析GNSS卫星的轨道机动频次与时段,指出随着GNSS卫星轨道机动探测方法的不断完善,实时及事后卫星轨道机动探测问题都得到了显著改善,促进了GNSS服务性能的进一步提升;最后,总结现有轨道机动探测方法的优势与局限性,展望GNSS轨道机动卫星数据处理中尚须进一步解决的重要问题。

GNSS/INS组合导航中IMU参数设定与优化

针对惯性测量单元(IMU)参数设置不合理导致全球卫星导航系统(GNSS)/惯性导航系统(INS)组合导航无法充分发挥IMU性能的问题,提出了一套IMU参数设定与优化方案,建立了以GNSS短期中断期间导航漂移误差统计值、理论估计精度一致性以及IMU误差参数估计稳定性为评估对象的考核准则,使优化后的IMU参数可以确保GNSS/INS组合导航解算中状态预测方差阵的准确性,实现预测信息与观测信息权重合理分配,进而保障GNSS/INS组合导航最优性能。实测验证采用ADIS16465和ICM206022款典型车规级和消费级微机电(MEMS)IMU进行性能测试分析,测试结果表明:初始IMU参数与GNSS/INS组合导航算法适配度较低,无法得到最优组合导航结果;优化后,IMU参数在保障组合导航最优性能基础之上,也可实现理论估计精度与实际精度高度一致。

卫星导航欺骗干扰检测与抑制技术综述

全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)欺骗式干扰具有隐蔽性强、危害性大的特点,对GNSS造成了严重的安全威胁。介绍了生成式和转发式欺骗干扰的原理和关键技术,总结了现有的欺骗式干扰检测方法和抑制方法,并从成本、性能、复杂度、研究重点等方面对现有技术进行了详细分析。以性能和成本为指标,对比分析了现有干扰攻击、检测和抑制方法。最后,对未来欺骗式干扰防御研究值得关注的问题进行了展望,以期为后续研究提供思路。

卫星导航电文的编码纠错法──GNSS导航信号的收发问题之六

基于对GPS L1/L2信号导航电文纠错编码不足的分析,本文主要论述了"循环冗余纠错法"(CRC)的超群纠错能力,以及其在GPS L5信号、GLONASS L3信号和Galileo F/NAV导航电文中的应用。

全球导航卫星系统(GNSS)竞争格局和发展趋势研究

全球导航卫星系统(GNSS)的概念在不断地扩大并深化,也引起了GPS、GLONASS和GALILEO系统之间的竞争,从而推进了技术进步和应用开拓,以及产业发展。本文主要结合三大系统近期进展和未来计划作一评述,并得出若干有益的结论。

基于新型SQM的GNSS欺骗式干扰检测技术

GNSS在基础设施应用的定位、导航、授时领域具有重要的战略意义.鉴于GNSS信号落地功率极低、民码结构透明等特点,民用卫星信号极易受到干扰和欺骗攻击,使得GNSS在获得广泛应用的同时也受到严重的干扰问题.本文针对传统信号质量监测(signal quality monitoring,SQM)检测量检测概率低和可靠性差的问题,提出一种无需使用跟踪支路载波相位信息的新型SQM检测量,将检测数据值进行滑动平均处理,减少异常波动值造成检测虚警率增高的情况,并推导了检测量的统计分布特性,设置在无先验信息下的计算门限与测量门限,能够避免出现在欺骗与真实导航卫星信号相对载波相位为π的整数倍时,检测失效的情况.在美国德克萨斯大学奥斯汀分校的公共数据库TEXBAT(texas spoofing test battery)的实采信号上进行的对比实验结果表明,所提基于I、Q支路能量变化的双重门限SQM检测算法在不同实采信号场景下均能够在较短的时间内以较优的准确度检测出欺骗攻击.研究成果对未来抗欺骗通信设备开发具有一定的参考价值,不仅能够有效提高检测性能,且无需对接收机硬件结构进行大规模的改变.进行大规模的改变.

卡斯卡迪亚慢滑移信息的GNSS时空探测

针对断层慢滑移时空分布信息探测困难的问题,基于全球卫星导航系统(GNSS)坐标序列,提出一种利用多通道奇异谱分析(MSSA)探测卡斯卡迪亚消减带慢滑移事件时空分布的方法:根据慢滑移分量的振荡特点确定窗口长度,采用时间迟滞矩阵对协方差阵进行增广,以提高对异常信息的识别能力;对振幅归一化获取空间响应,通过快速傅里叶变换分析慢滑移频谱特征。结果表明,卡斯卡迪亚消减带2007-01-05—2007-02-23和2008-04-22—2008-06-14发生了2次慢滑移事件,2次事件呈东南、西北区域的反向运动特征,且东南部响应程度明显高于西北地区;频谱特征显示,慢滑移信息表现为低频特征,且主要为随机游走噪声。研究结果可为板内地震前兆性信息探测提供参考。

低成本GNSS终端多普勒平滑伪距定位算法

随着低成本全球卫星定位(GNSS)终端硬件性能的不断提升,其在定位领域的应用也更加广泛,然而低成本GNSS终端在数据采集中常受观测环境的影响,使得载波相位观测值的高精度定位较为困难。伪距定位算法因其定位模型简单且实时性好的优势被广泛使用,因此本文利用多普勒平滑伪距方法,充分利用了多普勒观测值的作用,通过多普勒平滑伪距噪声来提升观测值的测量精度,利用多普勒平滑伪距模型对静态与多种动态环境下的平滑效果进行测试和分析。实验结果表明:在静态情况下,采用多普勒平滑伪距算法,伪距单点定位与伪距实时差分定位模型定位中平面精度较平滑之前分别提高了25%与31%;在动态环境下,有遮挡动态实验其精度提升30%以上,空旷情况下定位精度提升15%以上,快速运动过程中其提升能达到20%左右。表明通过多普勒平滑伪距算法可以显著提高低成本GNSS终端的定位精度。

GNSS实时卫星钟差估计在地震监测中的应用

为快速、有效地获取地震发生阶段震源周边地区站点的动态位移,为地震预警系统提供高可靠性的地表形变信息,利用全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)高频观测数据,基于非差估计法对多模GNSS卫星钟差进行实时估计及性能分析,并将其应用于精密单点定位(precise point positioning,PPP)实时计算2021年漾濞M w6.4地震和玛多M w 7.4地震的地面动态形变。结果表明,GNSS四系统实时估计卫星钟差的标准差(standard deviation,STD)均值为0.142 ns,其多系统组合PPP动态解的平均标准差在水平方向达到0.5 cm,高程方向达到1.0 cm,计算得到的地震动态位移波形相对GPS单系统更为稳定,而且能够获得较为准确的同震形变。

改进BIC的GNSS站坐标时序有色噪声特性分析

为了有效解决传统的极大似然估计方法存在的未知数多导致结果不准确的问题,提出一种改进BIC的GNSS站坐标时序有色噪声特性分析方法:选取全球范围内100个基准站2008—2022年坐标时序及仿真的100组坐标时序,采用赤池信息准则(AIC)、贝叶斯信息准则(BIC)、改进的贝叶斯信息准则(BIC_tp)对不同有色噪声模型进行噪声特性分析,获取基准站坐标序列的最优噪声模型及速度参数;探讨BIC_tp对噪声模型及速度估计的影响。结果表明,基准站坐标序列噪声模型呈现出多样性特征,在北(N)和东(E)方向主要表现为闪烁噪声+白噪声(FNWN)模型,天顶(U)方向主要表现为幂律噪声+白噪声(PLWN)模型;相比于AIC和BIC噪声模型估计准则,BIC_tp方法对有色噪声模型估计具有较高的准确性,尤其是闪烁噪声+随机游走噪声(RW)+白噪声(FNRWWN)模型对全球卫星导航系统(GNSS)站速度不确定度的影响在N与E方向远大于U方向;正确获取模型参数估计的实际不确定度及改正噪声分量对于合理应用GNSS坐标时间序列数据具有重要意义。

GPS/GNSS卫星定位原理与应用双语课程建设初探

主要介绍GPS/GNSS导航定位双语教学课程建设的设计思想和体会。针对测绘类专业卫星导航定位课程教学大纲内容,选取一些主要的GPS/GNSS英文原版参考书和网络资料,对其涵盖的主要内容及其更新性、读者对象、可读性等方面进行详细分析。对于采用原版教材、自编教材等方式进行讨论,提出采用以Internet网络资源为主、原版参考书为辅的GPS/GNSS双语教材选取模式。

复杂环境GNSS实时亚厘米级监测算法设计及性能分析

针对复杂监测场景下,由于卫星信号遮挡严重、多路径效应强、粗差和周跳频繁而造成观测数据质量差,严重影响全球卫星导航系统(GNSS)实时监测的精度、可靠性和可用性的问题,提出一种复杂环境下的GNSS实时亚厘米级监测算法:综合利用监测体的变化特征,从观测数据质量控制、滤波过程噪声自适应调节、GNSS解算短时中断后快速恢复等方面着手,设计一套适用于复杂环境的GNSS地质灾害实时高精度监测数据处理算法;并采用实测与仿真短基线数据评估算法性能。结果表明,在复杂观测场景下,提出的复杂环境GNSS监测算法能够实现实时亚厘米级定位精度,有效解决GNSS解算短时中断后的快速恢复问题,并能准确识别监测体的快速形变。

GNSS不同区域站网分布对极移精度的影响分析

针对利用中国区域全球卫星导航系统(GNSS)站网求解极移参数存在Y分量精度显著低于X分量的问题,提出利用姿态测量几何分析方法分析GNSS不同区域站网分布对极移精度的影响:利用9个不同区域站网求解极移参数探究站网区域分布的影响;并以国际地球自转服务组织(IERS)产品为基准评估精度。结果表明,当区域站网的平均子午面与0°子午面的夹角小于45°时,X分量差异的标准差通常大于Y分量;夹角大于45°时,Y分量差异标准差通常大于X分量。为最小代价地进一步提升Y分量精度,通过在中国区域站网基础上引入全球不同位置的单个测站,评估精度提升比例。结果表明,在非洲东南部和澳大利亚地区引入单个测站将Y分量均值平均减小了80%,标准差减小了50%,较全球其他地区测站的提升效果更明显;新增美洲地区测站时存在测量奇点,易造成法方程的矩阵奇异,这是由于美洲测站、国内测站地心矢量及地球自转轴共面,从而削弱了方程结构。

一种GNSS/加速度计数据融合方法探讨

针对目前桥梁施工合拢过程中的关键技术挂篮安全监测的方法主要利用全站仪和水准仪等传统设备,人员成本高,效率低,且难以满足实时监测等问题,提出一种GNSS/加速度计数据融合方法:分析全球卫星导航系统(GNSS)由于其具有无须通视、全天候以及能够直接测量点的三维坐标等优点,已广泛应用于变形监测领域,但受多路径、采样率等因素影响,对高频振动不敏感,而加速度计具有高采样率、性能稳定等优点,但其对低频信息不敏感;结合2种传感器的优势,利用基于Rauch-Tung-Striebel(RTS)平滑的多速率抗差卡尔曼滤波方法对GNSS和加速度数据进行融合处理。实验结果表明,该方法可有效提高GNSS挂篮振动监测的采样率和精度。

GNSS广播星历精度评估与分析

为了进一步探讨全球定位系统(GPS)、北斗卫星导航系统(BDS)、伽利略卫星导航系统(Galileo)、格洛纳斯全球卫星导航系统(GLONASS)的广播星历特性,并分析其精度和定位性能,对2023年3月的数据进行处理。结果表明:除GLONASS系统外,其他全球卫星导航系统(GNSS)广播星历卫星轨道精度在3个方向均优于1 m,GPS和Galileo系统广播星历卫星钟差精度均优于1 ns;当广播星历参数采用相同的更新间隔时,BDS系统对应的轨道精度较高,四大系统按轨道精度从高到低排序依次为BDS、GPS、Galileo、GLONASS;当广播星历采用10 min更新间隔时,不同于卫星轨道,BDS相应卫星钟差精度较低,这可能与BDS广播星历采用的时间同步技术有关;单点定位结果表明,BDS、GPS、Galileo系统对应的广播星历定位平面精度均优于1.3 m。

基于小波变换的苏州暴雨前GNSS水汽异常变化分析

为研究暴雨前的大气水汽异常变化,该文基于2022年苏州市全球卫星导航系统(GNSS)数据和邻近气象站的逐小时降水量观测数据,利用小波变换方法分解重构GNSS大气可降水量(PWV)时序,分析暴雨前的GNSS PWV时序变化特征和异常信号。研究结果表明:2022年苏州暴雨发生前PWV普遍有1~3日内的明显上升期,夏季暴雨的PWV最大峰值可达72.4 mm,秋季暴雨PWV的最大峰值可达68.3 mm,春季暴雨的PWV峰值最大可达46.3 mm;突发性极端暴雨与PWV增幅关系密切,增幅越快,降水量越大;PWV经小波分解重构后,第四层高频系数(d4)的峰值或谷值往往早于暴雨发生时刻1~3 d,PWV增幅越快,PWV的d4高频系数振幅越大。本方法可探测出暴雨发生前的PWV时序异常变化,为暴雨短临预报提供一定参考依据。

遥感(RS)、地理信息(GIS)、全球导航卫星系统(GNSS)一体化融合研究

遥感(RS)、地理信息(GIS)、全球导航卫星系统(GNSS)被称为3S系统,是三种典型的空间信息处理技术,这三种技术可以独立完成各自的功能处理,也可以联合起来发挥出更加明显的业务优势。三种技术的融合应用在完成空间信息、时间信息与环境信息精准而快速的收集、整理过程中,建立了一个实力超强的技术体系,实现了众多领域的覆盖及突破。在互联网、云计算以及大数据等科学技术的推动下,3S系统功能更加趋于完善化、技术化、全面化和科学化,而伴随着5G时代的到来,3S一体化融合拥有了更多可能,是科技的进步,更是综合实力的展现。

轨道交通线路GNSS信号盲区列车定位模拟系统

全球卫星导航系统(GNSS,Global Navigation Satellite System)能够提供实时、高精度列车定位服务,采用基于GNSS的列车定位技术可减少列车运行控制系统的轨旁设备,简化车载设备,有利于降低轨道交通运营维护成本。对于地形地貌复杂、隧道较多的轨道交通线路,可能存在GNSS信号盲区,GNSS无法为运行列车连续提供可靠的列车定位信息,影响了基于GNSS的列车定位技术的应用。为此,文章采用软件无线电技术,开发了轨道交通线路GNSS信号盲区列车定位模拟系统,能够为线路上GNSS信号盲区生成列车定位模拟信号,使列车在经过GNSS信号盲区时能够获取到准确的列车定位数据,有利于扩大基于GNSS的列车定位技术的应用范围。在实验室内搭建测试环境,运行该系统生成单点静态定位模拟信号和区段动态定位模拟信号,与现场采集的卫星定位信号进行对比,验证该系统的可行性和有效性。