微PNT与综合PNT

综合定位导航授时是后GNSS(全球卫星导航系统)发展的必然趋势。本文侧重梳理微PNT发展需求和发展现状,分析与之关联的核心关键技术,论述综合PNT与微PNT的关系。强调综合PNT需要大量基础设施投入与建设,而微PNT侧重高技术传感器的集成应用。与现有文献思路不同的是,我们认为,为了实现各类传感器PNT输出结果的坐标基准统一和时间尺度一致,微PNT应包含多模GNSS和芯片级惯性导航和芯片级原子钟等定位定时组件,微PNT强调小型化、个性化、组合化服务终端;微PNT除各PNT组件的小型化外,还包括各组件的深度集成,各类数据的自适应融合和各组件的自主标校;当然,微PNT也强调各传感器信息的时空基准的统一。     

GNSS实时周跳修复算法与精密单点定位测试分析

全球卫星导航系统(GNSS)能够为用户提供定位、导航和授时(PNT)服务,被广泛应用于国防安全保障和国民经济建设中.实时精密单点定位(RT-PPP)是一种高精度卫星导航定位方法,针对信号中断导致的重新初始化时间长的问题,提出一种基于历元间差分伪距和载波相位观测量的周跳修复算法,设计了一种RT-PPP算法,并介绍其实现流程.采用国际GNSS服务(IGS)观测站数据进行周跳修复实验,成功率在99%以上,缩短了重新收敛时间.在楼顶进行推车实验,RT-PPP在水平方向定位精度优于1 cm,高程定位方向精度为2～3 cm.     

单频到五频多系统GNSS精密单点定位参数估计与应用

全球导航卫星系统(GNSS)已发展至多频多系统时代,特别以我国北斗卫星导航系统(BDS)为代表的四大全球导航卫星系统可全天时、全天候播发十几个频率的伪距、相位和多普勒等观测信息。多频多系统GNSS为用户提供更多的观测数据和组合选择,为精密定位、导航和授时(PNT)应用带来了新的机遇,如高精度位置服务、大地测量、空间天气和灾害监测等。但多频多系统GNSS观测为精密单点定位(PPP)组合模型和系统偏差及大气延迟估计等带来诸多问题和挑战。本文给出了单频到五频多系统GNSS精密单点定位(PPP)模型,估计和评估了单频到五频多系统GNSS PPP定位精度、接收机钟差、对流层延迟、卫星和接收机硬件延迟,以及频间偏差。给出了GNSS PPP最新应用进展,包括GNSS气象学、电离层模拟、时间频率传递、建筑物安全和地震监测及其应用。结果表明,多频多系统极大地提高了GNSS PPP参数估计的精度和可靠性,具有重要的应用价值。最后给出了多频多系统GNSS PPP应用前景与展望。     

全球导航卫星系统反射测量(GNSS+R)最新进展与应用前景

全球导航卫星系统(GNSS)具有全天候、近实时、高精度的特点,可持续发射L波段信号,广泛应用于定位、导航和授时(PNT)。随着GNSS技术的发展,最近GNSS反射信号可探测地球表面特征,即GNSS反射测量(GNSS+R)。结合GNSS接收机天线位置和介质信息,利用延迟测量值可以确定表面粗糙度和表面特性。GNSS+R作为当前GNSS和遥感领域的研究热点,取得了一些研究进展和成果。本文详细介绍了GNSS+R原理和方法及其最新应用进展,包括各种GNSS+R技术手段和方法,以及海洋、陆地、水文、植被和冰雪等遥感应用,特别是最新BeiDou-R和TDS-1研究进展。最后给出了GNSS+R应用前景和展望,包括多GNSS系统、GNSS+R接收机、GNSS+R卫星计划和新兴应用等。     

PNT智能服务

定位导航定时(PNT)发展的重要方向是智能PNT服务.智能PNT服务必须首先感知用户PNT服务需求,以及用户所处的相关环境,进而实现多源PNT信息智能集成、观测模型智能优化及多源PNT信息智能融合,最终实现PNT信息的智能推送.本文从PNT智能感知、智能模型、智能数据融合到智能服务各个环节论述"智能PNT"的关键技术,并分析其内涵;提出PNT信息智能集成的"可用性准则",PNT观测函数模型智能优化的"可靠性准则",PNT多源观测随机模型优化依据的"不确定性准则",多源PNT信息融合的"精确性准则",PNT服务的"高效性准则"及高动态用户的"连续性准则".分析认为,综合PNT是弹性PNT的基础,弹性PNT是智能PNT的基础,智能PNT是PNT服务的重点发展方向.     

雾定位及其应用研究

全球卫星导航系统（GNSS）的发展促进了基于位置服务(LBS)的迅速普及,人们对高可靠、高可信、高精度定位、导航、授时（PNT）服务需求日益迫切．PNT是一个融合多类技术、包括多级系统的体系架构．围绕PNT服务体系优化,国内外学者相继提出了全源导航定位(All source positioning and navigation)、弹性PNT(Resilient PNT)、云定位(Cloud Positioning)等新的架构和技术体系．本文提出以具备通信、计算、存储、定位、感知等能力的异构定位资源为基础设施,通过智能管理与调度分布在不同地理位置的异构定位资源实现用户高可靠、高可信、高精度的PNT信息服务．并由此给出了雾定位(Fog Positioning)与泛源导航定位(Omnipresent Positioning and Navigation)的定义,指出雾定位的定义由分布式计算架构演化而来,强调构成PNT服务体系的架构;而泛源导航定位的概念是从定位技术的发展演化而来,强调利用可获取的泛在导航定位数据源进行协同融合处理,实现泛在定位的能力．在此基础上,通过与云定位比较,指出雾定位是云定位向用户端的延伸,是定位资源的泛在化实现,同时雾是一种动态的、弹性的云,因此雾定位是一种具备“弹性”性能的PNT架构．而泛在定位是PNT信息服务发展重要目标,雾定位给出了实现这一目标的潜在手段,即泛源导航定位．最后,结合城市环境、室内环境等复杂场景,研究了雾定位／泛源导航定位的基本服务模式．      

综合PNT场景增强系统研究进展及发展趋势

定位导航授时（positioning navigation and timing,PNT）是国家重要战略基础设施,目前中国已经建立了完善的北斗天基增强系统、地基增强系统、低轨增强系统,室内外定位技术蓬勃发展,但声光电磁等多种定位技术手段在全球导航卫星系统（global navigation satellite system,GNSS）拒止环境受到诸多限制,在深空、深地、深海三深空间综合PNT依然面临许多困难。近年来,数字孪生、实景三维等战略逐渐落地,三维场景为提高综合PNT的完好性、连续性、可用性提供了新的机遇。对综合PNT场景增强国内外技术现状进行了系统梳理,总结了综合PNT场景增强系统面临的挑战,阐述了综合PNT场景增强系统建设主体、服务层次、系统架构等基本框架,展望未来中国的综合PNT体系是以北斗PNT为核心,天基增强、地基增强、低轨增强、场景增强多源信息集成的服务于全空间的综合PNT智能服务体系。     

综合PNT应用服务体系：概念框架、技术路线与应用展望

综合定位、导航与授时(positioning, navigation and timing, PNT)体系是我国数字化经济社会运行发展的重要支撑，以北斗三号(BeiDou-3 Navigation Satellite System,BDS-3)为核心的综合PNT应用服务是我国未来时空信息领域技术与产业的发展重点.本文首先定义了“按需弹性可伸缩综合PNT应用服务体系”概念，提出了“一体白盒(软件定义节点)+统一网络(弹性可伸缩系统)+网信场图(智能运管服务)+智能博弈(复杂任务决策)”的应用服务框架，设计了“固基、强网、增效”的综合PNT应用服务技术路线，给出了“公网+专网+机动网”的综合PNT应用服务模式，并对应用前景进行了展望.未来以“北斗+低轨+5G+伪卫星+位置大数据”为核心的综合时空应用服务体系将为多层次、多领域用户提供北斗室内外泛在空间云端协同的精准位置服务，助力全社会数字化转型.     

综合PNT体系及其关键技术

综合定位、导航与授时(PNT)的核心是不过分依赖GNNS,采用一切可以应用的PNT信息源实施全空域目标定位、导航与授时服务。本文分析了综合PNT需求,论述了综合PNT的基本定义和基本概念,分析了综合PNT所涉及的信息源,论述了综合PNT关联的核心技术,包括多源PNT传感器集成技术、多源PNT的数据融合技术。强调指出,综合PNT体系的信息源必须是"基于不同物理原理的多源信息";综合PNT的运控系统应该基于云平台,实现用户志愿者共同测控;用户终端或传感器必须"深度集成、低功耗";PNT服务信息必须是"智能融合或自适应融合"。综合PNT系统应该在统一时空基准下,满足服务的可用性、精确性、可靠性、连续性和稳健性。     

eLoran系统新型信号波形设计及其性能评估

增强型罗兰导航系统(eLoran)作为全球卫星导航系统(GNSS)的备份系统,是国家定位导航授时(PNT)安全的重要基础设施.针对目前标准eLoran信号存在易受交叉干扰、天波干扰,通信数据传输速率低等的问题,本文基于标准罗兰信号体制提出了两种波形改进方法(衰减函数法与对称波形法)并对新型波形进行性能评估.实验结果表明,两种方法能够有效缩短波形持续时间,加速后沿波形下降,减小发射机功耗.对称波形法能够大幅减小波形持续时间,但缩短波形持续时间也将改变原信号波形的频谱特性,利用衰减函数法可以最大程度保证信号的频谱性能.综合分析可知,新型波形能够有效利用时域资源,空余的时间可用于增加传输信号,进而提高数据调制技术的性能.     

基于靶场CORS的试验区北斗数据质量分析

自2011年国际GNSS服务(International GNSS Service,IGS)启动多GNSS实验项目(Multi-GNSS Experiment,MGEX)以来，多GNSS兼容和互操作成为研究热点，我国率先发起国际GNSS监测评估系统(International GNSS Monitoring and Assessment System, iGMAS)旨在对GNSS的运行状况和性能指标进行监测评估.鉴于此，本文从用户使用端出发，通过对连续运行参考站(continuously operating reference station, CORS)的数据完整率、周跳比、伪距多路径、载噪比(carrier to noise ratio,CNR)和伪距测量精度进行量化分析，探讨了基于靶场CORS系统进行试验区北斗数据质量监测与评估的方法，为高精度武器试验鉴定提供科学、可量化的卫星环境精度指标.     

GNSS星载原子钟在轨性能评估技术进展

星载原子钟作为全球导航卫星系统（global navigation satellite system, GNSS）的核心载荷,其在轨性能指标决定着GNSS的PNT服务水平。由于太空电磁环境复杂,原子钟实际工作指标不稳定,对星载原子钟开展长期持续性能评估就显得尤为重要。本文综述了目前星载原子钟评估技术现状,对相位、频率、频率漂移率、拟合精度、拟合残差、频率稳定度等性能评估指标进行了分析总结,归纳了基于精密钟差产品进行星载原子钟评估的数据处理方法和流程,统计了现阶段GNSS星载原子钟类型和指标水平,并采集一年的精密卫星钟差数据对GNSS星载原子钟进行了综合评估与对比分析。最后,对现阶段GNSS星载原子钟性能评估技术现状和问题进行了总结及展望。     

一种GNSS/视觉观测紧组合导航定位算法研究

全球卫星导航系统(GNSS)在弱信号环境下,GNSS信号易受到遮挡或者电磁干扰,严重影响导航定位的可靠性、连续性和精度.针对此问题,本文作者研究了一种GNSS和视觉观测紧组合导航定位方法.首先基于相机采集图像数据,利用ORB-SLAM2开源平台求解得到视觉位置结果增量,再联合GNSS伪距观测数据采用卡尔曼滤波(KF)进...     

三种GNSS数据下载方法对比分析CSCD

为综合评估单线程、多线程和多协程在全球卫星导航系统(GNSS)数据下载中的性能,以武汉大学国际GNSS服务(IGS)数据中心为下载源,从下载文件的时间跨度和量级大小两个方面对三种方法的下载效果进行对比分析.结果表明:在中小型文件下载过程中多线程的优势大于单线程和多协程;在大型文件下载中,多协程的下载效果略优于多线程,且都相较单线程性能更佳;由于GNSS数据普遍是中小型文件,所以多线程更适用于GNSS数据下载工作.     

中国大地测量研究进展(2019-2023)EI北大核心CSCD

2023年7月11日至2023年7月20日,第28届国际大地测量学和地球物理学联合会(The International Union of Geodesy and Geophysics,IUGG)大会在德国柏林举行。按照IUGG传统,国际大地测量协会中国委员会(CNC-IAG)组织国内十余家单位编写了“中国大地测量国家报告(2019—2023)”,分别总结了2019至2023年4年期间的中国大地测量各分支学科研究进展。本文主要归纳和总结了中国大地测量学科近几年的整体进展,侧重各领域代表性研究进展,主要内容包括基准框架、综合PNT与弹性PNT、重力场与垂直基准、GNSS精密产品、多源传感器组合导航和海洋大地测量6个研究方向。此外,结合国际大地测量及相关交叉学科的发展趋势,对我国大地测量学科未来发展提出了几点建议。     

GNSS/SINS/视觉多传感器融合的精密定位定姿方法与关键技术EI北大核心CSCD

全球导航卫星系统作为国家重要的空间信息基础设施,具备全球、全天候、高精度连续定位、导航和授时的功能,然而,到达地面的GNSS卫星信号非常微弱,存在遮挡、干扰和欺骗三大脆弱性问题,无法在电磁干扰、物理遮蔽等复杂环境下使用,为了保障国家PNT系统的坚韧性,提升导航与位置服务的能力,我国开始推进以北斗为核心的国家综合PNT体系建设,其中多传感器集成、多源异质信息融合是未来PNT技术的重要发展方向,也是从根本上解决单一导航系统局限性和脆弱性的有效途径,为了实现连续可用,精准可靠的PNT服务体系,迫切需要解决多传感器融合的精密定位定姿关键技术。论文主要工作如下。     

通导遥一体化深远海PNT基准及服务网络构想

从海底控制网设计、布设、测量、数据处理和海洋声速场构建几个方面介绍了海底控制网建设的现状。结合国家海洋战略需求和海洋大地测量技术发展,分析了现阶段海底控制网建设面临的问题：认为目前的海底网规模小,缺乏信息共享,功能单一;设计与布设原则未与控制网等级关联,多为定性描述,缺乏操作性;声速场精度和分辨率偏低;测量和数据处理仅考虑了海底控制点的定位问题,难以满足大区域、高精度海洋PNT(positioning,navigation,and timing)基准网建设需求。据此,利用海洋声道的远程通讯和测距定位能力,提出了建设联合北斗/GNSS(global navigation satellite system)定位和通信导航功能的通导遥一体化深远海PNT基准及服务网络的构想,针对该网络的功能和布放设计、高精度、高分辨率海洋声速场模型的构建、各类PNT基准点的测量和整体网平差处理、海底PNT基准点的自校准和自维护、覆盖水域的位置增强服务、目标和环境的遥测和感知服务等几个关键技术问题,提出了实施方法和设想,以期解决当前海洋控制网大区域建设面临的缺乏通讯、布网原则和测量方法不完善、功能单一等问题,为...     

PNT智能与智能PNT

定位(positioning)、导航(navigation)、授时(timing),简称PNT,是人类在长期感知、认知宇宙与人类生存的关系后,产生的与经济、社会活动密切相关的时空位置概念。PNT也是地球上的物质、能量和信息经过亿万年进化出的感知、认知与时空位置相关的智能,称为PNT智能或时空智能。而智能是生命体为适应环境生存,通过一代代继承、演进而进化出来的趋利避害行为能力的总和,可称为自然智能。本文分析了依托于生命体物质基础的自然智能特性,在此基础上探讨了生命体PNT智能的特点;概述了人类研究生命体PNT智能的最新成果、趋势和启示。其中,交互智能和PNT智能等在生命体由低级向高级的进化过程中,特别是在智人进化并形成人类文明的过程中,起到了关键性的推动作用。随着自然智能、PNT智能、人工智能研究的深入推进和交叉融合,PNT技术发展也进入智能PNT阶段。本文着重阐述了智能PNT的概念、内涵和发展趋势,从PNT应用和时空信息基础设施建设两方面,探讨了其智能化热点方向的最新进展和影响。在此基础上,也提出了一些智能PNT发展的思考和展望。     

基于多源数据的电离层异常监测及GNSS影响效应研究

电离层是日地空间环境的重要组成部分,电离层异常对无线电通讯和人类空间活动的影响不容忽视.电离层异常监测,在高精度GNSS PNT 服务与深空探测误差修正、空间天气预报预警及日地空间环境动态监测等方面具有重要科学意义和实用价值.海量地基、天基多源电离层观测数据,为电离层异常监测及电离层精细化时空变化反演提供了丰富的数据源.论文利用全球约250个Multi-GNSS站和COSMIC掩星观测数据,采用并行计算10 m in内实现全球数据处理,近实时构建了三维电子密度模型,融合掩星数据使得海洋地区的精度明显改善;搭建了天地联合多源电离层观测数据融合处理试验平台,在线提供近实时三维电离层产品,可为地球空间飞行器的空间环境信息支持、空间环境异常监测及预报、导航系统全球电离层延迟修正等提供服务.基于近实时三维电子密度模型,开展了电离层异常的立体监测,较IRI模型能够更好地监测磁暴期间电离层异常与演化过程,实现了全球大尺度、区域精细化电离层动态监测.同时,论文针对电离层异常对GNSS影响效应展开了较为全面的研究,分析了磁暴、太阳耀斑对GNSS信号、电离层模型精度、服务性能的影响.     

多种观测环境下GNSS数据质量分析

随着城镇化进程的加快和民生基础设施的全面建设,对全球卫星导航系统(GNSS)控制点勘选的限制因素越来越多,无形中增加了GNSS控制点勘选工作的难度。为了在有限的自然环境中最大限度地提升GNSS控制点勘选工作效率,减轻GNSS控制点勘选难度,特开展了多种特定观测环境下GNSS数据质量分析,结果表明：GNSS控制点数据质量对距离变电站、水面远近没有影响;光滑连片铁皮建(构)筑物对距离100 m的GNSS控制点观测数据质量无影响;扼流圈天线可以极大地提高GNSS数据质量。