基于长短时记忆神经网络的Multi-GNSS卫星钟差建模预报

针对卫星钟差预报中二次多项式模型存在易受噪声干扰、预报精度不高的问题,构建一种基于长短时记忆神经网络的multi-GNSS卫星钟差预报模型,并分析不同卫星系统、不同钟类型基于不同建模方案的模型精度。为验证该模型的有效性和可行性,利用LSTM模型、QP模型、QP-LSTM模型分别基于12 h和24 h钟差序列进行建模,预报1 h、3 h、6 h、12 h钟差。结果表明,LSTM模型建模24 h、预报1 h精度最高。multi-GNSS卫星钟差LSTM预报模型中Galileo系统精度最高,其次为BDS-2系统和GPS系统,GLONASS系统精度最低,精度分别为0.018 ns、0.069 ns、0.133 ns、0.242 ns。不同原子钟预报精度不同,氢原子钟预报精度优于铷原子钟、铯原子钟。LSTM神经网络模型预报精度相较于QP-LSTM模型提升27%,相较于QP模型提升36%。

基于Anubis的Multi-GNSS观测质量评估与可视化表达

为满足Multi-GNSS观测数据质量评估的需求,基于G-Nut/Anubis和MATLAB软件开发了多指标量化与可视化表达程序KMQC。该程序能够显著改善原生Anubis存在的交互性差和可视化性能低等问题,可便捷地输出BDS、GPS和GLONASS等系统的观测质量分析图表。本研究采集了KMCORS中3个基准站2022年7d的RNX3观测数据,对KMQC的性能进行测试。结果表明,该程序可高效输出CORS站的Multi-GNSS观测数据评估结果,并能够通过各型图表进行直观表达。因此,该软件能够显著降低多元GNSS观测数据的质量检核难度,可有效辅助质检部门及时监控CORS系统的运行健康度。

Evalution of the Accuracy and Performance of Multi-GNSS(MGEX)Positioning for Long Baselines by Using Different Software

The Global Positioning System(GPS)is a GNSS constellation,but GNSS is not always GPS.GPS is one of the GNSS constellations used around the world.The GNSS constellations include GPS(US),QZSS(Japan),Beidou/BDS(China),Galileo(EU),and GLONASS(Russia).In 1999,the European Commission(EC)proposed the European Galileo satellite navigation system for the first time.A four-phase development was proposed,including public and private sector finance.Galileo was intended for both civilian and government use,and is managed and controlled by civil authorities.Galileo is made up of 30 satellites,a number of globally distributed ground stations,and a ground control and monitoring system,all of which are extremely similar to the structure,format,and layout of GPS.In this study,we investigate GPS/GLONASS/Galileo/Beidou/IRNSS/QZSS Navigation Satellite System integration algorithm for long baselines ranging from 1500 km to 3000 km in China,Japan and Mongolia.The positioning performance with GPS/GLONASS/Galileo/BDS/IRNSS/QZSS,GPS-only,Galileo-only,GLONASS-only and BDS-only,etc.is compared in terms of the positioning accuracy.An improvement of positioning accuracy over long baselines can be found with GPS/GLONASS/Galileo/BDS/QZSS/IRNSS compared with that of GPS-only and that of BDS-only.The obtained differences of the two baselines(Topcon Magnet Tools Software(Multi-GNSS)-(CSRS-PPP(GPS/GLONASS),(Trimble-RTX(GPS/GLONASS),(AUSPOS(GPS/GLONASS))Online Processing Software)by using GPS/GLONASS/Galileo/BDS/QZSS/IRNSS signals is between 40 cm and 111.5 cm on three days.

地基BDS/GNSS水汽监测在水利领域的研究进展与展望

地球上几乎所有的水汽都集中在对流层,水汽含量对全球气温、降水等气象要素都有很大的影响,在一定程度上可以影响地球气候变化,在全球范围内调节热量平衡.对对流层水汽监测、水资源管理、极端天气预警和气候变化研究等具有十分重要的作用.在北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System, BDS)/GNSS技术持续发展和完善的过程中,BDS/GNSS大气可降水量反演(precipitable water vapor,PWV)逐渐成为一种新型的水汽探测技术,相较于传统水汽探测技术可实现对水汽高精度、近实时的监测.本文对BDS/GNSS PWV反演的发展历程及研究现状进行了系统地综述,阐明其反演原理与方法,主要从高精度水汽监测、降水短临预报、气候变化及旱涝监测方面分析地基BDS/GNSS水汽监测在水利领域中的应用与发展方向.

双线程滑动窗口多系统GNSS超快精密定轨实现及评估

全球导航卫星系统(GNSS)超快精密定轨为GNSS实时应用提供了高精度空间基准。基于天地协同定位、导航与授时(PNT)网络服务中心实现了四系统GNSS卫星超快精密定轨,并对定轨结果进行精度评价。介绍了天地协同PNT网络的概念内涵以及网络服务中心部署的超快精密定轨软件架构和详细功能,并针对实时应用需求提出了一种双线程滑动窗口超快精密定轨策略。最后利用重叠弧段比较、与外部轨道产品比较以及卫星激光测距(SLR)检核3种方式对定轨结果进行了精度评价。结果表明,与武汉大学分析中心的最终事后精密轨道产品相比,四系统GNSS MEO卫星预报6 h弧段的径向均方根(RMS)误差整体在2~5 cm水平,BDS2 IGSO卫星最小一维RMS误差在10~15 cm水平;GPS和Galileo卫星的SLR检核残差均值在1~3 cm水平,标准差在3~6 cm水平,能够满足后续厘米级实时应用对空间基准的精度需求。

核电厂边坡自动化监测系统的设计与实现

边坡工程具有地形险峻、地质结构复杂和事故突发等特点,影响着电厂的安全运营,对其进行变形监测是保证边坡安全运行的重要措施。随着变形监测技术越来越向着自动性、连续性、实时性以及远程控制性方向发展,将全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,简称GNSS)、激光测缝仪和测斜仪等多元传感器技术与4G通讯技术、互联网技术相结合构建自动化监测系统,并将其应用到核电厂边坡工程的变形监测中,通过监测数据自动化接收、数据处理与分析、报表生成和预警预报等模块设计,实现了对边坡的位移、地表裂缝和深层位移等24 h远程监测,获得边坡局部和整体变形及变形趋势,做好预警预报工作,为边坡隐患核查和消除提供技术支撑。结果显示:监测数据均在预警值之内,边坡处于稳定变形状态,同时为验证GNSS位移监测系统数据可靠性,开展人工监测,并将观测成果与GNSS监测数据进行对比分析,认为该系统数据可靠性较高,满足核电厂边坡工程监测的需要。结合工程实践验证了自动化监测系统在核电厂边坡安全管理工作中的可行性,为后续相关项目的实施提供一定的借鉴意义。

基于多GNSS融合的远程时频源驯服控制方法研究

针对目前时频源驯服控制存在的传递误差影响因素多、依赖单向授时等问题,研究基于GNSS共视的远程时频信号复现与驯服控制方法,分析卫星时差与仰角对应关系,确定卫星权重值的大小,提出一种基于卫星观测仰角的融合及验证方案,降低了多径效应带来的误差。提出融合驯服控制算法与实施策略,设计一种基于多GNSS系统融合方案,并通过多GNSS系统、多频点数据融合试验,验证了方案可行性,提高了时间频率源驯服性能。

车载GNSS/SINS/里程计分布式弹性融合导航方法

为提升复杂环境下低成本车载导航系统的容错性能,本文研究了基于次优增益融合(SGF)算法的GNSS/SINS/里程计分布式弹性融合方法。该方法首先根据阿克曼转向几何建立了四轮里程计测速补偿模型,提升了惯性测量单元(IMU)安装中心处的前向和侧向测速精度;然后设计了基于卡方检验统计量的故障检测与分类准则,充分利用了可获取的观测信息;最后构建了随机模型和信息分配因子(ISF)弹性优化模型,分别从传感器层和决策层减少了异常观测的影响,实现了车载多源信息的弹性融合。通过实际跑车数据对GNSS/SINS/里程计分布式弹性融合方法进行测试验证。试验结果表明,本文方法能有效减少子系统故障对全局状态估计的影响,提升复杂环境下系统的容错性能。此外,与经典的联邦卡尔曼滤波(FKF)算法相比,SGF算法全局融合精度损失有限,计算效率却显著提升,有利于多源信息弹性融合的实际工程应用。

SSA-VMD与小波分解结合的GNSS坐标时序降噪方法

利用麻雀搜索算法(sparrow search algorithm, SSA)优化变分模态分解(VMD),然后结合小波分解(WD),提出一种GNSS坐标时间序列降噪方法IVMD-WD。利用仿真信号和10个基准站的实测数据进行GNSS坐标时间序列降噪实验。结果表明,IVMD-WD方法的降噪效果优于经验模态分解(EMD)、集合经验模态分解(EEMD)和WD,能够更加有效地剔除GNSS坐标时间序列中的噪声。

基于多参数自适应VMD的GNSS形变监测序列分解

针对结构健康监测场景下,全球导航卫星系统(GNSS)形变监测序列中各类特征相互混叠,难以进行特征提取与独立分析的问题,提出一种基于多参数自适应变分模态分解(MA-VMD)的时间序列分解算法。首先对变分模态分解(VMD)算法中多项参数对分解结果的影响进行了综合分析;然后从原始序列以及分解结果的频域特性出发,自适应调整分解模态数、惩罚因子、初始中心频率及拉格朗日乘子四组参数,建立MA-VMD算法。仿真序列实验表明,MA-VMD算法的序列分解结果与真实值之间的互相关系数为98.77%、均方根误差为0.1365 mm,均接近全局最优,并显著优于经验模态分解、奇异谱分析、改进变分模态分解等算法。最后基于实测GNSS变形监测数据验证了所提算法在工程应用上的有效性。

基于多旋翼无人机视觉惯性里程计的设计与实现

针对GNSS信号受到干扰或在拒止环境下,多旋翼无人机的导航定位问题,设计一种多旋翼无人机视觉惯性里程计系统。介绍系统的总体设计方案、硬件选型与设计、软件系统搭建、通信协议规定以及算法设计思路。实验验证结果表明:该系统可以实际运行在多旋翼无人机上,当GNSS信号不可用时,仍可向飞控实时提供多旋翼无人机当前可用位姿,为多旋翼无人机视觉辅助导航设计提供参考。

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。

多源融合高精度定位技术在铁路行业的应用展望

铁路是国家物资运输和人员流动的交通大动脉,从铁路建设阶段的控制点布设、线路设计,到铁路运维阶段的平顺性检测、变形监测、列车控制和管理,都离不开高精度的位置信息。传统的全站仪测绘方法存在人力成本高、时效性差等缺点;GNSS用于开阔无信号遮挡的环境效果良好,但用于信号遮蔽的复杂环境则无法定位。随着北斗卫星导航系统的趋于完善和传感器技术的发展,利用卫星等多传感器融合定位的技术逐渐受到人们的关注。GNSS接收机、惯性导航设备、视觉传感器、激光传感器具有互补的特性,以这4种导航传感器为例,利用图优化的方法,实现这些传感器数据的融合高精度定位。通过研究多种传感器融合定位在铁路工程领域的应用,将自动、高效和稳定的新兴技术引入铁路工程测绘,以满足铁路工程对于静态、动态高精度位置信息的需求,为铁路测绘的智能化发展做出积极贡献。

利用SG平滑滤波优化GNSS-R潮位反演

利用全球导航卫星系统反射(GNSS-R)信号进行潮位反演时,需要对多路径频率进行估计.常规反演方法仅对主频率估计,因此存在数据利用率低、反演结果时间分辨率不足的问题.为解决该问题,本文利用Savitzky-Golay(SG)平滑滤波优化GNSS-R潮位反演.首先,利用Lomb-Scargle周期图(LSP)法提取信号功率的前4个频率f_(1)~f_(4),并反演它们对应的潮位值;然后,利用SG平滑滤波方法提取最佳反演结果;最后,以法国BRST站和MAYG站30 d的数据验证算法的有效性.通过与LSP法和窗口LSP(WINLSP)法进行对比,结果表明:相比LSP法,滤波后BRST站和MAYG站的日均反演值数量分别提升34.3%和19.6%,反演值的最大时间间隔分别减少43.2%和29.4%,RMSE值变化不大;相比WINLSP法,滤波后BRST站和MAYG站的日均反演值数量分别提升24.2%和45.9%,反演值最大时间间隔分别减少25.4%和28.6%,RMSE值均减少了7 cm.总体而言,该方法能够在保证精度的前提下提高反演结果的数量,同时提高了数据的利用率和潮位反演的时间分辨率.

GNSS-IR多星融合的稳健回归土壤湿度反演方法

全球卫星导航系统干涉测量法(GNSS-IR)能够利用直/反射卫星信号间的干涉信息分析提取土壤湿度、海面高度等有效信息。针对传统线性回归方法在土壤湿度反演过程中出现的拟合模型随异常观测值偏移的问题,本文提出了利用稳健回归方法降低异常值权重,以达到减小或抵消异常观测数据对观测结果的影响。为验证模型的适用范围,本文在稳健回归的基础上进行了多星融合试验,有效提高了土壤湿度反演精度。结果表明,与传统线性回归方法相比,本文提出的方法在单颗卫星时RMSE和MAE平均降低8.38%和8.91%,在两颗卫星时RMSE和MAE平均降低15.18%和16.42%,在三颗卫星时RMSE和MAE平均降低21.00%和22.97%,在四颗卫星时RMSE和MAE平均降低26.25%和28.71%。

一种稳健最小二乘支持向量机GNSS-IR土壤湿度反演方法

全球卫星导航系统干涉测量(global navigation satellite system interferometric reflectometry,GNSS-IR)是一种新型的遥感技术,可利用多径信噪比序列的延迟相位值反演土壤湿度值,其延迟相位求解通常使用信赖域算法,该算法一定程度依赖初值设定。文章先使用遗传算法求解出延迟相位粗略值,再将该数值作为信赖域的初值用于迭代计算,提升了部分卫星延迟相位的求解精度及稳定性。此外,针对多径信噪比序列易受环境因素影响引入粗差,进而影响模型反演精度,文章采用稳健最小二乘支持向量机作为反演模型,同时又考虑到多星融合的时空尺度优势,将该模型分别做了单星反演至五星融合反演,并与最小二乘支持向量机模型做对比。分析结果表明,当三星融合时该模型提升精度最为明显,MAE最高可降低15.6%,RMSE最高可降低12.0%。

基于IMM-KF算法改进的欺骗式干扰检测算法

针对基于接收机基线长度的欺骗干扰检测方法在短基线和低定位精度下检测性能差的问题,提出了一种交互多模型卡尔曼滤波(Interactive Multi-model Kalman Filtering,IMM-KF)算法改进的欺骗式干扰检测算法。该方法通过IMM-KF算法对两个接收机天线的位置信息进行最优估计,提高基线解算精度,从而提升基于基线长度的欺骗干扰检测方法的检测性能。首先,详细分析了基于基线长度的欺骗干扰检测方法的数学原理;其次,建立欺骗检测算法模型,并对其性能进行仿真分析;然后,根据算法应用场景引入IMM-KF算法优化基线长度估计量;最后,针对不同的基线长度和定位精度进行仿真实验,对算法进行性能评估。仿真结果表明,该算法可以在接收机伪距测量精度为0.1 m、基线长度为0.5 m的情况下达到86%的检测成功率,而传统算法在此情况下检测成功率仅为10%。

利用Multi-GNSS估计天顶对流层延迟

利用PPP技术估计对流层延迟,并设计实验对比分析了各单系统和多系统组合下对流层延迟的估计精度;讨论了不同对流层投影函数对对流层延迟估值的影响;最后以武汉市为例,探讨了对流层延迟与季节变化的相关性。结果表明,利用PPP估计的GPS ZTD、BDS ZTD、GLONASS ZTD、GPS/BDS ZTD、GPS/GLONASS ZTD、GPS/BDS/GLONASS ZTD精度均优于2 cm,且组合系统估计的对流层延迟明显比单系统稳定,精度明显提高;不同对流层投影函数对单系统估计影响较大,对组合系统估计影响较小;武汉市夏季对流层延迟大于冬季,但冬季对流层延迟的湿延迟变化较大,夏季对流层延迟的湿延迟变化小。

地影期间Multi-GNSS精密轨道精度分析

IGS MGEX不同分析中心在事后精密定轨中采用不同的模型及策略,目前暂无统一合并的Multi-GNSS精密产品。本文采用三种策略分别研究GPS、Galileo和BDS产品精度及特性,为用户在使用不同产品时提供参考。首先,将GPS产品与IGS事后精密产品比较,除JAXA中心的qzf产品以外,所有中心GPS轨道产品精度为2.5cm。其次,选取GFZ中心产品作为参考,其它所有中心Galileo轨道产品RMS约为15cm;各分析中心BDS卫星轨道精度存在差异,尤其当卫星处于地影期时差异更为明显。第三,计算连续两天轨道的不连续性评价各中心Galileo和BDS轨道产品精度,结果表明TUM中心Galileo卫星轨道精度最高,COD中心完全光照中的BDS卫星精度最高,但当BDS卫星处于日蚀期时,GFZ和WUM中心轨道精度较高。

露天矿边坡多参量监测方法选择与参数设计

为了提高露天矿对滑坡、泥石流等地质灾害的预警能力,确保生产作业安全,基于先锋露天煤矿的采场、排土场边坡形态和工程、水文地质条件,明确采场北帮为重点监测区域,并对其稳定性进行补充数值模拟分析;结合边坡失稳模式和主要监测参量,设计了包含4种监测方法的先锋露天煤矿多参量边坡监测系统,并估算了系统建设成本。结果表明:该多参量边坡监测系统可以全面地服务先锋露天煤矿的边坡监测和预警,为矿山安全生产提供保障。