GPS的现代化进展及启示

目前的全球定位系统(GPS)相关信息内容多,良莠不齐,导致出现一些二手信息误导读者的问题。该文以GPS官方机构近些年公开发布的相关技术文件为依据,梳理了GPS的现代化发展历程,阐述了导航卫星上新增加的民用信号及军用信号、新一代运行控制系统、新型GPS BlockⅢ/IIIF卫星的特点,介绍了GPS Block IIIF上使用的点波束技术,并提出了几点启示。GPS是世界上第一个建成的全球卫星导航系统(GNSS),全球覆盖程度、软件应用、全球用户数量等指标都处于领先地位,它的很多技术发展方向代表当前的主流趋势。GPS建设过程中的经验教训值得我们借鉴,GPS的发展方向值得我们学习和参考。本文内容可供卫星导航行业相关人员参考。

GPS欺骗信号对变电站时间同步装置的干扰分析与测试

当前无人机诱骗设备发射的GPS欺骗信号对变电站自动化系统的安全问题尚未明晰。为此提出了一种全球定位系统(global positioning system,GPS)欺骗信号对变电站时间同步装置的干扰评测方法,理论分析了GPS欺骗信号对变电站时间同步装置的影响。测量了无人机诱骗设备在不同发射功率下的欺骗信号功率强度及电场强度空间分布,实验验证了GPS欺骗信号对时间同步装置接收卫星质量与授时精度的影响,分析了无人机诱骗设备的发射功率以及其与时间同步装置GPS/北斗卫星导航系统(Bei-Dou system BDS)接收天线间的距离对授时精度的影响规律。结果表明:时间同步装置天线距离无人机诱骗设备10 m以外,GPS诱骗信号不会使时间同步装置进入守时状态;时间同步装置天线距离无人机诱骗设备60 m以上,GPS诱骗信号对时间同步装置的影响可忽略不计,为变电站安全稳定运行提供了参考依据。

GPS/QZSS在亚太地区实时相对定位性能分析

利用BNC(BKG NTRIP client)传输的实时观测数据,从可见卫星数、位置精度因子(position dilution of precision, PDOP)、多路径效应、信噪比和实时相对定位精度等方面对GPS和QZSS在亚太地区的定位性能进行评估和分析。结果表明,QZSS与GPS组合后,可见卫星数增加,卫星几何构型更好,可提高定位精度的可用性和可靠性;QZSS卫星多路径效应的变化规律与GPS卫星一致,且QZSS卫星各频点的多路径误差大多小于GPS卫星;GPS和QZSS卫星各频点的信噪比随高度角变化趋势基本相同;在N、E、U方向上,GPS/QZSS组合的实时相对定位精度比GPS有所提升。

复杂环境下结合EMD的GPS-IR水位反演方法

利用法国布雷斯特(Brest)港BRST测站和英国塞文大桥监测系统GNSS双频观测数据,分别在静态和高动态环境下进行GPS-IR水位反演,探究传统GNSS监测系统进行水位反演的可行性与精度.结果表明:L1波段反演精度高于L2波段;在静态场景下,GPS-IR水位反演结果与验潮站数据相关系数大于0.98,在高动态场景下,桥梁GPS-IR水位反演精度稍低.利用经验模态分解(EMD)方法对算法进行改进,提高了在桥梁复杂环境下GPS-IR水位反演结果的精度,均方根误差(RMSE)相比经典方法降低约50%.本文方法提高了GPS-IR技术在不同水域环境下的适用性,在水位监测中具有很好的应用前景.

边坡安全监测GPS-RTK信号的降噪算法研究

全球定位系统实时动态差分技术(global positioning system-real time kinematic, GPS-RTK)是解决路基边坡安全监测问题的重要手段,但GPS-RTK信号易受到多路径误差和共模误差的影响。基于小波变换(wavelet transform, WT)和主成分分析(principal component analysis, PCA)分别可以有效去除多路径误差和共模误差,提出WT-PCA算法去除信号误差。首先设置仿真信号,通过参数调优进一步提高单一算法的降噪效果。其次提出组合算法WT-PCA改进单一算法的缺陷,并与其他组合算法进行对比分析。最后,对十天高速路基边坡的GPS-RTK监测数据进行实例分析。结果表明,WT-PCA算法的信噪比和均方根误差较于WT-VMD优于66%和50%左右,算法可以有效地消除GPS-RTK信号的多路径误差和共模误差影响。提高边坡位移监测信号处理精度,进一步评估边坡结构形变及安全状态。

播总控校时系统GPS/BDS卫星信号接收条件改良方案研究

本文阐述了电视播出系统总控校时系统的架构与实现策略,优化了GPS、BDS卫星信号的接收条件,从而提升了校时系统的稳定性。该方案为播总控系统提供了精确且可靠的时间基准,促进了系统同步运行,确保电视信号的精准播出,为播出安全奠定了坚实基础。

GPS-RTK土地测量技术优化与测量方案创新设计研究

传统的土地测量方法往往受到地理环境、复杂地形和测量精度等问题的限制,因此需要引进更加先进和高效的测量技术。为了提高土地测量能力,引入土地测量工作中的GPS-RTK测量技术,通过多方技术改进以提高土地测量工作的效率和精准度。采用GPS-RTK技术,通过基准站、移动站和全球定位系统(GPS)卫星之间收发信号,可以在移动站实时计算出三者之间的距离,提高土地测量工作的便捷性。在信号处理方面,采用了联邦卡尔曼滤波算法,提高了土地测量工作的信号传播效率。试验结果表明,设计的土地测量工作方案的测绘性能有显著提高。

BDS/GPS/GLONASS组合在峡谷河段的定位性能和精度

针对峡谷河段的不同卫星组合下网络实时动态(RTK)测试较少的情况,对三峡大坝至葛洲坝两坝间峡谷河段BDS/GPS/GLONASS组合下的流动站定位性能和精度进行测试。采取6种观测模式,测试内容为定位服务时效性、空间可用性和定位精度。结果表明,国产GNSS设备BDS网络RTK达到规范要求,固定解比例为98.1%,可以达到水平0.02 m、高程0.05 m的定位精度,一定程度上优于GPS。BDS和BDS/GLONASS双系统2种网络RTK在缺失或不使用GPS信号时,依然可提供高精度定位服务。组合定位能够弥补单一系统的不足,融合系统较各单系统均有不同程度的提高,BDS/GPS/GLONASS和BDS/GPS在定位服务时效性、空间可用性测试和定位精度方面均最优。

GPS现代化L1C民用信号体制分析

为了保持国际竞争力的同时满足全球范围内不断增长的PNT服务需求,美国不断进行现代化全球定位系统(GPS)的升级改造,2020年启用并播发新的民用信号L1C就是重点改造内容之一。针对新形势下日趋激烈的频谱资源竞争环境,在对GPS四个民用信号基本特征梳理归纳的基础上,阐述了L1C频点信号的选择背景及意义,分析了该信号的基本结构,重点研究了L1C信号的具体调制方式及重要特征,最后对伪码进行了详细分析,通过研究深入剖析L1C信号体制,对其他GNSS未来新体制信号的设计及工程实现有借鉴和参考价值。

基于GPS与GLONASS信噪比反演海平面高度研究

为研究GPS和GLONASS各波段反演海平面高度中精度及时间分辨率等问题,选取SC02站2019年124—130年积日GPS L_(1) L_(2)波段及GLONASS G_(1) G_(2)波段SNR数据,采用多项式方法分解复合信号得到反射信号,利用LSP进行频谱分析,反演得到海平面高度。以该站附近验潮仪数据为真值,对GPS及GLONASS数据反演结果的精度及时间分辨率进行对比分析。结果表明:1)GPS与GLONASS均可用于海平面高度反演;2)GPS L_(1)波段反演结果精度与时间分辨率高于L_(2)波段;3)GPS与GLONASS可联合对海平面高度进行反演,且时间分辨率将会得到极大提升;4)GPS及GLONASS反演结果中均存在系统误差,在后续研究过程中需针对该方面进一步研究。

基于GPS与手机信令数据的上海货运枢纽交通特征研究

针对传统道路货运调查抽样率较低、调查成本较高、时效性较差,难以反映货运枢纽集散过程连续性和关联性特征的问题,基于货运交通流自有的时间序列特性,提出12t及以上货车GPS与道路匹配的方法和运用手机信数据令识别货车司机的方法,并给出数据模型结构和算法关键步骤。结论表明,用2种数据分析方法得到货运枢纽交通来源去向分布、集散路径及车速特征,与上海市交通运行年报反映的道路货运发展现状相符,通过手机信令数据识别出的货车司机人数与实际数量相当,所提出的货车集散路径算法具有准确性和实用性,为摸清货运枢纽道路交通空间利用状况,提高货运系统规划及运营管理水平提供技术支撑。

GPS信号与特性分析的研究

GPS作为一种广泛应用的卫星导航系统,其导航系统的高精度、广覆盖和全天候可用性受到人们的普遍认可。然而,地面GPS接收机是相对脆弱的,容易受到各种环境因素影响,可能会对GPS接收机造成干扰,使其难以或无法正常工作。本文通过对GPS信号的基本原理、调制方式进行了研究,分析了信号特征和C/A码的生成方式,为下一步GPS信号的干扰与抗干扰提供理论和现实意义。

小波熵与EMD在GPS信号去噪中的应用

GPS信号在传输过程中会受到多种误差源的影响,如星历误差、卫星钟差、接收机钟差等等,造成接收的GPS信号含有毫无用处的成分。为了提取真实监测信号,对GPS信号进行消噪处理十分重要。首先使用小波熵自适应阈值去噪法,对含噪GPS信号进行去噪处理,然后经过经验模态分解(EMD),按照一定的标准舍去一些本征模态分量(IMF),将剩余的本征模态分量相加,得到去噪信号。试验结果验证了其具有较好的去噪效果。

BeiDou、Galileo、GLONASS、GPS多系统融合精密单点

随着中国BeiDou系统与欧盟Galileo系统的出现以及俄罗斯GLONASS系统的恢复完善,过去单一的GPS导航卫星系统时代已经逐步过渡为多系统并存且相互兼容的全球性卫星导航系统（multi-constellation global navigation satellite systems,multi-GNSS）时代,多系统GNSS融合精密定位将成为未来GNSS精密定位技术的发展趋势。本文采用GPS、GLONASS、BeiDou、Galileo 4大卫星导航定位系统融合的精密单点定位（precise point positioning,PPP）实测数据,初步研究并分析了4系统融合PPP的定位性能。试验结果表明：在单系统观测几何构型不理想的区域,多系统融合能显著提高PPP的定位精度和收敛速度。4大系统融合的PPP收敛速度相对于单GNSS可提高30%~50%,定位精度可提高10%~30%,特别是对高程方向的贡献更为明显。此外,在卫星截止高度角大于30°的观测环境下,单系统由于可见卫星数不足导致无法连续定位,而多系统融合仍然可以获得PPP定位结果,尤其是水平方向具有较高的定位精度。这对于山区、城市以及遮挡严重的区域具有非常重要的应用价值。

单频GPS/GLONASS组合单点定位的精度评估

利用单频伪距观测值和广播星历数据,比较不同观测值权值下GPS/GLONASS组合单点定位的结果,并讨论大气误差对组合单点定位精度的影响。利用最小二乘和卡尔曼滤波两种算法进行单点定位计算,结果表明,组合定位单历元平面位置解精度优于2.5 m,高程方向精度优于4.5 m,24小时解3个坐标分量精度均优于1 m,对于该两种算法,组合定位与单独GPS定位相比精度均有不同程度的提高。

利用GPS/GLONASS组合精密单点定位方法估计天顶对流层延迟?

提出利用GPS/GLONASS组合精密单点定位方法估计天顶对流层延迟,并与GPS精密单点定位估计的天顶对流层延迟进行对比。将IGS提供的新对流层产品作为参考值来评价对流层延迟的精度。利用位于中国区域的三个IGS站一周的数据进行了试算,结果表明截止高度角和对流层参数波谱密度值的设置会对精密单点定位估计结果产生较大影响,相比GPS单系统,GPS/GLONASS双系统组合的估计结果与IGS产品符合得更好。

GPS/GLONASS组合定位中模糊度的处理

在对GPS/GLONASS组合定位的周跳探测和修复方法进行深入研究的基础上 ,论述了适合于两种数据联合解算的GPS/GLONASS模糊度迭代处理方法及相应的基于FARA方法的整周模糊度固定方法。在现有BERNESEVer 4 .0GPS数据处理软件的基础上 ,增加及改进了其中的若干模块 ,从而研制出组合定位系统高精度数据处理软件 ,并进行了试验计算。结果表明 ,所开发的组合定位系统数据处理软件内、外符合精度均达到mm级 ,证明了这种高精度相对定位理论、方法、软件的正确性和可行性。

复杂环境下的GPS/BDS/GLONASS结合的单频RTK定位性能研究

为考察GPS/BDS/GLONASS结合的单频RTK定位模式在复杂城市环境下的定位优势,该文在香港采集一个参考站和7个流动站的GNSS数据,通过LAMBDA模糊度搜索方法和R-ratio检验得到单系统、双系统、多系统GNSS单频RTK的定位精度,分析在复杂观测环境下不同系统单频RTK定位性能.结果表明:1)在良好的观测条件下,多系统定位精度最高,双系统次之,单系统最差,都能达到厘米级的定位精度;2)在复杂环境下,部分单系统单频RTK很难实现双差定位,总体上双系统比单系统定位精度高,GLONAS+BDS的定位精度最差,但都难以实现高精度定位;3)多系统单频RTK可定位精度最高,可用于高精度的城市导航定位;4)观测环境与GNSS单频RTK定位精度具有明显的相关性.

基于DREAMNET的GPS/BDS/GLONASS多系统网络RTK定位性能分析

随着BDS系统完成亚太地区组网、GLONASS系统再次实现满星座部署以及GPS系统的现代化,多系统集成已逐步成为网络RTK技术的发展趋势。本文结合笔者所在课题组自主研发的网络RTK数据处理系统DREAMNET,对不同卫星系统组合模式下的定位精度进行比较分析。试验结果表明,GPS/BDS/GLONASS网络RTK和GPS/BDS网络RTK的定位精度最高,GPS、BDS单系统网络RTK次之。此外,随着高度角的增加,GPS单系统网络RTK的可用性显著降低,而GPS/BDS/GLONASS网络RTK在高度角为40°时依然可以在99.84%的时间里提供水平精度0.01 m、高程精度0.025 m的定位服务。最后,对15 d的定位结果进行统计,包括不依赖GPS系统的BDS和BDS/GLONASS在内的6种组合方式皆可达到水平0.01 m、高程0.025 m的定位精度,其中GPS/BDS/GLONASS网络RTK则可以得到水平0.006 m、高程0.015 m的定位精度,证明DREAMNET的定位精度和稳定性完全可以满足测绘作业的需要。

GPS/GLONASS组合精密单点定位技术在三维水汽层析中的应用

提出利用GPS/GLONASS组合精密单点定位反演水汽的三维分布信息,并选用中国香港地区的12个CORS站6d的观测数据以及相应的COSMIC掩星产品共同进行试算。结果表明,与GPS精密单点定位相比,组合GPS/CLONASS精密单点定位反演水汽三维分布时,穿越层析网格的数目提高18%,精度提高约10%。