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。

基于卫星导航定位技术的海洋监测领域应用

主要论述了卫星导航定位技术于海洋领域的重要意义及其广泛应用.该技术于海洋监测与预报中突显出重大价值,有效突破传统监测方式的诸多局限,为其开辟全新路径.在海洋卫星应用研究里,涉及众多监测要素.详细阐述了常见卫星导航系统各自的特点,经对比强调建立属于中国自身卫星监测系统的必要性,同时深入分析了卫星定位技术在海洋环境里的适应性以及相应应对策略.细致介绍了卫星海洋监测系统的具体构成,涵盖基准站系统与用户站系统的组建,还有繁杂的数据处理流程.此外,深入探讨了卫星导航定位技术监测所涉及的关键算法,如在水位控制及海洋环境监测等方面的具体应用方法.该项研究旨在为中国海洋事业的进步提供有价值的参考,以全力推动卫星导航定位技术在海洋领域的深度运用与持续发展,助力海洋事业迈向更高台阶.

恶劣传播环境下导航雷达个体识别方法研究

由于港口等区域内存在大量建筑物,导致个体识别设备侦收的导航雷达信号受严重多径效应影响。为解决上述问题,文中提出了雷达基准时钟周期特征提取方法,并基于该特征在恶劣传播环境下对导航雷达进行个体识别。针对两部某S波段导航雷达的四种量程工作模式,进行了雷达重复间隔特征提取有效性验证,并构造了线性分类模型进行识别有效性验证,验证了基于基准时钟周期特征的个体识别方法应对恶劣传播环境的有效性。

基于秒脉冲时延检测的卫星导航抗欺骗干扰方法

为了解决卫星导航接收机在导航拒止环境下无法正常导航定位的问题,提出一种基于秒脉冲时延检测的卫星导航抗欺骗干扰方法。首先,在研究卫星导航欺骗干扰特性的基础上,确定欺骗干扰秒脉冲变化的特点。其次,提出一种针对卫星导航抗欺骗干扰方法,利用秒脉冲判断是否受到欺骗干扰,如是则标记剔除并进行重新捕获。最后,通过半物理仿真验证该方法的可行性。结果表明,该方法达到在卫星导航欺骗干扰环境中利用真实卫星信号定位的目的,可用于卫星导航抗欺骗干扰。

煤矿地下空间定位技术研究进展

我国以煤为主的能源结构决定了煤炭资源的高效开采事关国家能源安全,煤矿智能化是煤炭工业高质量发展的必由之路.地下空间定位技术是实现煤矿智能化的基础,准确的定位信息可用于保障矿工生命安全,优化采矿作业,提高设备利用率,降低运行成本.矿井中卫星导航信号不可用,作业空间封闭受限,电磁环境复杂,光照条件不良,这对于定位技术提出了新要求.围绕煤矿井下特殊场景的定位问题,首先系统介绍了基于距离交会、基于数据库匹配、基于航位推算以及多源信息融合的四类基本定位技术,随后对于这四类定位技术的具体实施方案进行了详细评述,分析并归纳了煤矿地下定位系统面临绝对定位方式误差增大、推算式定位校正困难、多源融合式定位方法性能下降、缺乏全面的标准指导等挑战.未来可以考虑采用多系统协同提高定位能力,引入类脑仿生导航探索新的定位方案,提升无缝定位、应急定位能力,加强定位信息的隐私保护.

基于惯性导航的城市轨道交通CBTC无线环境监测系统网格连续定位技术研究

[目的]由于城市轨道交通现有列车信标次级定位系统的定位精度为300 m,不能满足无线环境监测网格的高精准定位需求,同时GPS(全球定位系统)和北斗卫星导航系统不能用于地下轨道定位,因此,需对城市轨道交通CBTC(基于通信的列车控制)无线环境监测网格连续定位技术进行深入研究。[方法]在城市轨道交通现有列车信标次级定位系统的基础上,采用信标辅助训练的惯性导航技术,通过多传感器融合定位算法,将惯性导航模块的传感器数据和ATS(列车自动监控)系统的信标数据相融合,实现城市轨道交通无线环境监测网格的连续定位。同时采用回归预测算法进行模型离线训练,用于提高城市轨道交通无线环境监测网格连续定位的准确性。[结果及结论]该系统可以实现无线环境监测网格的连续、实时定位,支持CBTC无线环境监测网格在隧道内部、高架下方,以及途经高楼林立和树木遮挡等多种复杂环境下的定位应用,定位精度达10 m,满足CBTC无线环境监测系统的定位需求,全面保障了城市轨道交通CBTC信号系统的安全。

复杂坏境下基于SINS/UWB的容错组合定位技术研究

针对超宽带无线定位系统在复杂坏境中出现的定位数据丢失以及粗大误差等导致SINS/UWB组合系统定位精度下降的问题,提出了一种基于超宽带定位系统容错判断的组合定位方法。首先根据捷联惯导测量值进行基于中值滤波的运动载体静止状态检测,进而利用最小二乘法实现静止状态下捷联惯导量测偏差矫正;然后在建立SINS/UWB组合定位模型的基础上,引入决策树容错判断机制,对超宽带定位系统在复杂环境中由于信号干扰以及非视距导致的测量数据丢失以及粗大定位误差进行实时评估,进而应用卡尔曼滤波算法,实现容错组合定位系统的构建。在搭建的SINS/UWB组合定位实验平台中进行模型验证,结果表明容错组合定位系统能够有效检测出UWB定位系统出现的定位数据丢失以及粗大定位误差,并且在UWB粗大误差状态持续6 s的情况下,容错组合定位系统仍然能够保持较高的定位精度。

基于AliOS Things的室内环境数据采集与可视化技术研究

内嵌AliOS Things云端一体化嵌入式物联网操作系统的Developer Kit开发板搭载了一系列常用传感器。文章针对室内环境下卫星定位信号差的问题,采用Developer Kit板载陀螺仪与加速度传感器实现了室内惯性导航定位,使用引入了零速监测的步行者航位推测算法提高惯性导航定位的精度;在定位的基础上同步采集磁场强度、光照度、温度等数据,基于采样时间比较实现了数据与位置的匹配,并实现了冗余点和噪声的过滤与剔除;采用ArcGIS软件的克里金插值方法对室内电磁、光照、温度数据实现了二维空间化与可视化,同时解决了传统环境监测平台中数据采集种类和采样点单一化的问题。实验结果表明,AliOS Things可作为室内电磁、光强及温度等环境数据监测的低成本可选平台。

可融合里程计的INS/GNSS组合导航系统设计与试验分析

为了解决卫星信号被遮挡环境下MEMS-INS/GNSS组合导航漂移问题,对GNSS信号中断时的MEMS-INS/GNSS系统应如何抑制导航误差的漂移进行了研究。采用基于误差状态的EKF信息融合方法,灵活接入轮式或视觉里程计(OD)的速度约束,建立了一种MEMS-INS/GNSS/OD导航系统。在试验中,对比分析了加入AHRS和里程计信息对导航定位精度的影响。试验结果表明,在GNSS间断环境下,融合里程计能够克服卫星信号中断的影响,在GNSS中断30s时,相较于MEMSINS/GNSS导航系统,定位精度提高了89.70%,且加入AHRS方向约束,能够更好地抑制定位漂移。此外,接入视觉里程计的MEMS-INS/GNSS/OD系统比接入轮式里程计的系统精度提高了16.11%。

复杂城市环境下GNSS/INS组合导航可观测度分析及鲁棒滤波方法

城市峡谷等复杂场景下,建筑物遮挡、多路径和非视距等效应严重影响GNSS信号质量。通过引入动态时变系统可观测度分析方法,在线评价系统每个状态变量的可观测程度,并探究GNSS信号异常对组合导航性能的影响机理。针对智能车辆途径人行天桥和高架桥时GNSS信号受限等情况,基于比较残差协方差矩阵的递推值和理论计算值,提出一种新型的自适应因子,在线度量GNSS/INS融合滤波的异常程度,进而设计自适应鲁棒的卡尔曼滤波(ARKF)算法,并基于可观测度分析验证其有效性。实验结果表明:所提出的ARKF方法能够保证GNSS短时受限时,融合定位最大误差限制在1 m内,增强了GNSS/INS组合导航系统的鲁棒性和环境适应性,保证了车道级高精度导航定位。

北斗三号PPP-B2b服务实时动态定位性能分析

为了进一步提高精密单点定位的精度,对北斗三号全球卫星导航系统(BDS-3)提供的实时精密单点定位增强(PPP-B2b)服务进行实时动态定位性能分析:介绍基于PPP-B2b服务的实时动态精密单点定位模型和数据处理流程;然后在城市环境下进行基于BDS-3PPP-B2b服务的实时动态精密单点定位性能的车载实验,对不同频点组合B1C+B2a、B1I+B3I模式下的动态定位性能进行评估和分析。实验结果表明,实时动态PPP的城市开阔环境试验中利用B2b服务的电文改正信息后B1C+B2a、B1I+B3I频点组合模式下东向、北向和天向上定位精度分别为11.6、18.8、28.6 cm,以及13.3、19.4、32.5 cm,B1C+B2a组合方式在定位精度和收敛速度方面略优于B1I+B3I;复杂城市环境下GNSS信号发生中断后,信号恢复后PPP-B2b重新收敛的定位精度能够达到40.6、33.2、60.1cm;可知,BDS-3PPP-B2b产品精度较高,且城市环境下基于该服务的实时动态精密单点定位能够实现分米级定位,可用于正常生产生活中。

不同环境下手机GNSS数据质量及PPP性能分析

为了进一步提高智能手机的定位精度,提出一种不同环境下智能手机全球卫星导航系统(GNSS)数据质量及精密单点定位(PPP)性能的分析方法:通过可见卫星数、数据完整率、数据中断次数、载波噪声密度比(C/N0,文中简称为载噪比)、多路径5个指标对小米8手机在开阔、信号塔、河边、树荫和高楼5种不同环境下的GNSS数据质量进行对比分析;随后测试其在不同环境下的PPP性能。结果表明:在可见卫星数方面,全球定位系统(GPS)与北斗卫星导航系统(BDS)观测卫星数明显较多;在数据完整率方面,L5/E5a频率信号相对L1/E1频率信号更易受环境因素的影响;对于数据中断情况,L5/E5a频率信号发生中断的次数在开阔、信号塔、河边和树荫4个不同环境下分别比L1/E1频率信号增加了95%、89%、54%和32%;对于载噪比,不同环境下的L1/G1/B1/E1频率信号C/N0均与高度角呈明显正相关关系,而L5/E5a频率信号C/N0与高度角无明显相关关系;在多路径方面,小米8手机的多路径均方根误差是天宝大地型接收机的5倍多,表明手机内置的线性极化天线对多路径的抑制能力较差;另外,河边和高楼环境下的多路径误差明显增大;在定位性能方面,使用单双频混合PPP模型在静态开阔环境下小米8手机三维定位精度可达1.45 m,相比信号塔、河边、树荫和高楼环境分别提高了6%、42%、44%和94%,动态PPP三维定位精度相比静态下降到2.35 m。

狭窄空间的位姿辅助点TEB无人车导航方法

针对无人车在狭窄空间环境中采用传统时间弹性带(TEB)算法通过率低下以及速度突变的问题,提出一种位姿辅助点TEB算法(PAP-TEB)。通过在狭窄空间两侧添加位姿辅助点,调用定点规划算法,提高狭窄空间环境的通过率;其次,利用速度插补控制和S形速度规划分别优化自主导航和定点导航的输出速度,保证输出曲线的平滑和导航过程的稳定性;最后,通过无人车操作系统的对比仿真测试,以及两轮差速无人车实验对PAP-TEB算法进行性能验证。结果表明,在55 cm的狭窄通道场景下,PAP-TEB算法的通过率提升约50%;在穿门实验中,PAP-TEB算法相较于传统TEB算法的通过率提升超过20%,并且宽度越小,提升效果越明显,且无人车速度曲线波动较小,能够实现无人车的平稳运动。

GNSS直接位置估计技术综述

直接位置估计(DPE)是一种最大似然估计(MLE)最优的新型导航接收机技术,对弱信号以及多径干扰具有鲁棒性,能够克服传统两步法接收机在城市峡谷等复杂环境下无法正常工作的缺点.本文首先分析了DPE在理论方面的优势潜力,总结了DPE实现层面临的问题,并在应用层给出了复杂环境下的接收机设计框架,该接收机根据信号可用程度来判断是否使用DPE进行导航定位,能够在消耗尽量少的算力资源下提高接收机在复杂环境下的定位性能.

基于调零天线的无人机抗导航干扰方法

针对无人机在卫星导航拒止环境下利用真实卫星信号导航定位的需求,提出一种基于调零天线的无人机抗导航干扰方法。首先,分析卫星导航压制和欺骗干扰的特点;其次,建立抗干扰模型,抗压制干扰的方法是使用调零天线零陷信号功率,抗欺骗干扰的方法是通过无人机特定的运动,计算位移得到的多普勒和载波跟踪环得到的多普勒之差,并与无人机运动变化进行对比,选定门限判定每颗卫星信号是否为欺骗干扰信号,标记并去除欺骗干扰信号;最后,在欺骗干扰信号和真实信号同时存在的情况下,利用基于Matlab的GPS软件接收机,半物理仿真验证欺骗干扰和抗欺骗干扰的效果,该方法达到了在压制干扰和欺骗干扰环境中利用真实卫星信号定位的目的,可应用于民用和军用卫星导航压制和欺骗干扰中。

未知环境下机器人导航算法与避障算法研究

针对机器人在复杂动态工作环境下如何进行定位和导航的问题做了深入研究,全文阐述了机器人混合导航和地图重建的基本方法。首先,介绍了机器人机械结构与软件平台,并分析了经典双轮差动模型,并总结了机器人的应用范围;然后,通过对视觉数据的数据采集实现了对于环境特征的提取,建立了导航图像和导航机器人导航;最后,建立了基于超声波传感器的模糊避障系统,解决了由于障碍物定位不准确、检测盲区、镜子反射等缺陷导致避障不稳定的问题。经过实验证明,该机器人具有良好的避障性能和导航性能,实现了机器人视觉导航算法。

海洋立体观测网建设与发展综述

高精度全球海洋立体观测网是空天地海一体化观测网的重要组成部分,是陆基观测网和空基观测网向海洋的重要延伸。本文系统介绍了海洋立体观测网的组成,即海洋时空基准网和海洋环境监测与感知网;详细梳理了核心装备,包括水下导航与定位装备、海洋地球物理环境探测装备、极区导航定位装备与大数据中心。面向我国经略海洋和海洋强国战略,应紧跟海底立体观测网的发展趋势,并加快其建设。

越野环境下无人驾驶车辆技术研究综述

越野环境下的无人驾驶车辆技术是近年来智能化领域重要研究方向之一,其在推动军事智能化发展、提高工农业生产效率等方面起到重要作用,具有一定的军事战略意义与民用经济价值.文中基于国内外越野场景下无人驾驶车辆技术的研究现状,从环境感知与导航定位、路径规划、运动控制3个研究层面进行归纳总结,阐述了越野场景下无人驾驶车辆技术中的关键技术及其技术应用存在的问题,并对未来越野环境下无人驾驶车辆技术的研究方向和研究重点进行了展望.

遮挡环境下原子钟和气压测高仪辅助北斗定位方法研究

在城市峡谷等遮挡环境下,接收机无法连续进行定位解算;并且高程定位精度不能满足用户在立交桥或者盘山公路等环境下的定位需求。在接收机内使用原子钟,可以利用原子钟的高稳定性,对钟差进行高精度的预测。并通过与气压测高仪共同辅助北斗系统定位,可以有效提高接收机的定位精度和连续性;该文首先理论分析了原子钟和气压测高仪辅助定位算法;然后,提出一种气压测高仪初始化校正方法,并通过对钟差噪声类型的分析确定了钟差预测方法;最后,模拟遮挡环境,进行原子钟和气压测高仪辅助北斗卫星导航系统定位试验,并分析了定位结果。结果表明:仅跟踪两颗可见卫星,便可以进行定位解算,并且垂直方向上的定位误差从8.2 m (RMSE)下降到了5.2 m,定位结果的波动从4.6 m下降到了0.8 m。

“世越号”沉船打捞中综合海洋测绘技术的应用

韩国"世越号"沉船打捞于2015年8月开展,打捞方案的制定和实施均需要海洋测绘技术的支持,尤其是水下穿钢梁施工,对水下定位精度要求极高。详细介绍了整个打捞施工过程中应用的海洋测绘技术,主要包括沉船水下三维姿态探测、沉船周边地形地貌地质调查、海洋环境监测、水上水下导航定位以及沉船起浮姿态监测等。通过一系列的技术创新,促进了打捞施工的顺利进行,为"世越号"打捞出水提供了重要的技术保证,开创了综合海洋测绘技术在重大救助打捞领域的系统作业模式。