BDSBAS-B1C服务性能评估模型分析

为了进一步提高卫星导航定位精度,提出一种北斗星基增强系统(BDSBAS)服务信号BDSBAS-B1C服务性能评估模型分析方法:介绍北斗三号全球卫星导航系统(BDS-3)星基增强和国外星基增强系统发展概况;并给出星基增强卫星轨道误差、钟差误差、电离层改正误差模型,以及完好性保护水平计算模型;然后基于国际GNSS监测与评估系统(iGMAS)数据对星基增强轨道、钟差、格网电离层改正精度以及定位服务性能进行评估,构建斯坦福(Stanford)图模型来判断系统定位结果的安全等级,并计算服务区内保护水平覆盖情况。实验结果表明,卫星轨道径向(R)、切向(T)、法向(N)方向改正精度分别为0.56、1.06、0.88 m,钟差改正精度为0.95 ns;水平、高程定位精度(95%)分别为1.31、2.06 m;水平、垂直保护水平(95%)分别为5.12、8.09 m,根据Stanford图安全等级结果,能够满足国际民航组织对一类垂直引导进近(APV-I)的指标要求。

基于SBAS技术的地表形变自动识别与监测分析

合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术因全天时、全天候、不受云雾影响,广泛用于地表形变监测,如何快速获取大范围内形变区域的分布情况亟须解决的问题,为此利用短基线集(SBAS)技术处理了143期Sentinel-1A数据,对山西省沁水县进行了地表形变监测,利用热点分析方法自动提取变形区域,并对提取出来的重点区域进行长时间的监测分析。研究结果表明,在沁水县共识别出15处地面塌陷区和1处滑坡。通过对两处典型区域进行时序形变监测,发现塌陷区域目前仍然处于持续变形中,且形变量级较大,最大累积形变量达到了-205.2 mm,验证了利用热点分析进行大范围结果识别监测的可靠性,研究成果可为该区域研究和矿区塌陷灾害防治提供支撑。

BDSBAS时间基准互操作方法研究与性能测试

卫星导航星基增强系统(Satellite-Based Augmentation System,SBAS)由不同国家建设,所增强卫星星座和参考时间系统不尽相同,因此,星基增强系统时间基准之间的兼容互操作一直是国际民航组织(International Civil Aviation Organization,ICAO)星基增强系统标准研究中的重要技术问题。介绍了星基增强系统网络时(SBAS Network Time,SNT)的概念和研究现状,结合国际民航组织星基增强系统标准与建议措施(Standards and Recommended Practices,SARPs),对星基增强系统网络时间兼容互操作问题进行了分析和研究,并给出了目前最新的联合解决方案。在此基础上,对北斗星基增强系统地面状态进行了升级,并开展了服务性能初步测试。结果表明,北斗星基增强系统单频(Single Frequency,SF)星基增强系统网络时间和双频多星座(Dual-Frequency Multi-Constellation,DFMC)星基增强系统网络时间与参考全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)时间基准之间的最大偏差分别为37 ns和0.17μs,满足国际民航组织标准要求;服务性能基本符合APV-I等级要求,证明了北斗星基增强系统时间基准互操作的可行性和可靠性。

基于SBAS-INSAR的德兴矿区沉降监测与分析

以江西省德兴市矿区为例,采用小基线集技术即广域差分增强系统-干涉雷达(Satellite-Based Augmentation System-Interferometric Synthetic Aperture Radar,SBAS-InSAR)技术处理该区域2018年12月29日至2019年12月24日共30景升轨哨兵1号(Sentinel-1A)数据,对该矿区进行地表沉降分析。研究结果表明,研究区内有三处明显沉降,分布在研究区的西南部、东南部以及北部,其中西南部沉降最为严重,最大年平均沉降速率为490 mm/a。针对沉降较为严重的区域选点进行特征点时序分析,结果表明,选取的特征点随着时间的推移其累积沉降量逐渐增大,并在研究时间跨度之内没有减缓的趋势,矿区持续开采诱发的地面沉降会给地质结构和周围居民的生活产生一定影响。

SBAS电文时序动态编排算法

星基增强系统(SBAS)通过GEO卫星转发SBAS电文实现对GNSS服务性能的提升,以满足民航用户不同飞行阶段的导航需求,因此,合理有效的电文内容及播发时序设计是系统实现高质量服务的重要保证。为提高电文编排的灵活性,避免固定时序填补空余电文引起的播发资源浪费,提出了一种SBAS电文时序动态编排算法,在满足国际标准要求的前提下,综合利用SBAS电文龄期和最大播发间隔实现待播发电文的自动选择。利用NTMF实测数据对当前各主要SBAS的电文进行了特性分析,对所提方法的单双频SBAS电文编排效果进行了评估。结果表明:所提算法可保证电文时序符合国际标准要求,实现了重要电文的优先播发,将空余时隙进行动态分配实现了各类型电文播发间隔的近等比例缩短。与固定时序相比,单频SBAS完好性电文播发间隔缩短约15.0%,首次定位时间缩短约8%,双频SBAS电文首次定位时间缩短约6.5%;与固定时序的BDSBAS B1C电文相比,完好性服务能力提升约14.7%,首次定位时间缩短约16.7%。所提算法有效提升了SBAS电文播发的播发效率,实现了SBAS播发资源的100%有效利用。

基于移动GIS和整合SBAS信号的GPS校园绿化调查

探讨了利用GPS整合星基增强系统(SBAS)卫星信号进行绿化调查的过程,并通过应用实验验证该技术的定位精度。在此基础上,基于掌上电脑(PDA)集成移动GIS和GPS,实现了GPS WGS-84坐标转换为城市平面坐标,进行了校园绿化调查,取得了较好的定位精度。

星基增强系统(SBAS)用户端定位算法设计

星基增强系统作为GNSS的重要组成部分,通过提供广播星历差分改正与完好性增强信息,满足高精度高完好性用户使用需求。本文主要设计了一套完整的星基增强系统单双频用户端定位算法处理策略,根据自编程序,验证了算法的正确性。

机载SBAS接收机完好性服务性能分析

星基增强系统(SBAS,satellite based augmentation system)的出现可有效提升全球卫星导航系统核心星座的各项性能,因其能够产生较高精度的定位信息以提供更加安全的导航服务,被广泛应用于民航领域中。利用SBAS服务区域内不同监测站接收的导航和增强报文等实测数据,研究了定位精度和完好性报文处理过程以及可见星质量、定位误差、保护级和告警门限等完好性参数指标。针对完好性监测所要求的故障检测能力,分析不同故障函数时卫星的完好性服务能力,最后完成SBAS故障卫星的检测与排除。结果表明:根据报文解码及各项参数提取算法能够得到较好的精度和完好性结果,各地面站精度都符合LPV-200进近时的要求;美国本土中部地区完全满足LPV-200进近的完好性服务要求,边缘地区监测站除个别时刻外均满足LPV进近的完好性服务要求;排除故障卫星后,服务性能基本与未发生故障时性能相近。

北斗星基增强系统性能评估

以实际广播星历、精密星历和北斗星基增强系统(BDSBAS)增强报文为实验数据,通过计算BDSBAS轨道误差、卫星钟差、空间信号测距误差和BDSBAS格网电离层有效点、播发时间和电离层延迟误差6个指标,评估分析了BDSBAS空间信号的性能。结果显示:BDSBAS增强后的GPS卫星轨道误差在切向、法向、径向分别降低了34.57%,40.57%,30.90%;卫星钟差均方根降低了24.31%,卫星钟差标准差降低了16.8%;空间信号测距误差相比增强前降低了32.75%;BDSBAS格网电离层有效点覆盖了中国及周边地区;BDSBAS各点电离层延迟播发间隔均达到ICAO对精确差分定位的要求;电离层延迟在0°-5°N范围内误差在0.4 m以上,可信度均达到99.9%,在5°-55°N范围内误差小于0.4 m,可信度均为100%;BDSBAS水平定位误差提升超过25%,垂直定位误差提升超过50%,完好性均在99.9%以上。

基于增强现实的虚拟实景空间的研究与实现

增强现实可以把计算机产生的虚拟物体或其他信息合成到用户看到的真实场景中.本文将增强现实技术与基于图像的绘制技术有机的结合起来,研究并实现了一个基于增强现实技术的虚拟实景空间系统.首先介绍了虚拟实景空间的构造,然后着重探讨了虚拟物体与实景空间的合成方法,主要解决合成中的几何一致性和光照一致性问题.

基于低轨互联网星座的全球导航增强——机遇与挑战

针对当前卫星导航发展的瓶颈问题,结合当前低轨互联网星座蓬勃发展的趋势,提出了基于低轨互联网星座的全球导航增强系统建设方案。从新兴用户群体对PNT性能的需求、低轨互联网星座的优势、建设成本优势以及通导融合优势等角度出发,分析了低轨全球导航增强的发展机遇。从频率资源、功率资源以及收敛时间三方面,总结了发展低轨全球导航增强系统面临的挑战。在此基础上,为系统体制、信号体制以及系统建设提出了发展建议。最后给出了总结认为低轨全球导航增强采用天基监测+信号增强体制,信号落地功率有望提升15~30dB,收敛时间缩短至秒级,信号频段向Ka频段扩展,最终实现城市挑战性环境下快收敛、高精度、高完好、高安全、高可用的PNT目标。

具有外部扰动及不确定系统参数的漂浮基空间机器人关节运动的增广鲁棒控制

讨论了载体位置与姿态均不受控制的漂浮基空间机器人系统的鲁棒控制问题.利用拉格朗日方法及系统动量守恒关系导出了漂浮基空间机器人欠驱动形式的系统动力学方程,以确保得到的系统动力学方程关于一组适当选择的组合惯性参数呈线性函数关系.在此基础上,借助增广变量法针对末端爪手所持载荷参数存在不确定的情况,提出了对外部扰动具有鲁棒性的漂浮基空间机器人关节空间轨迹跟踪的拟增广鲁棒控制方案.所提控制方案由于充分利用空间机器人系统动量守恒关系,消除了动力学方程中载体位置相关量,因此具有不需要测量、反馈载体的位置、移动速度和移动加速度的显著优点;且由于对系统不确定参数及外部扰动始终采用保持鲁棒性的方式而非在线估计的方式,有效减少了计算量,因此更适用于机载计算机运算能力有限的空间机器人控制系统实时在线应用.一个平面两杆空间机器人系统的数值模拟仿真,证实了方法的有效性.

差分导航定位系统及其在海洋工程地震勘察中的应用

差分导航定位是海洋工程地震勘探中不可或缺的技术手段。差分导航定位分为局域差分和广域差分,文中分别介绍了隶属于局域差分的信标差分(RBN DGPS)系统和隶属于广域差分的星基差分(SBAS)系统。根据所在测区位置和定位精度要求的不同,海洋工程地震勘探选用不同的GPS定位设备可以接收不同系统提供的差分信号。导航软件也是海洋工程地震作业中必不可少的一部分,它不仅可以记录GPS定位设备的数据,还具有测线设计、坐标投影、航行轨迹显示等诸多功能。通过对导航软件的灵活应用和信号变换,导航软件还可以为地震系统提供触发信号。最后给出了一个海洋工程地震勘探实例。

实景空间中虚拟对象嵌入技术研究

实景空间是以实景图像为素材构造出的具有三维操纵能力的虚拟空间,增强现实技术可以把计算机产生的虚拟物体或其他信息合成到用户看到的真实场景中。该文主要讨论如何在实景空间中嵌入计算机生成的虚拟对象。首先介绍了实景空间的概念和模型,然后着重探讨了虚拟对象与实景空间的合成方法,主要解决合成中的几何一致性和光照一致性问题。

WAAS系统中电离层折射校正的新方法及计算结果

电离层介质的色散性是影响电磁波信号进行卫星导航定位精度的重要因素之一.配合北斗二代分系统研制任务,提出了一种新的电离层折射校正算法,并利用2000年7月1日到3日的双频GPS观测数据对6个用户站进行试算,进一步将试算所得均方根误差和电离层网格算法得到的误差进行比较.结果表明,对于中纬区域的用户站,估算的TEC误差约为0.5 m左右;而低纬用户误差相对增大,为1 m左右.文中给出的算法与电离层网格模型所提供的精度相差不多,在未来中国自主的卫星增强系统中采用新方法进行电离层进行修正是可行的及有效的.

欠发达国家坐标系统及平面控制有关问题探讨

结合近几年在部分欠发达国家的工程案例,全面回顾了以往国外项目在坐标系统及平面控制测量中存在的问题,针对性提出了在困难情况下建立平面控制网的方法及国际相关技术进展,最后详细对相关技术环节进行了较深入的探讨,旨在为工程设计和工程测量的技术人员提供参考和借鉴。

漂浮基空间机械臂关节运动的一种鲁棒控制方案

讨论了载体的位置与姿态均不受控制的漂浮基空间机械臂的控制问题。系统动力学分析表明 ,此类系统的动力学是将为系统惯性参数的非线性函数。本文借助于增广变量法 ,即适当地扩展系统的控制输入与输出 ,得到了一组与适当选择的惯性参数呈线性关系的系统控制方程。以此为基础 ,针对机械臂所持载荷参数不确定但误差范围可确定的情况 ,设计了一种关节运动的鲁棒控制方案。此控制方案的优点在于不需要测量漂浮基的位置、移动速度及移动加速度 ,因此更便于实时应用。

空间机器人的增广自适应神经网络补偿控制

研究了具有外部扰动空间机器人系统的补偿控制问题。首先,给出了漂浮基空间机器人系统的动力学方程。进而借助于增广变量思想,针对系统存在有未知惯性参数及外部扰动的复杂情况,先后设计了空间机器人系统关节运动、末端爪手运动的增广自适应神经网络补偿控制方案。所提控制方案无需对载体的位置、线性速度和线性加速度进行实时地测量与反馈;且较比传统自适应控制方法,又不要求动力学方程满足关于系统惯性参数的线性函数关系,因此有效避免了对系统回归矩阵进行繁琐提取的麻烦。仿真运算,验证了上述控制方法的有效性。

星基增强系统接收机中的导航比特同步设计与性能仿真

星基增强系统(SBAS)中导航电文速率为500符号/秒,针对其弱信号时找导航比特边界难的特点,提出了基于最大似然算法的比特同步算法,给出了在SBAS接收机中比特同步的应用公式和实现方法,并进一步创新性地设计了包含有软判决和多次判决的比特同步综合流程;最后在多种导航比特分布的情形下,对最大似然比特同步算法进行了不同载噪比下的性能仿真,确认了此算法在接收信号很弱时仍然有效。

自由浮动空间机器人系统联体坐标系内轨迹的自适应跟踪控制

讨论了载体的位置与姿态均不受控制的自由浮动空间机器人系统的控制问题。根据系统动量守恒关系 ,得到了与系统惯性参数呈线性关系的系统动力学方程。以此为基础并结合增广变量法 ,设计了系统参数未知情况下空间机器人末端抓手跟踪联体坐标系内期望运动轨迹的自适应控制方法。提出的方法具有不需要测量、反馈载体的位置、移动速度及移动加速度的优点。仿真运算证实了方法的有效性。