GNSS多系统组合精密定位研究进展

近年来,我国北斗卫星导航系统(BDS)以及欧洲伽利略卫星导航系统(GALILEO)正在快速建设与发展,同时,GPS和GLONASS卫星导航系统的现代化也在逐步推进,卫星导航定位领域正发生着深刻的变革。系统介绍了各卫星导航系统的建设和发展状况,探讨了多系统组合定位带来的机遇和面临的挑战,以及当前对这些问题的研究现状,最后对多系统组合定位的应用前景进行展望。     

迈向实时位置服务的精密单点定位技术

介绍近年来随着GNSS技术向大范围、高精度、动态实时定位服务技术迈进,精密单点定位技术研究在实时轨道钟差数据获取,非差模糊度固定技术及在线精密单点定位服务系统方面取得的研究进展。总结了这些领域新出现的主要技术、算法和相关产品,并展望了未来精密单点定位技术的发展方向。     

短基线北斗三频数据模糊度解算方法的比较

首先分析了矩阵变换、无几何CIR、几何CIR、组合观测量PAR、原始观测量PAR五种模糊度解算方法的原理;然后采用短基线北斗三频实测数据对每种方法进行测试和分析比较。结果表明:短基线条件下,无几何CIR算法和矩阵变换算法受电离层延迟和观测噪声的影响较大,模糊度固定成功率比较低,不适用于北斗实测数据;几何CIR算法和组合观测量PAR算法采用组合观测量会放大噪声水平,部分历元的模糊度固定出现错误;原始观测量PAR模糊度固定成功率最高,在本次算例中达到100%。     

一种优化模糊度搜索方法的研究

对于高精度测量和导航,GPS载波相位整周模糊度的快速求解仍然是一个难点,尤其对于单频接收机。提出一种快速求解整周模糊度的方法,其基本思想采用分步求解,首先应用最小二乘模糊去耦调节法(LAMBDA)搜索出来的模糊度作为初始值,然后应用卫星分组方法降低搜索维数,并应用极大似然准则,构造搜索函数,最后应用最优化原理,搜索出最优的模糊度参数,并从三个方面对其进行检验,即RATIO检验,OVT检验,多项式拟合残差检验。为验证该算法,我们用单频GPS接收机进行了实验,利用本文方法在11 S以内正确确定了模糊度,其基线长误差小于3MM,表明该方法不但可以改进模糊度的搜索速度,而且可以进一步提高其可靠性和成功率。该方法可广泛应用于定向及姿态测量。     

基于GNSS浮标的潮位测量技术研究

利用研制的GNSS浮标,在海南省清澜湾进行了21.5 h的潮位测量工作,分别使用GAMIT+TRACK和精密单点定位技术(PPP)两种方法对GNSS数据进行解算,并对高频GNSS解算结果进行了巴特沃斯、低通滤波、中值滤波、小波滤波等处理,处理结果与实测潮位数据进行了对比。结果表明:(1)使用GNSS浮标可以进行潮位测量;(2)移动平均滤波或中值滤波对高频GNSS浮标解算数据的处理结果较好,其次为巴特沃斯滤波,小波滤波处理结果较差;(3)在GNSS基准站的支持下,GAMIT+TRACK对GNSS解算结果精度可达1.065 cm,并可以给出绝对高程下的潮位信息;PPP技术解算结果的精度为4.283 cm,但不需要GNSS基准站的支持,可用于远海潮位测量。     

基于模糊神经网络的多变量系统的解耦方法

针对多变量、强耦合、纯迟延系统,提出一种模糊神经网络的解耦方法,结合遗传算法、将多变量系统解耦成单变量系统。传统解耦方法对于非线性系统、变结构系统以及耦合关系和耦合强度随时间和负载变化的复杂系统经常无能为力,而这种综合了模糊逻辑和神经网络优势的解耦方法,由于具有非线性和自学习能力,使其解耦性能不受影响,弥补了传统解耦方法的缺陷,对复杂系统有着较好的解耦能力。且该方法不需要建立精确的数学模型,易于实现。文章最后通过仿真实验验证了该模型的解耦效果。     

基于参考站改正信息的PPP实时水汽反演方法

常规精密单点定位实时反演水汽,存在精度低或稳定性差等问题,因此提出了一种基于参考站改正信息的PPP实时水汽反演方法。首先利用参考站的天顶对流层延迟解算观测值改正信息,然后对流动站共视卫星的观测值进行误差改正,利用IGU预报星历和钟差产品,采用PPP算法进行实时水汽反演。以中国香港HKSC为流动站,分别选取中国台湾TWTF和中国香港HKWS作为参考站,开展参考站辅助的PPP实时水汽反演试验。结果表明,分别以无线电探空数据和ECMWF数据为参考,本方法4个时段的平均标准差分别为1.9 mm和2.9 mm;相比基于IGU的常规PPP实时水汽反演方法,精度分别提升60%和51%。本方法参考站的选择不受距离限制,精度与使用IGS事后精密星历的PPP水汽反演基本一致,相比常规PPP和相对定位方式的实时水汽反演具有明显优势。     

Bancroft算法应用于GPS/BDS/GLONASS三系统伪距单点定位

为了提高多系统组合单点定位的运算效率,将Bancroft算法推广应用于GPS/BDS/GLONASS三系统伪距单点定位,并推导了该方法的详细计算流程,比较了Bancroft算法、最小二乘算法和组合两种算法的精度、迭代次数以及运算时间。利用实测数据进行实验,结果表明,3种算法精度相当,Bancroft算法比最小二乘算法迭代次数少,运算效率提高了38%,利用Bancroft为最小二乘算法提供初值,收敛速度加快,运算效率提高了36%。最终得出结论,Bancroft算法应用于GPS/BDS/GLONASS三系统伪距单点定位满足精度要求,且Bancroft算法对于减少迭代次数,提高运算效率有重要意义。     

基于广西BDS观测数据的PPP算法研究与精度分析

当前我国北斗卫星导航系统(BDS)已正式运行,带动了BDS在其他产业上的广泛应用。研究了基于无电离层组合的BDS PPP算法,以广西BDS观测数据为例,利用我国iGMAS的北斗轨道和钟差产品,分三个不同时段长(0.5h、2h和24h)进行PPP数据处理和定位精度分析。结果表明,采用2h的BDS观测数据进行PPP解算,完全能够满足我国1∶2 000比例尺航摄像控点的测量精度要求。研究成果能够为北斗卫星导航系统在我国低纬地区、以及面向东盟各国推广应用提供技术支持。     

基于多度格局模型的游泳动物群落结构研究

为进一步了解游泳动物群落结构,探究群落结构变动的生态过程,本研究利用生态位优先模型（NPM）、分割线段模型（BSM）、生态位重叠模型（ONM）、优势优先模型（DPM）和随机分配模型（RAM）共5种多度格局模型分析闽南海域游泳动物的群落结构特征。结果显示:闽南海域游泳动物共192种,其中鱼类132种,蟹类31种,虾类13种,头足类10种,口足类6种;NPM拟合游泳动物多度分布的效果较好,ONM的拟合效果较差,闽南海域游泳动物群落结构具有优势种占较大优势、物种生态位之间不重叠的特点;由外海到近岸的渔区,游泳动物多度分布格局由DPM向NPM 转变,NPM的拟合效果渐差,BSM的拟合效果越来越好,群落结构呈现优势种的地位下降、物种数增多、个体数目分配趋均匀的趋势;从低纬度到高纬度,在水深较深的渔区,DPM拟合游泳动物多度分布的效果渐好,优势种的优势地位逐渐升高,种类数变少,物种多度分布越来越不均匀。而在水深较浅的渔区,DPM的拟合效果渐差,优势种的优势地位逐渐下降,种类数变多,物种多度分布越来越均匀。因此,生态位优先模型比较适合闽南海域游泳动物多度分布格局的研究。     

实时GPS姿态测量中整周模糊度的快速解算方法

姿态测量核心问题是整周模糊度解算.提出了一种适合实时姿态测量的模糊度解算方法,利用单差平滑伪距进行解算,与传统的模糊度解算方法相比具有许多优点.通过仿真实验验证了该方法的有效性和实用性.     

三种GNSS模糊度解算方法成功率比较

介绍了在航模糊度求解的模型。在航模型每个历元均需要多估计一组坐标矢量,因而降低模糊度求解的精度。用取整法、引导取整法和整数最小二乘法三种模糊度固定方法,比较了在静态模型和在航模型下整周模糊度求解的成功率和需要的初始化时间,为动态平台的糊度解算提供参考。     

The Effects of GPS Carrier Phase Ambiguity Resolution on Jason-1

We have used GPS carrier phase integer ambiguity resolution to investigate improvements in the orbit determination for the Jason-1 satellite altimeter mission. The technique has been implemented in the GIPSY orbit determination software developed by JPL. The radial accuracy of the Jason-1 orbits is already near 1 cm, and thus it is difficult to detect the improvements gained when the carrier phase ambiguities are resolved. Nevertheless, each of the metrics we use to evaluate the orbit accuracy (orbit overlaps, orbit comparisons, satellite laser ranging residuals, altimeter crossover residuals, orbit centering) show modest improvement when the ambiguities are resolved. We conservatively estimate the improvement in the radial orbit accuracy is at the 10–20% level.     

基于Householder变换的模糊度规约算法

基于格进行整周模糊度估计时,为保证最近向量问题的计算效率,通常需首先对格基进行规约变换。设计了基于Householder变换的LLL规约算法(H-LLL),算法通过利用分解得到的上三角矩阵来构造规约变换矩阵,从而实现格基的大小规约和长度规约。利用实测数据与经典LLL规约算法进行了比较,结果表明两种方法规约效果相同,H-LLL规约更加高效。     

一种双频GPS短基线模糊度单历元确定方法

针对双频 P 码和载波相位观测值,提出了一种适用于短基线的模糊度单历元算法。 根据双频线性组合理论,该方法选择两个线性无关的宽巷组合 φ_-7,9与 φ_4,-5 ,组成相位与 P 码伪距的无几何模型,当观测条件较为理想时,采用直接取整的方法可得到正确的 N_-7,9与 N_4,-5 ,若 N_-7,9的取整误差大于 0.3 周,则设置±1 周的范围,应用最小二乘搜索算法求解 N_-7,9 ,而后,以 N_4,-5的浮点解为中心,设置±3σ_N(4,-5)的范围,再次利用最小二乘搜索法求解 N_4,-5 。 N_4,-5与 N_-7,9确定后,可以直接解算出原始模糊度。 理论分析及算例验证表明,该方法不需要已知测站坐标, 成功率高,实现了双差模糊度的单历元解算,解决了高精度动态实时定位的一个关键问题。     

Cycle Slip Detection and Ambiguity Resolution Algorithms for Dual-Frequency GPS Data Processing

This article investigates the problem of cycle slip detection and ambiguity resolution using dual-frequency GPS data. Several algorithms are proposed and described. F or cycle slip detection, three L1/L2 observable combinations have been integrated to formulate a new algorithm for cycle slip detection. For ambiguity resolution, both widelane and narrowlane ambiguity resolution algorithms are presented, but the focus is on the narrowlane ambiguity resolution. Numerical results are included to evaluate the performance of the proposed algorithms, which have shown that cycle slips can be effectively detected and the narrowlane ambiguities can be resolved almost instantaneously after successful determination of the widelane ambiguities.     

多系统GNSS浮标潮位提取精度研究

为实现多频多模GNSS浮标在远距离海洋潮汐测量中的应用,基于精密单点定位(precision pointing positioning,PPP)数据处理策略获取潮位信息,以压力验潮仪为参考,对GNSS浮标测量海面高进行经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD),滤去高频波浪和噪声,获取潮位进行精度分析。结果表明:多系统可以提高PPP解算潮位精度。GPS/GLONASS双系统和GPS/GLONASS/Bei Dou三系统PPP提取潮位与验潮仪潮位差值的最大误差均小于18cm,RMSE小于6. 5cm。因此,多系统PPP解算GNSS浮标海面高可以实现远离海岸的潮位获取与监测,能够提高海上潮位测量的效率。     

基于侧扫声纳图像海底目标物提取方法

分析了侧扫声纳数据成像原理,利用凹凸目标成像与阴影的关系,依次采用二值化处理、中值滤波处理、开启与闭合操作、Canny边缘提取等多种图像处理的手段,实现了海底目标物的提取与定位,并通过实验验证了本方法的可行性。     

基于视觉显著性的高分辨率遥感影像舰船检测

通过研究、分析现有基于遥感影像的舰船检测算法,提出了基于Itti视觉显著度模型改进的高分辨率遥感影像海面舰船检测方法,该方法利用海面舰船相对于海面背景信息视觉关注高的特点,参考视觉显著度模型计算原理,对高分辨率遥感影像中的颜色、亮度、方向、纹理等特征进行有效提取,然后利用归一化方法将不同特征融合,形成有利于舰船目标提取得视觉显著度图,最后对生成的视觉显著度图进行阈值分割和精细化处理获得最终的舰船检测结果。与传统舰船检测算法相比,本文算法能够有效检测复杂海面背景下的舰船目标,减少了单一特征变化对检测精度的影响,提高了检测准确率,具有较好的抗噪性和较强的鲁棒性。