BDS精密单点定位在海洋石油钻井平台动力定位系统的应用研究

深水动力定位(DP)石油钻井平台依赖于高精度的位置参考基准,精密单点定位(PPP)技术是提供海上高精度位置服务的首选方式。目前海上石油钻井平台DP系统所需的高精度位置参考基准以GPS为主。随着我国北斗卫星导航系统(BDS)的全球组网,BDS实时PPP必将为全海域作业提供自主高精度的位置参考基准。本文就自主研制的BDS实时PPP产品开展实船应用研究,并接入南海作业的某DP系统。结果表明,相比于国外同类产品,收敛后的三维位置差异性小于50 cm,接入DP系统后BDS与GPS信息所占的权值一致,验证了BDS单系统实时PPP在海洋石油钻井平台DP系统应用的可行性。     

基于BDS的海上运输监控系统设计

海上运输往往受到高温、高盐及高湿环境的影响,尤其是贵重和精密货物,在运输过程中容易出现损坏风险,因此研发了一种海上运输货物通讯监控系统;这对于海运质量的提升是十分重要的. 本文设计了一种基于北斗卫星导航系统(BDS)的海上运输监控系统,将物联网技术和BDS相结合,以实现对货物的实时监测、导航定位及通讯功能,并以多相流量计的运输为例详细阐述了系统的功能实现方式. 该系统可以作为减少货损成本,提高运输管理效率的工程化辅助工具.      

基于BDS的水质检测仿生鱼控制系统设计

随着工业技术和机器人技术的高度发展,基于仿生学原理的机器人研究成为热点,仿生机器鱼作为一种水下航行器引起了许多科研工作者的兴趣.2020年,北斗卫星导航系统（BDS）全球组网新时代开启,本文针对定时定点采集水质数据耗费人力物力的问题,提出一种基于BDS的仿生鱼控制系统,实现对水质的远程检测,该仿生鱼系统由嵌入式控制板STM32作为主控制器,负责接收各类传感器的数据并且处理,基于BDS定位、导航、授时和双向短报文通信功能,实现仿生鱼自主游动、避障、定深水质检测和将数据实时传输到远程监控端等功能.该设计可以提高工作效率,具有较好的应用前景.      

基于北斗卫星定位的金枪鱼钓船混合动力节能系统设计

我国远洋渔业迅速发展,但随着燃油价格的攀升,渔船作业能耗和环境问题逐渐浮出水面。传统金枪鱼钓船在捕捞作业时,柴油机长时间处于低转速低负荷运行状态,燃油消耗率较高。为了稳定远洋捕捞渔业的经济效益,并达到节能减排的目标,提出了一种基于北斗卫星通讯的金枪鱼钓船油电混合动力系统。油电混合动力金枪鱼钓船由柴油机和电动机两大动力源构成,采用燃油和电能混合提供动力,可以根据北斗卫星定位的渔场位置及航速选择不同的动力源驱动。通过燃油经济性分析,与传统金枪鱼钓船相比较,在相同工况、相同作业时间的条件下,综合油耗量降低13％,系统灵活性、燃油经济性有一定的提高。      

基于DREAMNET的GPS/BDS/GLONASS多系统网络RTK定位性能分析

随着BDS系统完成亚太地区组网、GLONASS系统再次实现满星座部署以及GPS系统的现代化,多系统集成已逐步成为网络RTK技术的发展趋势。本文结合笔者所在课题组自主研发的网络RTK数据处理系统DREAMNET,对不同卫星系统组合模式下的定位精度进行比较分析。试验结果表明,GPS/BDS/GLONASS网络RTK和GPS/BDS网络RTK的定位精度最高,GPS、BDS单系统网络RTK次之。此外,随着高度角的增加,GPS单系统网络RTK的可用性显著降低,而GPS/BDS/GLONASS网络RTK在高度角为40°时依然可以在99.84%的时间里提供水平精度0.01 m、高程精度0.025 m的定位服务。最后,对15 d的定位结果进行统计,包括不依赖GPS系统的BDS和BDS/GLONASS在内的6种组合方式皆可达到水平0.01 m、高程0.025 m的定位精度,其中GPS/BDS/GLONASS网络RTK则可以得到水平0.006 m、高程0.015 m的定位精度,证明DREAMNET的定位精度和稳定性完全可以满足测绘作业的需要。     

BDS三频长基线RTK定位性能分析

实时动态定位(real-timekinematic, RTK)技术作为不可替代的精密定位技术之一,在很多领域发挥着重要作用。BDS多频信号的播发将提供多种三频RTK组合定位方式,因此本文进行了多种BDS三频组合长基线RTK解算实验,并与GPS和Galileo系统三频组合进行对比。实验结果表明,BDS卫星可用性优于另外2种系统。BDS B1I/B2b/B3I三频组合长基线RTK定位性能最优,优于GPS和Galileo,模糊度固定率在90%以上,模糊度固定初始时间在60 min以内,定位精度可以达到厘米级;其余3种BDS-3三频组合长基线RTK定位性能低于GPS和Galileo,或者与其相当。     

BDS/GPS双系统组合GBAS性能评估

随着北斗卫星导航系统(BDS)全球组网进程的推进,BDS/GPS组合导航成为提高导航性能的重要方法,同时地基增强系统(GBAS)作为实现精密导航的新一代导航方式是当前研究的热点。本文通过推导BDS/GPS双系统组合GBAS数学模型,分别对BDS、GPS独立作为GBAS导航源及BDS/GPS组合导航作为GBAS导航源时系统的精度因子(DOP)、垂直保护级(VPL)性能进行了对比分析,对比验证了应用各系统时GBAS性能的差异。结果表明,基于BDS与GPS的GBAS性能接近,且互有优势;BDS/GPS组合GBAS性能优于各单系统性能。     

恶劣环境下GPS/BDS混合双差模糊度固定性能分析

针对在恶劣观测环境下每个GNSS系统只观测到较少的几颗卫星,采用标准双差模型很难实现整周模糊度固定的问题,该文对GPS/BDS系统间混合双差模型进行研究,利用该模型计算出GPS/BDS系统偏差。在此基础上,利用实验分别对模拟和真实恶劣观测环境下的模糊度固定性能进行分析,实验结果表明,恶劣环境下GPS/BDS系统间混合双差模型表现良好,相较于经典的双差模型可将模糊度固定平均所需时间分别缩短43%和33%,模糊度固定成功率分别提高107%和31%。     

BDS在仿生机器鱼中的应用研究

仿生机器鱼作为水下机器人行业的一个重要分支,在探索海洋资源方面发挥着重要作用.本文论述了北斗卫星导航系统(BDS)在仿生机器鱼中的应用,并基于BDS的仿生机器鱼基本定位原理,提出了多导航方式组合技术．对基于BDS的仿生机器鱼机械结构进行了模块化设计,说明了BDS在仿生机器鱼位姿解算以及路径规划技术中的应用,设计并搭建了基于BDS的仿生机器鱼的硬件系统,并在实验室自主设计的仿生机器鱼上实现.      

GPS/BDS接收机端系统偏差实时估计方法

针对GPS-BDS系统偏差会导致GPS和BDS系统间的混合双差模糊度不具有整数特性,且其不完全稳定的问题,该文提出一种GPS/BDS系统偏差实时在线估计方法。通过将双差模糊度以单差模糊度之差的形式进行求解,然后再将以周为单位的单差模糊度投影为双差模糊度,以此消除GPS和BDS不同波长的影响;在此基础上,采用Kalman滤波对系统偏差进行实时动态估计。实验结果表明,该方法采用较少历元的观测数据便可使系统偏差收敛,并且收敛后十分稳定,可以将其作为校正参数;加入系统偏差改正的GPS/BDS紧组合定位在恶劣环境下表现良好,可将模糊度固定平均所需时间缩短29%,模糊度固定成功率提高45%。     

BDS在电动船智能充电装置中的应用

海上电动船已被普遍应用于海洋科考活动,但其电能的补给多依赖于岸基充电设备和人工回收,补电效率低下. 文中设计了一种以海洋能为能源的电动船智能充电装置,可利用风能、潮流能多能互补模式为水面电动船提供便捷充电. 利用北斗卫星导航系统(BDS)的导航与通信功能实现充电装置的定位,并引导电动船到达充电装置所在海域. 此外,岸基终端通过BDS实现装置工作状态的信息反馈,以获得电动船实时充电状态. 该装置可提高海上电动船电能的补给效率且能量来源清洁.      

BDS RTK／MEMS-INS组合数学模型研究与性能分析

卫星导航系统和惯性导航系统（INS）具有极强的互补性,两者组合能有效提高导航定位结果的可用性、连续性和可靠性. 随着北斗卫星导航系统（BDS）的快速发展和低成本惯导元件（IMU）性能的不断提高,进行基于BDS和低成本IMU的组合导航系统相关理论和技术研究具有很强的研究意义和实用价值. 本文首先对BDS RTK／M-EMS INS组合理论模型进行推导,并利用实测车载数据对组合系统的性能进行分析. 实验结果表明,在BDS中引入低成本IMU,可以在不损失定位精度的同时有效改善测速精度. 组合后在车载动态中定位精度影响为mm级,而速度误差改善在北、东、地方向达到了75.8％、79.5％、66.7％. 此外,在BDS+INS紧组合中使用双频数据可以改善测速定姿精度,速度误差改善为18.2％、33.3％、33.3％,姿态误差改善为41.1％、26.7％、59.0％.      

北斗/GPS抗差移动窗口定权位移探测

蠕变状态下Kalman定位精度通常与观测值方差有极大关系,BDS(BeiDou Navigation Satellite System)/GPS组合观测值方差易受观测值权比精确度的影响。为了提高位移探测精度、缩短初始坐标收敛时间及降低监测成本,本文采用时钟同步双天线BDS/GPS接收机,在构建单频单差组合定位模型基础上,分别对GPS和BDS观测值等价权进行抗差处理,利用引入时间相关遗忘因子的Helmert方差估计,精确确定GPS与BDS观测值权比,最后通过实时更新观测值方差,实现扩展Kalman滤波的逐历元定位。试验结果表明,针对短基线(1km),BDS/GPS抗差精密定权Kalman方法可显著缩短初始坐标收敛时间,位移探测精度可达到亚毫米级,位移收敛速率与移动窗口参数基本成反比关系,适用于具有蠕变特征形变体的监测。     

GPS/BDS ARAIM算法性能测试

针对高级接收机自主完好性监视(ARAIM)算法的适航性,基于实测数据,对GPS／BDS ARAIM算法故障检测与排除的性能和可用性预测的性能进行了测试. 结果表明:GPS／BDS组合系统下ARAIM算法故障检测与排除的性能良好,对大于100 m的阶跃型故障,正确检测与排除的效率达到99.9％;GPS／BDS组合系统下ARAIM的单点可用性良好,完全满足LPV-200的完好性性能要求,中国范围内的可用性覆盖率达到99％,世界范围内的可用性覆盖率达到90％以上. 由此可知,GPS/BDS ARAIM算法性能良好.      

区域电离层建模的单频伪距定位验证

针对电离层单层模型无法满足单频用户定位精度要求的问题,该文建立了区域电离层斜路径模型和单星多项式函数模型。基于河北省区域CORS站的实验结果表明:该文建立的区域电离层模型的拟合精度比CODE中心的格网电离层模型提高了近80%。并将其应用于北斗、GPS单频伪距单点定位,得出北斗的单点定位高程和平面定位精度分别优于3和2m,GPS的单点定位高程和平面定位精度分别优于1.5和1m;相对于CODE,GPS和北斗在平面及高程方向的定位精度均提高了50%左右。结果证明,采用斜路径电离层模型和多项式函数模型,可以较好地反映区域电离层的精细结构。     

基于BDS海洋上冰山踪迹监测方案设计

冰山亦被称为“海洋杀手”,其对在其附近海洋上航行的船舶构成很大的威胁。本文阐述了海洋上冰山的特性及其对海上船舶的危害,且研讨了基于北斗卫星导航系统（BDS）对海洋上冰山踪迹进行监测的方法并设法告知海洋上船舶冰山的位置,使船舶提前躲避冰山避免灾难的发生。文章研讨的结果亦可以为以后数字海洋的建设提供参考。     

GPS在电力工程勘测中的应用

测绘工作作为电力工程设计的前期工作，对工程造价、工程设计、建设质量起着重要作用，电力勘测设计随着测量设备及测量手段的逐渐完善，其效率日渐提高。文中针对先端测量设备GPS及RTK平断面测量在某变电力设计勘测中的应用进行讨论。     

BDS/GPS组合单历元基线解算方法

阐述了BDS/GPS单历元解算函数模型的相关理论,并进行了相应的公式推导。在此基础上,利用基于正则化的载波相位解算模型,解算宽巷模糊度。首先将BDS卫星宽巷模糊度值作为约束固定出IGSO和MEO卫星的模糊度;然后再将IGSO和MEO卫星模糊度值作为约束来固定GEO卫星模糊度。通过实测数据对该方法进行测试和分析,结果表明:BDS/GPS组合系统单历元宽巷模糊度成功率为100%;基频模糊度成功率90%以上;N、E、U方向定位精度达到了毫米至厘米级。     

基于北斗卫星导航系统的伪卫星增强技术初探

介绍了伪卫星技术,在借鉴GPS伪卫星技术的基础上,提出了使用伪卫星技术来增强北斗卫星导航系统服务功能的思路和想法。初步分析了基于北斗系统的伪卫星系统建设的一些关键技术和解决方案,为北斗系统的伪卫星增强系统建设提供了参考。