零速修正在GNSS/INS紧组合导航中的应用研究

为研究零速修正在GNSS/INS紧组合导航中的应用,提出综合利用GNSS/INS紧组合解算速度、IMU原始数据和多普勒观测数据的零速判断准则以及零速状态下的紧组合数学模型,并通过车载测试进行验证。结果表明,该零速判断准则对载体静止状态的判断与实际情况吻合良好,零速修正能够有效抑制载体静止状态下的IMU传感器误差积累,尤其是在卫星观测质量不好时。相对于不使用零速修正,在较短静止时间内,采用零速修正算法可以使卫星信号正常时的载体位置、速度精度分别改善27%、35%;卫星信号中断30~120 s时,载体位置和速度精度分别改善16%~75%和87%~97%;但卫星信号正常与中断时,姿态改善效果都不明显。     

基于运动检测的飞行区车辆差分北斗/SINS组合导航

针对机场飞行区车载差分北斗/SINS组合导航系统中卫星信号衰弱、断续和中断时引起导航系统精度降低的问题,提出一种基于运动检测的高精度组合导航方法。该方法基于运动检测的差分北斗/SINS组合导航系统框架,根据车辆运动的特性,利用零速修正与动态零速修正相结合的模式来约束SINS误差;建立系统误差最优估计状态方程和量测方程,并结合惯性测量单元输出的陀螺和加速度计信息以及SINS输出速度来实现车辆运动状态的检测;最后通过车载实验验证该方法的可行性。结果表明,卫星信号有效时,差分北斗/SINS组合导航定位精度优于1 m;相比于传统运动学约束技术,2.5 km信号中断场景下,组合导航系统的经度误差最大值由5.21 m减小为1.35 m。     

零漂改正对中国地壳运动观测网络重力数据处理的影响

基于中国地壳运动观测网络2000年流动重力观测数据,分析18台LCR-G型相对重力仪的零漂特性。结果显示,重力仪零漂率在某些时段变化较大,最大达10 μGal/h以上。根据重力仪零漂改正的不同处理方法,利用传统平差模型与改进模型对观测数据进行平差计算,并对结果进行比较。在相同先验中误差的情况下,传统平差模型的后验中误差为39 μGal,重力值平均精度为26.5 μGal,而改进模型的后验中误差为16.5 μGal,重力值平均精度为11.2 μGal,远高于传统平差模型。在数据预处理阶段按闭合观测分段进行零漂改正,可以有效消除重力仪零漂剧烈变化的影响,明显优于将仪器零漂率当作固定参数的计算方法。     

单频GPS/GLONASS组合单点定位的精度评估

利用单频伪距观测值和广播星历数据,比较不同观测值权值下GPS/GLONASS组合单点定位的结果,并讨论大气误差对组合单点定位精度的影响。利用最小二乘和卡尔曼滤波两种算法进行单点定位计算,结果表明,组合定位单历元平面位置解精度优于2.5 m,高程方向精度优于4.5 m,24小时解3个坐标分量精度均优于1 m,对于该两种算法,组合定位与单独GPS定位相比精度均有不同程度的提高。     

CNS/SINS组合导航系统的UKF算法研究

天文/捷联惯性（CNS/SINS）组合导航系统采用姿态组合,可使姿态角处于收敛状态,并有效抑制位置及速度的发散。为提高组合导航系统的精度,本文设计了CNS/SINS组合导航系统的UKF算法,在建立CNS/SINS组合导航系统非线性状态方程及线性量测方程的基础上,首先对UKF的量测更新过程进行简化,降低其计算量;然后,基于平台误差角提出系统状态协方差矩阵中姿态角协方差矩阵的计算方法,并推导了UKF算法中姿态量测值一步预测误差对应的平台角误差向量表达式,进而建立CNS/SINS组合导航系统的UKF算法;最后进行仿真实验。结果表明,相对于线性卡尔曼滤波算法及EKF算法,本文算法可明显提高组合导航系统的各导航参数精度,并且本文算法对滤波器初始姿态角误差变化具有较高的鲁棒性。     

DZW重力仪非线性零漂的贝叶斯估计方法

提出一种利用重力观测数据得到DZW重力仪非线性零漂的新方法。该方法核心算法为贝叶斯公式,原理为以零漂的连续性作为先验约束条件,考虑重力观测数据浮动产生的偏差,将每个采样点零漂的均值和方差作为超参数进行求解。该算法可以重复运算,随着计算次数的增加,超参数会趋向于收敛极限,从而得到最优解。经过数据验证,该算法可以精准得到非线性零漂曲线。零漂校正后重力观测值的方差为1.595 53×10^-10 μGal²,可为DZW重力仪的测量精度提供保证。     

一种基于行人航位推算的改进航迹跟踪算法

针对在未知环境中行人轨迹跟踪问题,提出一种基于行人航位推算的改进航迹跟踪算法,有效实现了在磁场干扰环境下行人轨迹的高精确跟踪.在步数估计中,利用双重阈值二值化算法对加速度数据进行分析,进而获得行人的运动步数;在航向估计中,利用自适应融合算法来获取航向.该融合过程首先根据姿态更新微分方程,将角速度与加速度融合获取一次航向...     

基于软件接收机的BDS/MEMS IMU深组合导航性能分析

针对BDS/MEMS IMU深组合导航全物理实验难度较大的问题,提出一种基于软件接收机的BDS/MEMS深组合导航系统仿真分析方法。给出BDS软件接收机结构,介绍深组合导航系统结构设计及滤波算法,最后基于仿真数据进行验证。结果表明,在高动态条件下,就BDS/MEMS IMU导航系统而言,其深组合的导航精度较紧组合有较大提高,位置误差小于1 m,速度误差小于0.01 m/s。     

基于三频GIF组合的载波相位观测精度分析

鉴于三频GNSS在削弱观测误差方面的优势，基于GNSS三频载波观测独立等精度的假设，在利用滑动多项式拟合实现三频载波无几何无电离层GIF组合观测精度快速估计基础上，研究了一种载波观测精度快速估计算法。GPS和BDS三频数据实验结果表明，该算法可实现三频载波观测精度的快速估计，为快速精密单点定位提供准确的随机函数模型。     

基于载波相位DGNSS/INS紧组合的平滑后处理算法

针对高精度的定位定姿需求,提出一种基于差分载波相位/惯导紧组合的平滑后处理算法。通过双卡尔曼滤波器实现模糊度的解算以及对导航状态误差和惯性器件误差的估计,利用RTS平滑对数据进行后处理。实测数据表明,该算法能得到较高的定位定姿和测速精度。     

不同坐标系下航空重力扰动估算比较分析

针对捷联式GNSS/INS组合航空重力测量系统，比较在当地水平坐标系和惯性坐标系下重力扰动的估算方法及精度。结果表明，惯性坐标系下基于加速度更新的卡尔曼滤波方法比当地水平坐标系下基于位置、速度更新的卡尔曼滤波方法模型简捷且重力扰动的估算精度相当，在半波长分辨率为7.5 km时，6条重复测线重力扰动差值的标准差平均分别为1.21 mGal和1.27 mGal；对于相同测线，两种方法计算得到的重力扰动差值的标准差平均为0.65 mGal；两种方法求得的重力扰动中都存在明显的系统误差，将其按时间进行线性补偿后明显减小，测线间的最大差值分别由8.20 mGal、8.19 mGal减小到2.70 mGal、2.54 mGal，平均内符合精度分别从1.21 mGal、1.27 mGal提高到1.06 mGal和1.10 mGal。     

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GPS实时单站测速和相对测速的误差比较与精度分析

基于GPS多普勒测速原理，结合广播星历介绍实时单站测速和相对测速的数学模型，分析并对比两者的误差源及其对测速精度的影响，然后采用实测数据进行静态环境下和低动态环境下测速精度的实验验证。结果表明，在基线长度约为600 km的静态环境下，采用原始多普勒观测值相对测速精度和单站测速精度都为cm/s级，且相对测速RMS值大于单站测速RMS值；采用高频相位导出多普勒观测值两种测速模式的精度都为mm/s级，且相对测速RMS值略小于单站测速RMS值。在低动态环境下，采用原始多普勒观测值两种测速模式精度都为dm/s级，采用高频相位导出多普勒观测值两者精度都为cm/s级。     

Sound speed profiles in high spatiotemporal resolution using multigrid three-dimensional variational method: a coastal experiment off northern Shandong Peninsula

It is essential to acquire sound speed profiles (SSPs) in high-precision spatiotemporal resolution for undersea acoustic activities. However, conventional observation methods cannot obtain high-resolution SSPs. Besides, SSPs are complex and changeable in time and space, especially in coastal areas. We proposed a new space-time multigrid three-dimensional variational method with weak constraint term (referred to as STC-MG3DVar) to construct high-precision spatiotemporal resolution SSPs in coastal areas, in which sound velocity is defined as the analytical variable, and the Chen-Millero sound velocity empirical formula is introduced as a weak constraint term into the cost function of the STC-MG3DVar. The spatiotemporal correlation of sound velocity observations is taken into account in the STC-MG3DVar method, and the multi-scale information of sound velocity observations from long waves to short waves can be successively extracted. The weak constraint term can optimize sound velocity by the physical relationship between sound velocity and temperature-salinity to obtain more reasonable and accurate SSPs. To verify the accuracy of the STC-MG3DVar, SSPs observations and CTD observations (temperature observations, salinity observations) are obtained from field experiments in the northern coastal area of the Shandong Peninsula. The average root mean square error (RMSE) of the STC-MG3DVar-constructed SSPs is 0.132 m/s, and the STC-MG3DVar method can improve the SSPs construction accuracy over the space-time multigrid 3DVar without weak constraint term (ST-MG3DVar) by 10.14% and over the spatial multigrid 3DVar with weak constraint term (SC-MG3DVar) by 44.19%. With the advantage of the constraint term and the spatiotemporal correlation information, the proposed STC-MG3DVar method works better than the ST-MG3DVar and the SC-MG3DVar in constructing high-precision spatiotemporal resolution SSPs.

     

顾及大气角动量的Prophet-VAR日长变化预报方法

针对日长变化参数序列中蕴含的复杂非线性特征会严重影响其预报精度的问题,同时为探讨引入大气角动量序列是否有助于提升预报精度,提出一种Prophet拟合外推联合向量自回归(vector autoregression,VAR)残差补偿的组合模型用于日长预报.选用2008～2020年的日长变化参数序列进行实验,同时设计不顾及大...     

基于地理探测器的大熊猫生境适宜度评价模型及验证

动物生境适宜度评价对于野生动物生境保护十分重要。基于物种活动点来建模的生态位模型是目前应用最广泛的动物生境评价方法,但该方法不能直接表达生境适宜度与环境因子间具有生态学意义的数量关系。本文以雅安地区为例,提出一种新的大熊猫（Ailuropoda melanoleuca）生境适宜度评价方法,选取海拔、坡度、坡向、地形指数、距水源距离、植被类型、主食竹及距公路距离8个环境因子,引入地理探测器,在分别基于MAXENT模型和层次分析法（The Analytic Hierarchy Process,AHP）所构建生境适宜度模型的基础上,通过4个地理探测器（风险探测器、因子探测器、生态探测器和交互作用探测器）探寻大熊猫生境与各环境因子间的关系以及环境因子对大熊猫生境的影响机理,并将其预测结果与单一MAXENT模型和AHP法进行对比。结果表明：（1）AHP、AHP-Geogdetector、MAXENT和MAXENT-Geogdetector模型总体评价精度分别为85.6%、86.5%、91.3%和94.2%,kappa系数分别为0.699、0.718、0.821和0.882,AUC值分别为0.902、0.928、0.949和0.966,模型所预测的适宜和较适宜区与实际分布区重叠比分别为63.66%、61.30%、76.70%和90.10%,说明AHP-Geogdetector和MAXENT-Geogdetector模型精度均比相应的单一模型有所提高,且MAXENT-Geogdetector模型精度最高;（2）基于地理探测器的大熊猫生境适宜度评价模型能以“生境适宜度和环境因子间具有生态学意义的数量关系”的形式直接体现环境因子对动物生境利用的生态学作用,具有较好的生态学可解释性。因此,用地理探测器进行大熊猫生境适宜度评价具有较好的可行性。