GNSS/INS多传感器组合高速铁路轨道测量系统

高速铁路轨道必须保持高平顺性、高稳定性和高可靠性,这直接关系到高速列车高速、安全且平稳运行。高速铁路轨道测量至少包括控制测量、线路测量和变形测量等工作。传统高速铁路轨道测量方法存在测量周期长、维护成本高、检测效率低等问题。为此,本文提出了一种基于全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)/惯性导航系统(inertial navigation system,INS)多传感器组合的高速铁路轨道测量方法,并研制了相应的轨道测量系统。本文详细介绍了其主要构成和方法流程,并在实际高速铁路轨道精调工程中进行了应用示范。结果表明:该系统实现了轨道路基变形监测和高速铁路轨道不平顺绝对测量与相对测量的一体化,其轨道横向偏差精度2 mm、垂向偏差精度2 mm,变形点水平方向精度1 mm、垂直方向精度1.5 mm,显著提高了测量效率。     

客运专线无碴轨道精密定轨测量方法及精度分析

客运专线无碴轨道精密定轨测量采用智能型全站仪,并在全站仪中加载专用的数据采集软件,完成数据的自动采集、自动记录和自动检核等任务.测量结束后,通过专用的数据处理软件进行数据的平差处理及其精度分析.文中以客运专线无碴轨道CPIII后方交会控制网为基础,对全站仪自由重叠设站的精密定轨测量技术进行理论研究和误差分析,对小车棱镜点测量方法和测量精度进行分析.     

高速铁路轨道控制网测量数据质量控制研究

高速列车要实现安全平稳地高速行驶,轨道必须具有高平顺性,作为铁路轨道铺设和运营维护的测量基准——轨道控制网(CPⅢ)必须精确可靠。CPⅢ网跨度大、网形结构复杂,其观测数据误差、平差基准的原始数据误差和分段衔接误差等因素会影响控制点的精度和可靠性,最终会影响到轨道的高平顺性建设和评判。在现有的技术规范基础上,以轨道平顺性控制为目标,进一步提高轨道控制网测量数据精度和可靠性,完善高速铁路测量数据质量过程控制的理论和技术体系,确保高速铁路高标准建设和列车高速、平稳、安全运行,是高速铁路测量理论领域值得探索研究的课题。论文借鉴大系统控制理论和多元质量控制与诊断理论的思想,构建起轨道控制网全局式数据质量控制体系(global data quality control system of CPⅢ,GDQCS-CPⅢ),主要成果如下。     

高速铁路轨道控制网精密测量数据处理

高速铁路无砟轨道施工建设需要布设高精度的轨道控制网(CPIII),要求相邻点平面相对精度优于1mm,同精度复测较差优于3mm。本文针对轨道控制网测量工程的特点,提出一种适合轨道控制网精密测量数据的处理方法,并采用国内某客专的实测数据进行了分析验证。实验结果表明,采用本文提出的方法能有效提高轨道控制网的平差精度、可靠性和计算效能。     

GNSS空间信号精度的研究分析

基于MGEX提供的产品,对当前全球卫星导航定位系统的空间信号精度分析与评估.结果表明:目前各系统的全球平均SISRE分别为GPS 0.6 m,Galileo 0.28 m,GLONASS 2.5 m,BDS-30.49 m,BDS-21.41 m;其中,Galileo最优,BDS-3次之,GPS稍低于BDS-3,另外,BDS-3 SISRE精度相对于BDS-2提升65％.     

跨海长桥首级GNSS平面控制网精度设计方法

针对跨海长桥GNSS控制网精度要求高、测量难度大、无统一的精度标准等问题,以确保海中桥墩的精确定位为原则,从海中桥墩施工的平面坐标允许偏差出发,采用测量误差影响分析和配置方法,推导跨海长桥首级GNSS平面控制网必要精度的估算公式,即首级GNSS控制点的平面坐标精度不应低于海中桥墩平面坐标允许偏差的0.22倍.据此,进一步推导出最弱点点位精度、最弱边边长精度、跨海长边相对精度和同岸短边相对精度等基本精度指标.最后,通过港珠澳大桥首级GNSS控制网的精度设计和实际精度的统计分析,验证文中设计方法的合理性和可行性.     

Compass纳入GNSS运行可行性探讨

根据全球卫星导航系统及我国“北斗”系统的建设和发展,阐述了国际民航组织对GNSS的定义及性能要求。结合当前GNSS运行情况,探讨了将“北斗二号”纳入GNSS运行的可行性及必然性,阐明了GNSS多系统兼容运行的优势。     

GNSS satellite-based augmentation systems for Australia

We provided an overview of various satellite-based augmentation systems (SBAS) options for augmented GNSS services in Australia, and potentially New Zealand, with the aim to tease out key similarities and differences in their augmentation capabilities. SBAS can technically be classified into two user categories, namely SBAS for aviation and “non-aviation” SBAS. Aviation SBAS is an International Civil Aviation Organization (ICAO) certified civil aviation safety-critical system providing wide-area GNSS augmentation by broadcasting augmentation information using geostationary satellites. The primary aim was to improve integrity, availability and accuracy of basic GNSS signals for aircraft navigation. On the other hand, “non-aviation” SBAS support numerous GNSS applications using positioning techniques such as wide-area differential-GNSS (DGNSS) and precise point positioning (PPP). These services mainly focus on delivering high-accuracy positioning solutions and guaranteed levels of availability, and integrity remains secondary considerations. Next-generation GNSS satellites capable of transmitting augmentation signals in the L1, L5 and L6 frequency bands will also be explored. These augmentation signals have the data capacity to deliver a range of augmentation services such as SBAS, wide-area DGNSS and PPP, to meet the demands of various industry sectors. In addition, there are well-developed plans to put in place next-generation dual-frequency multi-constellation SBAS for aviation. Multi-constellation GNSS increases robustness against potential degradation of core satellite constellations and extends the service coverage area. It is expected that next-generation SBAS and GNSS will improve accuracy, integrity, availability and continuity of GNSS performance.     

卫星对GNSS/INS组合导航精度的影响分析

针对车载移动测量系统在获取城市基础地理信息数据时受噪声点、GPS信号差、建筑物密集等因素的影响,造成定位精度差的问题。该文对实测数据进行分析,采用GPS单系统的1～15s采样间隔和GPS+BDS组合的1～15s采样间隔以及GPS/BDS/GLONASS三系统组合模式,分析松组合、紧组合及动态PPP组合对定位精度的影响。结果表明,利用GPS/GLONASS单系统处理时,当车速大于30km/h或者建筑物密集时,卫星的可视效果较差,得到的定位误差可达到分米甚至米级。当采用GPS+BDS/GPS+BDS+GLONASS组合处理时,可视卫星得到保证,定位精度能一直保持在厘米级。同时,单系统下不同采样间隔对定位精度影响很大,多系统组合可以在较大的采样间隔下,保持较高的定位精度。通过对不同卫星组合,不同采样间隔下的定位精度分析,能够为车载移动测量系统在不同环境下选择何种方法定位精度最高提供依据。     

基于不同GNSS增强系统的激光巡线数据分析

无人直升机搭载激光雷达(LiDAR)进行输电线路巡检具有高精度、低成本的优点,为了获取高精度输电线路三维点云高精度地理空间坐标,采用基于基站差分动态后处理(PPK)、江苏省连续运行参考站(JS-CORS)、千寻位置(QX-CORS)等三种不同定位服务方式进行输电线路巡检,分析了三种定位下获取的点位定位精度以及点云质量....     

相对论效应计算方法的精度研究

相对论效应是影响GNSS导航定位精度的重要因素之一,本文对狭义相对论和广义相对论效应的原理进行了描述,推导并给出了4种不同的相对论效应计算方法,最后通过算例得出在卫星导航或单点定位中,基于2种不同星历的相对论效应计算结果相差不大,即使利用导航电文的信息,也可以有效消除相对论效应对导航定位的影响。     

整体式GNSS接收机多路径效应分析

探讨了GNSS接收机天线多路径效应的计算和分析方法,分别运用由多路径计算原理编制的数据分析软件和TEQC软件处理整体式GNSS接收机获取的数据,并进行对比分析,其结果说明多路径效应的大小与高度角存在线性关系。在实际数据预处理中,可通过分析软件代替TEQC,简单方便地获得站点的多路径信息,对站点的数据评定提供有效的质量信息。     

弹道导弹的GNSS/SST/SINS组合导航系统研究

提出一种组合导航方案,该方案在硬件上采用全捷联的结构,在算法上将捷联星光跟踪仪(strapdownstar tracker,SST)的姿态信息,高动态GNSS的位置、速度信息与捷联惯导进行组合滤波,全面提高导航精度。设计并实现了弹道导弹GNSS/SST/SINS组合导航系统实时仿真平台,仿真结果表明了该组合方案的稳定、可靠性。     

改进的GNSS/SINS组合导航系统自适应滤波算法

GNSS/SINS(global navigation satellite system/strapdown inertial navigation system)组合导航系统已得到广泛的应用与研究,当处于复杂环境时,GNSS输出容易出现误差均方差突变、误差均方差缓变、硬故障和软故障4种现象,进而影响组合导航系统滤波精度及载体的导航安全。为了解决上述问题,提出了一种改进的GNSS/SINS组合导航系统自适应滤波算法。首先,利用滤波过程中的观测异常检验统计量与滤波器门限值构建观测因子,然后,将变分贝叶斯原理与抗野值滤波方法结合,设计了改进的组合导航系统自适应滤波算法。仿真实验表明,相较于传统算法,当GNSS输出误差均方差发生变化时,所提算法可将位置精度及速度精度提高11.8%及13.7%;在GNSS输出发生硬故障时,所提算法可将位置精度及速度精度提高70.8%及69.6%。实验结果表明,所提算法具有较强的自适应性,可提升复杂环境下组合导航系统的精度和连续可用性。     

哈尔滨GNSS综合应用系统在建筑物变形监测中的应用探讨

哈尔滨GNSS连续运行参考站综合应用系统于2007年5月末投入试运营,该系统利用VRS技术,以市区为中心在全市范围内建立永久性连续运行GNSS参考站,经过处理后按不同要求向用户发布国际通用数据及国际通用格式的差分数据。随着城市建设的加快,高层建筑物的安全保障给我们带来新的问题,本文就大型建筑物的形变在哈尔滨GNSS下的应用进行探讨。     

线性参照模型在铁路空间数据库中的应用

线性参照模型是以线性参考系统为基础,以动态分段技术为核心的一维空间数据模型。本文针对铁路空间数据的一维线性分布特征与铁路部门以一维线路为主体的运维管理模式,探讨了铁路空间数据的线性建模方法,利用空间数据库技术实现铁路空间数据、属性数据及业务数据的一维线性存储与管理,并提出了基于一套多尺度线性参照模型的铁路空间数据库的设计方案。试验表明,该方案能够为全路提供一套统一的一维管理基准,在动态数据管理、数据更新和共享等方面具有较大优势。     

无砟轨道铺轨控制基桩的设置方法

在无砟轨道施工中,为了满足轨道的高直顺性要求,用来控制铺轨的任意三个控制基桩的角度中误差不能大于8″。由于控制基桩的设置方法将直接影响其定位精度,选用一个精度较高的控制基桩设置方法,在一定条件下,可以极大的降低控制网布设的成本,因此,对控制基桩的设置方法进行深入研究是十分必要的。本文在给出完整的精度计算模型基础上,以任意三个控制基桩的角度中误差为设计的精度标准,采用仿真实验的方法,对施工常用的极坐标法和导线法进行比对。实验结果表明,在考虑原始数据误差的情况下,极坐标法难以满足无砟轨道控制基桩的测量精度要求,而采用附合导线法则可以满足控制基桩的测量精度要求。     

GNSS integration with vision-based navigation for low GNSS visibility conditions

In urban canyons, buildings and other structures often block the line of sight of visible Global Navigation Satellite System (GNSS) satellites, which makes it difficult to obtain four or more satellites to provide a three-dimensional navigation solution. Previous studies on this operational environment have been conducted based on the assumption that GNSS is not available. However, a limited number of satellites can be used with other sensor measurements, although the number is insufficient to derive a navigation solution. The limited number of GNSS measurements can be integrated with vision-based navigation to correct navigation errors. We propose an integrated navigation system that improves the performance of vision-based navigation by integrating the limited GNSS measurements. An integrated model was designed to apply the GNSS range and range rate to vision-based navigation. The possibility of improved navigation performance was evaluated during an observability analysis based on available satellites. According to the observability analysis, each additional satellite decreased the number of unobservable states by one, while vision-based navigation always has three unobservable states. A computer simulation was conducted to verify the improvement in the navigation performance by analyzing the estimated position, which depended on the number of available satellites; additionally, an experimental test was conducted. The results showed that limited GNSS measurements can improve the positioning performance. Thus, our proposed method is expected to improve the positioning performance in urban canyons.     

Brazilian active GNSS networks as systems for monitoring the ionosphere

This research shows the viability of using Global Navigation Satellite System (GNSS) stations from Brazilian active networks in monitoring the ionosphere. Various indexes of ionospheric irregularities and scintillation of GNSS signals, estimated in real-time and post-processed from GNSS data, are explored for this purpose. This way, an increase in the spatial resolution of ionospheric information is provided, allowing the generation of maps of scintillation and irregularities in observing the spatial and temporal behavior of the layer’s activity cycle, since the number of ionosondes, imagers, and radars is insufficient for monitoring the irregularities in Brazil. Experiments to evaluate the estimates of the indexes are performed for periods of high and low variability of electrons. Three Brazilian networks are used: the Brazilian Network for Continuous Monitoring (RBMC), the GNSS Active Network of Sao Paulo State (GNSS-SP), and CIGALA/CALIBRA. The results are compared with data from ionosondes and PolaRxS-PRO Septentrio receivers, proving compatible with moderate to high correlations. An analysis of the seasonal variation during the peak of solar cycle 24 is carried out. The maps allow identifying the displacement of ionospheric irregularities along the magnetic equator over Brazil, from northeast to southwest, starting at 7:00 pm and ending at 2:00 am local time. Real-time monitoring is carried out for the summer solstice in the southern hemisphere, and results are consistent with those from the post-processed mode. The indexes and maps can be applied to the analysis of GNSS positioning. Real-time ionospheric information can be used in important practical applications because the displacement monitoring of irregularities allows prior knowledge of whether there will be a deterioration of positioning accuracy in a certain region.     

GNSS/PDA集成技术在土地调查中的应用

介绍了GNSS/PDA集成技术的内涵,阐述了GNSS/PDA作业系统组成、功能和作业流程;将GNSS/PDA集成技术应用于土地调查的结果表明,该技术具有精度高、效率高、成本低的优势,具有广阔的应用前景。