湖南省大区域三维水汽层析反演及降雨预报应用

水汽是地球大气的重要组成部分,虽然在大气总量中仅占据很小的比例,但在时空上变化显著,且在灾害性天气的形成和演变中发挥着重要作用。全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)层析技术可有效获取高精度、高时空分辨率的水汽三维分布,已成为当下GNSS气象学的一个研究热点。基于卫星探测技术能够获取大范围的水汽图像,尤其是地球静止卫星兼具空间覆盖范围广和时间连续性高的优点,使其成为水汽监测研究的重要数据源。基于融合风云4A水汽产品和GNSS观测数据的层析模型,利用湖南省连续运行基准站(Hunan Continuous Operation Reference Station,HNCORS)观测数据进行水汽层析实验,获取了湖南省高时空分辨率的大气水汽密度三维分布场,验证了该技术可有效提升水汽密度场的反演精度;基于层析水汽产品构建了多参数神经网络降雨落区预测模型,进一步挖掘层析技术在降雨预测中的应用潜力。该研究将促进暴雨等灾害天气监测预判能力的提升,对水利工程洪水监测具有重大现实意义。

复杂环境下GNSS/INS紧组合垂直振动监测精度评估

桥梁主体结构垂直方向的动态位移能直接反映其在车辆等荷载作用下的状态变化,也是桥梁结构健康监测的重要内容之一。全球卫星导航系统(GNSS)已在桥梁动态位移监测中得到推广应用,但其信号容易受到桥梁缆索、桥塔、过往车辆等障碍物的遮挡和干扰,影响监测精度。将惯性导航系统(INS)与GNSS组合进行监测,一定程度上增强了抗干扰能力,但也会因为GNSS信号质量的下降而影响对惯性传感器累积误差的校正。为正确评估复杂环境下GNSS/INS紧组合垂直振动监测精度,利用振动台设置幅值已知的振动,并在开阔环境、各种模拟遮挡环境以及多径环境中进行测试。结果表明,在开阔环境中,紧组合解算模式相比于GNSS动态单历元解算精度略有提升;而在复杂遮挡环境下,随着GNSS可视卫星数减少,紧组合解算对定位结果精度的提升效果可以达到15%;在多径环境下,INS增加了集成系统的抗干扰能力。

GNSS弱信号两级快速傅里叶变换捕获方法

高动态弱信号条件下,为了提高捕获过程实现的灵活性,提出了两级快速傅里叶变换(FFT)多普勒频率捕获方法,第一级FFT使用较短的相干积分时间将多普勒频率搜索范围划分为多个粗分格,第二级FFT在每一个分格内对多普勒频率进行更精细的搜索。采用文章提出的捕获方法,可以降低FFT点数,简化实现复杂度;另一方面,计算第一级FFT时可通过流水线操作提高资源利用率。为了验证所提方法的正确性,仿真实现了两级FFT捕获方法。结果表明,两级FFT方法能在高动态弱信号条件下正确捕获多普勒频率。

复杂城市环境多模RTK/SINS紧组合定位性能分析

利用全球卫星导航系统(GNSS)实时动态差分(RTK)与捷联惯导系统(SINS)进行紧组合定位,是解决高精度GNSS导航定位技术在复杂城市环境中性能受限问题的有效途径之一。为深入分析紧组合方案的定位性能,将开阔环境的RTK/SINS紧组合定位结果当作参考值,对典型复杂城市环境进行了分类和掩模,并在仿真环境中,评估分析了全球定位系统(GPS)与北斗卫星导航系统(BDS)双星座组合定位,GPS/BDS/GLONASS(格洛纳斯卫星导航系统)三星座组合定位、GPS/BDS/GLONASS/QZSS(日本准天顶卫星系统)四星座组合定位,以及单RTK、RTK/SINS紧组合等不同融合策略下的定位性能。实验结果表明,在各类复杂城市仿真环境中,不同星座组合的RTK/SINS组合定位性能,较RTK定位性能有较大提升,其中四星座组合定位性能最优。在单一的掩模仿真城市环境中,紧组合模糊度固定率和车道级定位可用率分别能达70%、90%以上,定位精度通常优于15 cm;而在掩模仿真组合复杂城市环境条件下,紧组合模糊度固定率和车道级定位可用率为64%、82%左右,定位精度约为40 cm。

相位锁定指示值与GNSS观测值质量分析

全球卫星导航系统(GNSS)信号易受外界环境干扰,出现衰弱或短暂丢失现象,影响载波相位观测值的质量。相位锁定指示(PLD)值P_(LDR)是一种载波相位跟踪性能的度量,用于指示信号跟踪状态和评估载波相位的跟踪能力。为深入研究P_(LDR)与GNSS观测值质量的关系,对空旷、树荫、墙角和玻璃幕墙环境中P_(LDR)、载噪比、高度角、周跳和载波相位残差间的关系进行分析,结果表明:在空旷环境中,P_(LDR)与载噪比、高度角强相关;在树荫等复杂环境中,P_(LDR)与载噪比强相关,但与高度角无明显相关性;在所有环境中,P_(LDR)与周跳发生概率的相关性强,与载波相位残差的周期性变化部分相关性强且没有时延现象,但P_(LDR)不能反映载波相位双差残差的总体变化趋势。为验证P_(LDR)作为观测值质量指标的有效性,建立了一种顾及P_(LDR)的高度角随机模型,实验结果表明,新模型可有效提升定位精度与可靠性。

一种结构化LDPC码的部分并行译码器设计

CCSDS标准给出的低密度奇偶校验码(Low Density Parity Check,LDPC)其子矩阵具有不同的列重,这给部分并行译码器的设计带来困难。本文针对如何高效实现CCSDS中LDPC码部分并行译码的问题,根据该类码的准循环特性,将码的校验矩阵分解成3个矩阵的和,提出了一种能够部分并行译码的译码器结构。利用本文提出的方法设计译码器时可以在译码时延和译码复杂度之间进行折中。