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)进行组合定位解算. 采用实测的GNSS伪距观测数据和图像数据进行测试,试验结果表明:该算法不仅能有效地提升GNSS弱信号环境下导航定位的连续性和精度,还能在卫星数少于4颗时保持持续导航定位.      

基于无人飞行器的导航干扰源探测与定位系统设计与实现

全球卫星导航系统（GNSS）因具有覆盖范围广、使用成本低的特点而被广泛使用,但其多采用中、高轨道卫星,信号落地功率低,易受干扰,因此,为保证卫星导航系统的正常使用,需开展对导航干扰源的探测与定位研究.针对现有地面干扰源排查设备存在的定位精度低、机动性弱、定位时间长、干扰定位对测向环境依赖性高等问题.本文提出了一种基于无人飞行器的导航干扰源探测与定位系统设计与实现方法,通过在无人飞行器上搭载测向载荷,实现空中干扰源探测与定位,该系统具有作用距离远、覆盖区域大和机动性强等优点.      

基于接收机位置信息的GNSS干扰源定位技术

全球卫星导航系统（GNSS）目前得到了十分广泛的应用,但是GNSS信号到达地面的功率很低,同时民用信号的格式是公开的,因此极易受到各种无意和人为故意的干扰,会对GNSS定位和授时的精度造成影响．查找和消除干扰源十分重要,目前通用的干扰源查找手段是采用测向设备实现干扰源的交叉定位,但在不知道GNSS干扰源的大致位置时,采用测向设备查找干扰源将耗费很长的时间．如果能够通过提取一些通用接收机的输出量实现干扰源的粗定位,就可以为测向定位提供初始参考位置和大概的查找范围．本文利用几乎所有的通用接收机都能输出的位置信息实现干扰源的粗定位,随着GNSS接收机逼近干扰源,会造成接收机位置信息的丢失,随着GNSS接收机远离干扰源,接收机又会重新获取位置信息,本文利用一定区域内众多受干扰的接收机的位置信息丢失点和位置信息重捕获点来实现干扰源的粗定位．通过仿真验证,分析了该技术的定位误差,仿真结果表明,该方法能够实现GNSS干扰源的粗定位,为进一步准确查找干扰源提供位置参考．      

基于GNSS多径信号的反射面参数估计算法

全球卫星导航系统(GNSS)多径信号广泛存在于城市峡谷等复杂导航定位场景中.多径信号在干扰GNSS接收机并造成系统定位精度下降的同时,也为接收机提供了周边反射面环境信息.在码相位延迟幅度联合跟踪算法(CADLL)实现GNSS多径信号感知和特征参数提取的基础上,设计实现了基于粒子滤波的反射面参数估计算法.该算法可以在GN...     

非校正相位延迟参数在复杂铁路场景下GPS精密单点定位应用研究

在复杂艰险地区的铁路沿线上全球卫星导航系统(GNSS)基准站相对较少且稀疏,如何获得该场景下测站点的高精度位置信息是亟待解决的重大问题.论文以GPS系统为例,利用铁路沿线上7个GNSS测站点(14个观测时段)分别开展了卫星跟踪数和位置精度因子(PDOP)评估,观测数据的可靠性、高精度性验证以及固定解精密单点定位(PPP...     

城市场景智能手机GNSS/MEMS融合车载高精度定位

智能手机凭借其普遍性、便携性和低成本等优势,已成为大众用户导航与位置服务的主流终端载体,其多频多系统GNSS（global navigation satellite system）观测值的开放进一步激发了手机高精度定位的研究。然而,受限于消费级GNSS器件性能,手机卫星观测值呈现出信号衰减严重、伪距噪声大、粗差周跳多等问题;并且受城市复杂环境影响,手机GNSS定位的连续性、可靠性也难以保证。提出一种城市场景手机GNSS/ MEMS（micro-electro mechanical system）融合的车载高精度定位方案。首先,构建了速度约束的GNSS差分定位模型;然后,通过手机内置MEMS与车辆运动约束,在挑战环境下进行GNSS/MEMS融合精密定位。实验结果表明,在开阔和树荫场景下,速度约束方法可达到分米至米级定位精度,相比于常规方法分别提升了35.2%和78.9%;在高架场景下,GNSS/MEMS融合定位的精度和连续性均提升显著;在隧道场景下,MEMS推算位置累积误差约为2.5%。实验结果初步表明,手机GNSS具备开阔环境下的车道级定位能力,手机GNSS/MEMS融合可提升城市复杂环境下车载定位的精度和连续可用性。     

超宽带/GNSS/SINS融合定位模型与方法研究EI北大核心CSCD

全球卫星导航系统(GNSS)与捷联惯性导航系统(strapdown inertial navigation system,SINS)的组合可在室外环境或卫星信号短暂失锁的条件下提供连续、可靠的定位服务。但针对室内或弱GNSS信号区域,组合系统的服务受限;超宽带(ultra-wideband,UWB)系统以其可提供厘米级的理论测距精度且布设方便的优势,可为该区域提供有效的测距信息。论文以车载试验平台为依托,分别就UWB/SINS、GNSS/SINS和UWB/GNSS/SINS 3类室内外定位模型及相应的模型参数估计方法展开研究,主要研究成果如下。     

面向北斗单历元分米级定位的ARAIM保护水平计算方法CSCD

精密定位的质量控制和完好性评估是实时全球卫星导航系统(GNSS)导航应用不可或缺的环节,尤其是在GNSS易受损害的城市峡谷等场景下,这种需求更加迫切.广域精密单点定位(PPP)瞬时分米级定位,利用GNSS三频信号形成的两个宽巷观测值可以实现单点单历元分米级定位.然而,在城市复杂环境中,反射信号、严重多路径以及其他信号干扰对定位造成的影响无法准确评估与识别,限制了PPP瞬时分米级单点定位的应用.完好性概念中的高级接收机自主完好性监测(ARAIM)可以计算用户定位误差最小置信区间的上限保护水平(PL)以评估定位有效性,可经过一定改进用于PPP瞬时定位的质量控制.针对当前ARAIM中计算PL的误差模型难以适应高精度定位需求的问题,提出了一种改进的ARAIM PL算法,称其为BARAIM(Back Advanced Receiver Autonomous Integrity Monitoring).使用PPP三频组合观测值残差对ARAIM权与误差模型进行修正以计算PL.基于不同复杂程度的环境下采集的车载数据对算法进行了验证,对PL的改进情况以及导航的可用性提升情况进行评估.结果表明:在不同环境下,基于改进的B-ARAIM算法得到的PL,相比传统方法得到的PL更符合城市定位的需要,将PL降低了30%~70%.此方法有助于将ARAIM算法应用在高精度GNSS定位领域.     

城市环境下智能手机车载GNSS/MEMS IMU紧组合定位算法

针对城市环境下卫星信号遮挡严重,智能手机全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)定位难以保证连续性和可靠性的问题,提出了一种基于智能手机内置传感器数据的GNSS/微机械惯性测量单元（microelectro-mechanical system inertial measurement unit,MEMS IMU)紧组合车载导航算法。算法使用惯性导航系统机械编排进行时间更新,在车辆运动模型约束的基础上,使用伪距、多普勒频移和载波相位时间差分计算的航向角作为观测值进行测量更新。采用3部不同型号的智能手机进行车载试验分析,结果表明：城市场景下紧组合滤波定位算法平面位置精度统计约为5～6 m,高程方向约为5 m,且在GNSS信号失锁的隧道场景下具有短时间推算功能。该算法受GNSS观测条件的影响较小,大幅提升了城市复杂环境下智能手机车载定位的连续性和可靠性。     

森林环境下的北斗卫星导航系统性能分析

为了解乔木林应用场景中的定位性能,指导林业行业科学应用GNSS技术,该文探究了多种立地条件下中高郁闭度林分中BDS与GPS的应用能力,采集了森林环境中单BDS和单GPS这两种定位模式下一定时长的GNSS信号,并定量计算了平面和垂直方向的定位误差,以及GNSS几何精度因子和信噪比等参数.通过3个时长水平定位精度、垂直定位精度、卫星数量、DOP值、信噪比等观测参数的误差平均值、极值、方差等的对比分析表明,目前基于单频伪距定位的原理,我国北斗卫星导航系统的定位性能指标与GPS基本一致.选用专业设备且单点求平均是满足林下高可靠性(优于5 m)定位要求的重要手段与方法,瞬时数据只适合森林环境中低可靠性(10 m)的导航作业要求,如果要满足亚米级及更高精度的定位需求,现阶段需采用差分技术.     

基于三频SNR数据探测北斗GEO卫星多径效应

多径误差是全球卫星导航系统（global navigation satellite system,GNSS）高精度实时定位的主要误差源。由于多径效应具有时变特性且与观测环境有关,难以有效探测与剔除,尤其是动态定位领域。鉴于多径效应对于同颗卫星不同频率观测值影响不同,本文采用三频信噪比（signal-noise ratio,SNR）频率间差分数据,设计算法探测北斗对地静止卫星（geostationary orbit satellite,GEO）多径误差,并依据开阔环境SNR频间差分数据序列进行统计分析,确定其探测阈值。实验结果表明,北斗GEO卫星易受多径误差影响,传统方法难以实时有效探测,本文提出的新方法可有效探测GEO多径误差,并基于设定的阈值对其数据进行降权或剔除,可应用于GNSS数据质量控制。     

基于CORS的分米级GNSS差分定位云服务研究

面向GNSS大众应用领域海量高精度位置服务需求,提出了一种基于CORS的分米级差分定位云服务建设方法,采用虚拟格网用户生成改正数的形式,通过设计解算服务器与业务服务器分离的云服务模式,解决了传统CORS服务中基准站数据安全风险大、用户并发访问数量受限的问题,并以API和SDK形式面向用户和开发者提供应用服务,降低了高精度位置服务专业技术门槛。同时,依托本文研究成果,基于湖南省位置服务平台（HNCORS）,设计并实现了基于CORS的分米级GNSS差分定位云服务架构,并以丢包率、外符合精度、高并发访问为指标进行测试。结果表明,本文设计的云服务架构具有较好的精度、稳定性和可靠性,在高精度位置服务应用中具有较好的应用前景,也可为其他省级CORS网的高精度位置服务云平台建设提供技术参考。     

基于六旋翼无人机平台的GNSS干扰源测向与定位系统设计与实现

目前,基于无人飞行器的导航干扰源探测方面的研究主要集中在理论研究与仿真实现阶段[1],文中设计了一种基于六旋翼无人机平台的全球卫星导航系统(GNSS)干扰源测向与定位系统, 并在某飞行场区进行了干扰源定位精度的测试. 该系统主要由六旋翼无人飞行器、干扰源监测测向载荷以及地面站组成. 系统试制完成后,选定开阔环境,通过设置干扰源发射不同的调制方式、不同发射功率的干扰信号,以此来验证干扰源的定位精度.      

A grid-based tropospheric product for China using a GNSS network

Tropospheric delay accounts for one source of error in global navigation satellite systems (GNSS). To better characterize the tropospheric delays in the temporal and spatial domain and facilitate the safety-critical use of GNSS across China, a method is proposed to generate a grid-based tropospheric product (GTP) using the GNSS network with an empirical tropospheric model, known as IGGtrop. The prototype system generates the GTPs in post-processing and real-time modes and is based on the undifferenced and uncombined precise point positioning (UU-PPP) technique. GTPs are constructed for a grid form (\(2.0{^{\circ }}\times 2.5{^{\circ }}\) latitude–longitude) over China with a time resolution of 5 min. The real-time GTP messages are encoded in a self-defined RTCM3 format and broadcast to users using NTRIP (networked transport of RTCM via internet protocol), which enables efficient and safe transmission to real-time users. Our approach for GTP generation consists of three sequential steps. In the first step, GNSS-derived zenith tropospheric delays (ZTDs) for a network of GNSS stations are estimated using UU-PPP. In the second step, vertical adjustments for the GNSS-derived ZTDs are applied to address the height differences between the GNSS stations and grid points. The ZTD height corrections are provided by the IGGtrop model. Finally, an inverse distance weighting method is used to interpolate the GNSS-derived ZTDs from the surrounding GNSS stations to the location of the grid point. A total of 210 global positioning system (GPS) stations from the crustal movement observation network of China are used to generate the GTPs in both post-processing and real-time modes. The accuracies of the GTPs are assessed against with ERA-Interim-derived ZTDs and the GPS-derived ZTDs at 12 test GPS stations, respectively. The results show that the post-processing and real-time GTPs can provide the ZTDs with accuracies of 1.4 and 1.8 cm, respectively. We also apply the GTPs in real-time kinematic GPS PPP, and the results show that the convergence time of the PPP solutions is shortened. These results confirm that the GTPs can act as an efficient information source to augment GNSS positioning over China.     

卫星干扰源定位系统星历校正研究

详细介绍了卫星干扰源定位系统中星历校正的测量原理。干扰源定位系统就是对非合作目标进行定位和定轨,测量体制较为特殊。国外相关系统定位精度在几十至百公里量级,星历校正精度在几公里至几十公里量级。针对目前干扰源定位系统精度较差的问题,给出了采用精密定轨方法对两颗同步卫星进行星历校正。通过仿真数据进行处理,最终定轨精度达到十米量级。该方法的研究及工程化使得我国自行研制的卫星干扰源定位系统具有自主测定轨能力。     

GNSS多路径和信噪比相关性分析

在全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)接收机附近的反射、衍射、干扰信号等所造成的多路径效应是影响定位的主要误差来源。信噪比(Signal-Noise Ratio,SNR)的振荡是由多路径信号叠加在直接信号上引起的,基于此原理学者们提出了很多检测和缓解多路径误差的方法。本文通过谱分析的方法对多路径时间序列进行了分析,并研究多路径与信噪比之间的相关性,对基于信噪比检测和缓解多路径误差的方法的适用性进行了说明。实验表明:多路径和信噪比振荡值的时间序列具有显著的相关性,能够利用信噪比观测值削弱多路径影响。