学生获奖,比老师获奖意义更深远!——武汉大学卫星导航技术研究中心的大学生创新创业科技实践

随着大众创业万众创新的蓬勃发展,大学生作为我国人才队伍的中坚力量,国家高度重视大学生的创新创业工作,不断加强政策引导,要求各全国高校将创新创业教育贯穿人才培养全过程,坚持理论与实践相结合,组织学生参加各类创新创业竞赛、创业模拟等实践活动,着力培养学生创新精神、创业意识和创新创业能力。

武汉大学卫星定位学科的发展轨迹

武汉大学卫星导航定位技术研究团队始建于1998年1月,以原武汉测绘科技大学卫星导航定位研发团队为基础组建发展而来。长期以来,团队立足于卫星定位导航及相关领域的基础理论方法研究、新技术的推广应用,是国际上具有重要影响力的卫星导航领域研发与创新研究力量。团队以刘经南院士为学术带头人。

卫星导航定位技术教学和人才培养探讨

随着全球卫星导航系统,包括我国BDS系统、美国GPS系统、俄罗斯GLONASS系统和欧盟的Galileo系统的迅猛发展,GNSS系统服务模式已从传统的导航定位服务迈向高精度、实时、可靠、多样化的服务。在此背景下,卫星导航定位技术本科教育和专业人才培养面临着诸多挑战。急需将卫星导航定位技术明确定位为一门独立的应用学科而非交叉学科,解决缺乏专业教材、本科培养方案滞后于最新的技术等问题,以进一步提高北斗专业性人才的培养质量。

武汉大学IGS电离层分析中心全球电离层产品精度评估与分析

2016年2月,武汉大学卫星导航定位技术研究中心(Wuhan University,WHU)正式成为新的国际GNSS服务组织(International GNSS Services,IGS)电离层联合分析中心(Ionosphere Associate Analysis Center,IAAC).本文首次系统地评估和分析了武汉大学IGS电离层分析中心自2016年日常化运行以来(2016年1月到2018年9月,太阳活动低年)的全球电离层产品的精度,并与其他六家IAACs(CODE、JPL、ESA、UPC、EMR和CAS)进行了比较分析.结果表明:WHU的全球电离层产品能够长期稳定且有效地监测全球电离层总电子含量(Total Electron Content,TEC)的时空变化;和IGS综合全球电离层产品比较,WHU的模型均方根误差和CODE、JPL相差不大,均值约为1.4 TECU,产品一致性优于其他IAACs;和GPS实测电离层TEC比较,WHU的模型内符合精度和CODE基本相当,均值约为1.4 TECU,且与电离层活动水平和地理纬度存在显著的相关性;和Jason-2测高卫星VTEC比较,WHU的全球电离层产品的系统性偏差均值约为-0.7 TECU,在不同纬度约为-3.0到1.0 TECU,且与地理纬度存在近似抛物线函数的关系;WHU的模型外符合精度和CODE、JPL以及CAS基本一致,均值约为2.9 TECU,且在中高纬度地区优于低纬度地区,北半球优于南半球.

GPS天线相位中心校正对低轨卫星精密定轨的影响研究

执行各种低轨卫星任务的官方在公布定轨结果的同时并没有公布星载接收机的天线相位中心校正(PCV)信息,而PCV误差是星载GNSS精密定轨必须考虑的主要误差源之一。以GRACE卫星任务为例研究PCV误差对低轨卫星精密定轨的影响,利用GPS观测数据直接估计与相位误差有关的天线相位偏差(PCO)和PCV参数,然后利用K波段测距系统和卫星激光测距仪数据进行定轨评定。

湖北省连续运行卫星定位服务系统建设及关键技术

主要阐述了湖北省连续运行卫星定位服务系统的系统组成、建设过程,同时对系统的测试结果、特点及关键性技术进行了说明,表明该系统完全达到和超过设计要求;最后,介绍了建成后的系统所能提供的技术服务及其未来的应用发展方向。

图像语义信息在视觉SLAM中的应用研究进展

视觉同步定位与建图(visual simultaneous localization and mapping,VSLAM)技术以相机为主要传感器采集图像数据,基于多视几何、状态估计等算法原理获取载体的位置和姿态,同时构建一张用于导航定位的地图。视觉SLAM是自动驾驶、AR(augmented reality)、VR(virtual reality)、MR(mix reality)、智能机器人、无人机飞控中的关键技术。近年来,随着各个产业对智能导航定位的需求日渐增多,原本以几何测量为主的视觉SLAM逐渐融入对环境的语义理解。语义信息是指能够被人类直观感受和理解的概念,而图像语义信息是指图像中物体的轮廓、类别、显著性等信息。相比于图像中的几何特征,语义信息更具时空一致性,且更贴近人类感知的结果。将图像语义信息引入视觉SLAM,既能促进系统各个模块的性能,还能够提升视觉SLAM的智能感知能力,形成集几何测量、定位定姿、环境理解等多种功能的视觉语义SLAM。本文根据图像语义信息的应用方式,对视觉语义SLAM经典方案和最新研究进展进行归纳梳理。在此基础上,本文总结了视觉语义SLAM的现存问题与挑战,指出该领域未来的研究方向,以推动其面向智能导航定位进一步发展。

GPS/BDS精密单点定位技术在滑坡变形监测中的应用研究

分别探讨了GPS精密单点定位技术、GPS/BDS精密单点定位技术及BDS精密单点定位技术在地形较为陡峭、有部分卫星被遮挡的滑坡体特殊环境中的应用能力。选用四川西山村8个监测站,总时长跨度16个月的观测数据进行试验及分析,结果表明:西山村滑坡体整体正以平均9.2mm/月的速度向南滑动,并伴随着垂向上的整体下沉。精度区间统计结果显示,平均5.93h时长的GPS精密单点定位的解算精度基本能达到较高水平且相对稳定,可以有效监测变形较缓慢的滑坡体。GPS/BDS的解算结果的精度接近于单GPS的水平,但由于BDS的数据可利用率整体上不稳定,拉低了GPS/BDS的解算结果的整体精度,表明了当前的单BDS精密单点定位的精度受地形等外界环境变化的影响更大。利用观测时长及数据的可利用率指标加权处理解算结果,降低了观测质量不高的结果对整体结果的贡献比,提高了定位结果的精度和容错率。

广播式远程精密水下导航定位技术

面向水下定位、导航与授时服务需求,针对水下声学位置服务范围小、用户容量小、目标易暴露、环境适应性差的问题,本文提出了广播式远程精密水声导航定位理论方法和时空服务框架,研究了信号体制、基站位置与时钟自标校、广域声速场建模等关键技术,分析了基站立体组网优化设计、同步观测和数据处理等关键问题,提出了基站自主定位和时间同步解决方案。针对复杂多变的海洋声速场这一主要误差源,构建了附加声速场时变参数的函数模型和考虑声速变化特性的随机模型,提出了融合海洋物理机理的改正数建模和增强位置服务方法,以期提升水下PNT服务性能。

Android智能手机联合高度角与信噪比的GPS/BDS定位随机模型研究

在对Xiaomi 8智能手机GPS/BDS原始数据质量分析基础上,提出一种联合高度角与信噪比的GPS/BDS定位随机模型。实测数据解算结果表明,在标准单点定位(standard point positioning, SPP)解算模式下,联合高度角与信噪比随机模型的定位精度优于单一因素随机模型;在附加电离层和对流层约束的单频精密单点定位(precise point positioning, PPP)后处理解算模型中,联合高度角与信噪比随机模型的定位精度与收敛时间均优于单一因素随机模型。采用联合高度角与信噪比随机模型,1 min定位精度可收敛至1 m以内,5 min水平定位精度优于0.5 m,最终水平方向和高程方向定位精度分别优于0.2 m和0.3 m。

地影期间卫星姿态四元数产品对北斗精密单点定位的影响分析

与分析中心保持一致的卫星姿态模型是精密单点定位(PPP)获得高精度定位的关键因素。本文基于武汉大学分析中心(WUM)提供的卫星姿态四元数产品,详细阐述了利用卫星姿态四元数计算偏航角的方法。针对卫星在太阳高度角较低的情况,分析了WUM对BDS-2/BDS-3所采用的姿态模型策略,并基于开源定位软件GAMP深入研究了不同的卫星姿态模型策略对BDS-2/BDS-3 PPP定位的影响。研究表明,在深地影时期,不一致的姿态模型会导致偏航角出现360°的差异,进而使相位缠绕和卫星天线相位中心改正出现分米级的偏差。在此期间,使用卫星姿态四元数产品,与名义姿态相比PPP的定位精度在东、北和天顶方向能分别提高约32%、29%和38%;相较于剔除姿态异常卫星策略(剔除远日点和近日点的卫星),PPP的定位精度在3个方向分别能提高约29%、25%和28%。因此,PPP用户应采用各分析中心提供的卫星姿态四元数产品进行天线相位中心改正(PCO)和相位缠绕改正,避免使用不一致的姿态模型导致PPP定位结果的可靠性降低。

GNSS拒止环境下的手机车载定位研究

针对地下车库这类卫星定位失效场景下的手机端车辆定位问题,本文研究了利用车辆非完整性约束(nonholonomic constraints,NHC)和磁航向辅助惯导自主推算的定位方案。基于智能手机传感器,比较了在没有全球卫星导航系统(global navigation satellite system,GNSS)辅助的条件下,补偿手机安装角和NHC杆臂、在线估计手机安装角和非完整性约束杆臂以及磁航向修正对定位精度的影响,并在2种典型的地下车库(多转弯和长直线)中进行了测试实验。实验结果表明:多转弯轨迹相比长直线轨迹更有利于非完整性约束性能的发挥;在多转弯场景中,在线估计手机安装角和非完整性约束杆臂并进行补偿的方案取得了最好的定位精度;在卫星信号中断500 m条件下,终点平面位置相对测量误差仅为1.66%;在长直线场景中,加入磁航向修正的方案定位精度最高;在卫星信号中断800 m条件下,终点平面位置相对测量误差为10.56%。

基于北斗卫星导航系统的精密单点定位研究

北斗卫星导航系统(BDS)是我国自主发展、独立运行的卫星导航系统,目前已有5颗GEO、5颗IGSO和4颗MEO卫星在轨运行,并于2012年12月28日开始正式提供区域服务。本文在武汉大学PANDA软件的基础上,采用武汉大学发布的BDS精密星历和30s采样率精密钟差产品,利用北京和武汉站观测数据进行了BDS的静态和动态精密单点定位试验。一周的静态数据解算结果表明,基于BDS的静态单天解在平面方向的精度达到1cm,在高程方向的精度在1cm-2cm量级;动态解算结果表明,收敛后平面的精度达到4cm,高程方向为4cm-6cm。

基于MEMS IMU的GNSS RTK/INS紧组合定位分析

本文针对复杂动态的城市环境自动驾驶规模化应用需求,提出惯性单元辅助RTK快速收敛的自动驾驶低成本、高精度定位方法。使用MEMS IMU M39和战术级IMU Pos320,通过对多组实测车载数据进行仿真中断,得到INS位置漂移误差、模糊度收敛时间、模糊度固定正确性指标,再对无惯导辅助、M39辅助模糊度固定和Pos320辅助3种情形下的模糊度固定时间和定位精度进行了统计和分析。结果表明,M39在GNSS中断5 s时可辅助RTK实现模糊度瞬时固定,中断时间为10 s时可以将RTK模糊度收敛时间压缩至1/4。MEMS IMU的加入使得RTK模糊度固定错误个数显著下降,10 cm以内高精度定位占比由62.25%提高至98.44%。试验验证了MEMS IMU辅助RTK能够加快模糊度收敛速度,提高了其在自动驾驶导航定位应用中的精度和可靠性。

2015年3月特大磁暴期间中国区域电离层TEC NeuralProphet预报模型研究

延迟是全球卫星导航定位中重要的误差源之一,提高电离层TEC建模和预报精度对改善卫星导航定位精度至关重要.本文构建了以太阳辐射通量指数F_(10.7)、地磁活动指数Dst、地理坐标和中国科学院(Chinese Academy of Sciences,CAS)GIM数据为输入参数的NeuralProphet神经网络模型(NP模型),实现在2015年3月特大磁暴期中国区域电离层TEC短期预报.为验证NP模型的预报精度,本文同时构建了长短期记忆神经网络(Long Short-term Memory Neural Network,LSTM)模型进行对比分析.结果统计分析表明,NP模型在磁暴期(2015年DOY076-078)TEC预报值RMSE和RD分别为0.83 TECU和3.13%,绝对和相对精度较LSTM模型分别提高1.49 TECU和10.25%;且NP模型RMSE优于1.5 TECU的比例达97.24%,远高于LSTM模型.NP模型预报值与CAS具有较好一致性和无偏性,偏差均值仅为-0.01 TECU,而LSTM模型预报值的均值偏大,偏差均值为1.49 TECU.从低纬到中纬度的三个纬度带内,NP模型RMSE分别为1.12、0.83和0.44 TECU,精度比LSTM模型提高1.94、1.56和1.23 TECU.整体上,在磁暴期NP模型预报性能明显优于LSTM模型,能够精细描述中国区域电离层TEC时空变化.

贵州喀斯特地貌地区GNSS站坐标时间序列特性研究

使用GAMIT/GLOBK10.71软件解算贵州省北斗卫星导航定位基准站网(GZCORS)25个基准站数据,获得各站单天解坐标时间序列。利用主成分分析法提取站坐标共模误差,利用谱分析法分析共模误差基本特性,采用极大似然估计法确定站点最优噪声模型及其运动速度。结果表明,GZCORS坐标序列共模误差中包含有周期项,N方向最大振幅周期分别出现在0.2周/a、1.2周/a、3.2周/a和4.2周/a;GZCORS站点最优噪声模型以WN+FN和WN+GM为主,剔除共模误差后,36%的测站分量噪声特性发生变化;剔除共模误差后,坐标时间序列噪声水平明显降低,各坐标分量速度参数的估计精度均有明显提升,其中N、E、U分量分别提高52%、56%和50%。

Galileo高精度定位服务的空间信号误差及精密单点定位评估

Galileo高精度定位服务(high accuracy service,HAS)利用E6B信号向全球用户播发免费精密卫星轨道、钟差和码偏差改正信息,在卫星高精度实时应用领域有重要意义.评估其空间信号误差及精密单点定位(precise point positioning,PPP)性能是用好HAS的重要前提.基于2023年12月1日至31日的HAS轨道钟差产品进行评估测试,Galileo卫星轨道产品在径向(R)、切向(A)和法向(C)的均方根误差(root mean square error,RMSE)分别为3.24 cm、7.40 cm和6.85 cm,GPS分别为4.52 cm、8.19 cm和6.71 cm;Galileo钟差产品的标准差(standard deviation,STD)为0.16 ns,GPS为0.26 ns.基于欧洲10个测站PPP的实验结果表明:Galileo在E、N、U方向的定位精度分别为6.44 cm、4.65 cm和11.36 cm,GPS分别为7.42 cm、5.78 cm和12.04 cm,联合定位分别为4.11 cm、3.10 cm和7.56 cm,HAS可以满足高精度定位需求.

无人机技术在精准林业中的应用与挑战

森林是陆地生态系统的主体和国家生态安全的保障。随着信息化技术的发展,无人机作为智能化装备的代表,在森林精准调查、设计和管理等方面发挥了关键作用。近年来,随着精准林业的发展以及无人机技术的应用,如何有效协同无人机技术和林业发展需求,实现森林质量精准提升和可持续发展,成为林业研究的重点和热点问题。该文从林业无人机系统及关键技术、研究现状、应用进展以及挑战等方面对近年无人机技术在精准林业中的应用进行阐述,重点探讨了无人机技术在森林资源调查监测、病虫害预警、火灾防控、林业植保、林业管理与执法等方面的应用,并分析了无人机技术在精准林业中面临的机遇和挑战,以期为无人机技术助力精准林业发展提供有益参考。

基于卡尔曼滤波的北斗伪距单点定位算法研究

为了提高北斗伪距单点定位的精度,提出了一种基于多普勒频移和伪距观测值的北斗卡尔曼滤波单点定位算法,并利用实测数据对该算法的可行性与稳定性进行了验证。试验结果表明,该算法在一定程度上提高了伪距单点定位的定位性能。其中,静态定位在平面方向提高42%,高程提高22%;动态定位在平面方向提高33%,高程提高21%。

基于PANDA软件的实时精密单点定位研究

基于PANDA软件，研究了全球以及中国境内实施实时精密单点定位的模式及可行性。实际数据分析结果显示，采用IGS中心提供的超快速预报星历（Ultra—BRD），利用全球40个左右均匀分布的IGS站实时数据，PANDA软件实现了10～20cm精度的实时精密单点定位；国内仅需6～7个测站的实时观测数据，PANDA软件就可以提供全国范围精度为10～20cm的实时精密单点定位服务。