GPS/GNSS卫星定位原理与应用双语课程建设初探

主要介绍GPS/GNSS导航定位双语教学课程建设的设计思想和体会。针对测绘类专业卫星导航定位课程教学大纲内容,选取一些主要的GPS/GNSS英文原版参考书和网络资料,对其涵盖的主要内容及其更新性、读者对象、可读性等方面进行详细分析。对于采用原版教材、自编教材等方式进行讨论,提出采用以Internet网络资源为主、原版参考书为辅的GPS/GNSS双语教材选取模式。     

“GNSS气象学”课程实践教学探讨

随着测绘学科与气象学科不断交叉与渗透,测绘相关理论、技术与方法在气象业务中的应用越来越深入,尤其全球导航卫星系统（GNSS）在气象行业中的广泛应用,急需大量的从事GNSS气象应用方面的高级工程技术人才。结合南京信息工程大学测绘工程专业开设的“GNSS气象学”课程,从实践教学内容、教学手段、考核方式、实践条件、师资队伍等几方面对该课程的实践教学进行了探讨,为高校培养测绘气象复合型人才提供参考。     

注册测绘师制度下GPS测量原理及应用课程教学实践与探讨

注册测绘师制度的推行对测绘行业人员提出了更高层次的要求,也反映了高校测绘工程专业人才培养的发展方向。GPS测量原理及应用是测绘工程专业的主干核心课程,也是注册测绘师资格考试中的重要内容。结合南京信息工程大学测绘工程专业GPS测量原理及应用课程教学的实践,从教材选取、教学内容、实践教学、教学手段、考核方式等几方面对该课程教学与实践进行了探讨。     

GNSS时差及其在多系统组合定位中的应用

随着卫星导航系统的发展及不断升级,越来越多的GNSS测站开始配备多模GNSS接收机。一方面,多模接收机的应用能够跟踪更多的GNSS卫星,从而改善观测几何条件,提高定位精度和可靠性;另一方面,不同GNSS导航系统采用不同的系统时间定义,存在着系统时差,从而多模GNSS接收机对于不同导航系统卫星的观测值存在着相应的偏差。为实现GNSS系统的兼容与互操作,各个GNSS导航系统目前都提出了系统时差监测的要求。基于此,研究GNSS系统时差的监测及其在多模定位中的应用。首先介绍目前导航系统时差监测的几种方法;然后分析GPS/GLONASS系统时差以及相对硬件延迟的特性;最后将GPS/GLONASS系统时差应用到多模用户导航定位,并详细讨论GPS/GLONASS时差及测站硬件延迟对导航定位的影响。     

GNSS虚拟仿真教学系统设计与实现

GNSS卫星导航与定位一直是测绘工程专业的主要必修课之一。为了协助学生们能够更好地学习GNSS导航应用的相关知识,提高实际的仪器操作技能,本文设计了GNSS虚拟仿真教学系统,通过3DS MAX对GNSS仪器设备和测量场景等进行三维模型构建,并基于AE动画渲染,利用C++语言进行仿真系统开发,实现了仪器介绍,安装演示,静态作业,RTK作业以及参数计算等功能,探索了虚拟仿真教学应用模式,取得了一定的教学成果。     

注册测绘师制度下GNSS测量课程教学改革探讨

我国注册测绘师制度的实施,有助于推动测绘市场与国际接轨,并提高专业技术人员素质,促进测绘事业的改革和发展.作为职业认证考试,对测绘专业教学具有重要启示.通过对注册测绘师考试大纲的GNSS知识点分布进行剖析,并以此展开课程教学改革探讨,包括讲座责任制教学模式实施、强化实践教学和测绘案例分析能力的提高等,达到GNSS课“促进理论应用于实践、提高GPS案例分析能力,满足国家注册测绘师相关要求”的要求.     

"GPS测量原理及应用"课程教学改革研究

“GPS测量原理及应用”课程是测绘工程专业的专业基础课程之一。文中介绍为改善课程的教学效果和提高教学质量,对“GPS测量原理及应用”课程的教学内容、教材建设、教学手段和实践性教学等方面进行调整与改革的研究。     

多卫星导航系统电离层穿刺点分布的仿真分析

针对目前利用GNSS建立的电离层延迟模型无法满足实时、更高精度的导航定位需求的问题,该文基于STK及全国分布的27个地面站,仿真分析了COMPASS、GPS、GALILEO等全球卫星导航系统(GNSS)在中国区域电离层穿刺点分布情况。实验结果说明,单独采用GPS获得的穿刺点数目与GALILEO相当;单独采用COMPASS获得的穿刺点数目相对其他两个GNSS系统较多;而多GNSS系统组合可以明显提升穿刺点数目。此外,对于我国大部分区域而言,单独采用任何一种GNSS系统或多GNSS系统组合,都可保证大部分格网点周围穿刺点数目优于3个;但在我国西南部边缘地区,采用不同的系统组合,穿刺点数目差异较大。本文研究结果表明多GNSS系统组合可显著增加穿刺点数目,有利于提高电离层建模精度。     

测量学课程中"GNSS技术与应用"的教学研究与实践

测量学是很多非测绘专业的技术基础课程,GNSS是测量学课程中的重要内容之一。本文结合教学实践,指出了测量学课程中GNSS教学存在的问题,如教材滞后、网络信息不准确等,提出了扩充教材内容、结合科研实际、充分利用新媒体、精心设计课堂等试探性的教学改革思路;将其应用于教学实践,改善了教学效果。     

多系统GNSS卫星可见性全球时空变化分析

多系统GNSS卫星组合定位成为导航系统发展的重要趋势。基于武汉大学IGS数据中心发布的精密星历,以可见卫星数及PDOP为研究对象,通过地面点仿真实验,分析多系统GNSS卫星在全球范围内可见性的时空变化,比较多系统GNSS相较单系统在卫星分布上的优势。结果表明,对于地面固定点,各GNSS系统卫星可见性的重复周期都约为24h,其中GPS/BDS/GLONASS/Galileo 4系统的卫星可见性稳定性最高,单GPS系统较差;相较于GPS单系统,GPS/BDS双系统在亚太地区的可见卫星数由7~13颗提高到15~23颗,而GPS/BDS/GLONASS/Galileo 4系统在欧亚和亚太地区的可见卫星数提高到24~30颗。     

多模 GNS 统一定位关键技术研究及精度分析

在卫星定位中,观测环境的优劣对最终定位结果精度有着显著性影响,单GPS系统因为其可观测卫星颗数少和自身星座分布的共同影响,载波相位周跳频繁,定位解的误差大、可靠性低、稳定性差。本文对多模GNSS （ Global Navigation Satellite System ）解算中时空系统的统一,组合单点定位模型和差分定位模型等关键技术进行了研究,实现了多模GNSS组合定位,改善了卫星相对于测站的几何分布,环境适应性加强,使得定位精度、系统冗余度和可靠性大幅提高,最后使用车载数据进行实验验证。验证结果表明,多模GNSS观测卫星数相比单GPS系统而言,观测卫星数增加了2倍,PDOP值降低了42％,极大地提高了差分定位解的成功率,固定解比例提高了18．3％。这充分说明了多模GNSS统一定位的可行性和优越性。     

Homogeneous reprocessing of GPS,GLONASS and SLR observations

The International GNSS Service (IGS) provides operational products for the GPS and GLONASS constellation. Homogeneously processed time series of parameters from the IGS are only available for GPS. Reprocessed GLONASS series are provided only by individual Analysis Centers (i. e. CODE and ESA), making it difficult to fully include the GLONASS system into a rigorous GNSS analysis. In view of the increasing number of active GLONASS satellites and a steadily growing number of GPS+GLONASS-tracking stations available over the past few years, Technische Universität Dresden, Technische Universität München, Universität Bern and Eidgenössische Technische Hochschule Zürich performed a combined reprocessing of GPS and GLONASS observations. Also, SLR observations to GPS and GLONASS are included in this reprocessing effort. Here, we show only SLR results from a GNSS orbit validation. In total, 18 years of data (1994–2011) have been processed from altogether 340 GNSS and 70 SLR stations. The use of GLONASS observations in addition to GPS has no impact on the estimated linear terrestrial reference frame parameters. However, daily station positions show an RMS reduction of 0.3 mm on average for the height component when additional GLONASS observations can be used for the time series determination. Analyzing satellite orbit overlaps, the rigorous combination of GPS and GLONASS neither improves nor degrades the GPS orbit precision. For GLONASS, however, the quality of the microwave-derived GLONASS orbits improves due to the combination. These findings are confirmed using independent SLR observations for a GNSS orbit validation. In comparison to previous studies, mean SLR biases for satellites GPS-35 and GPS-36 could be reduced in magnitude from \(-35\) and \(-38\)  mm to \(-12\) and \(-13\)  mm, respectively. Our results show that remaining SLR biases depend on the satellite type and the use of coated or uncoated retro-reflectors. For Earth rotation parameters, the increasing number of GLONASS satellites and tracking stations over the past few years leads to differences between GPS-only and GPS+GLONASS combined solutions which are most pronounced in the pole rate estimates with maximum 0.2 mas/day in magnitude. At the same time, the difference between GLONASS-only and combined solutions decreases. Derived GNSS orbits are used to estimate combined GPS+GLONASS satellite clocks, with first results presented in this paper. Phase observation residuals from a precise point positioning are at the level of 2 mm and particularly reveal poorly modeled yaw maneuver periods.     

Reliable single-epoch ambiguity resolution for short baselines using combined GPS/BeiDou system

GNSS single-epoch real-time kinematic (RTK) positioning depends on correct ambiguity resolution. If the number of observed satellites in a single epoch is insufficient, which often happens with a standalone GNSS system, the ambiguity resolution is difficult to achieve. China’s BeiDou Navigation Satellite System has been providing continuous passive positioning, navigation and timing services since December 27, 2012, covering China and the surrounding area. This new system will increase the number of satellites in view and will have a significant effect on successful ambiguity resolution. Since the BeiDou system is similar to GPS, the procedure of data processing is easier than that for the Russian GLONASS system. We briefly introduce the time and the coordinate system of BeiDou and also the BeiDou satellite visibility in China, followed by the discussion on the combined GPS/BeiDou single-epoch algorithm. Experiments were conducted and are presented here, in which the GPS/BeiDou dual-frequency static data were collected in Wuhan with the baseline distance varying from 5 to 13 km, and processed in separate and combined modes. The results indicate that, compared to a standalone GPS or BeiDou system, the combined GNSS system can increase the successful ambiguity fixing rate for single epochs and can also improve the precision of short baselines determination.     

GNSS广播星历轨道和钟差精度分析

为了对多个全球导航卫星系统（global navigation satellite system, GNSS）当前的广播星历精度进行一个全面的分析,对比了2014—2018年共5 a的GNSS广播星历与精密星历,并对全球定位系统（global positioning system, GPS）、格洛纳斯卫星导航系统（global navigation satellite system, GLONASS）、伽利略卫星导航系统（Galileo satellite navigation system, Galileo）、北斗卫星导航系统（BeiDou navigation satellite system, BDS）、准天顶卫星系统（quasi-zenith satellite system, QZSS）等5个系统的广播星历长期精度变化进行了分析。结果表明:5 a中GPS的广播星历轨道及钟差精度最稳定;GLONASS的广播星历轨道精度稳定性较好,但其钟差精度存在较大的离散度;Galileo得益于具备全面运行能力（full operational capability, FOC）卫星的大量发射及运行,其广播星历轨道、钟差精度大幅度变好,切向轨道、法向轨道与钟差精度已赶超GPS;BDS的广播星历轨道精度离散度较大,钟差精度出现不稳定现象;QZSS的广播星历轨道与钟差精度的稳定性与离散度相对最差。以2018年1 a的广播星历与精密星历为例分析了各个系统当前的广播星历精度,结果表明,当前GPS、GLONASS、Galileo、BDS、QZSS的考虑轨道误差与钟差误差贡献的空间信号测距误差（signal-in-space ranging error,SISRE）分别为0.806 m、2.704 m、0.320 m、1.457 m、1.645 m,表明Galileo广播星历整体精度最高,GPS次之,其次分别是BDS、QZSS和GLONASS。只考虑轨道误差贡献的SISRE分别为0.167 m、0.541 m、0.229 m、0.804 m、0.675 m,表明GPS广播星历轨道精度最高,其次分别是Galileo、GLONASS、QZSS和BDS。GPS卫星广播星历中新型号卫星的钟差精度总体要优于旧型号卫星。     

哈尔滨测绘院GNSS系统进行GPS静态四等水准测量的研发

哈尔滨测绘院利用GNSS系统进行GPS静态四等水准控制测量的设计与实现是哈尔滨市GNSS系统进行GPS高等级静态水准控制测量的历史性突破,比对常规四等水准测量检测成果,成果精度优良。利用GNSS系统进行GPS静态四等水准控制测量,大幅度地缩短了工期,降低了外业劳动强度,整体组织科学,实现了良好的社会效益,对哈尔滨市及黑龙江省以至于全国GNSS系统进行GPS静态高等级水准控制测量起到了带头和推动作用。     

多系统卫星融合定位数据的稳定性和精度比较分析

论述GNSS多系统融合定位的数学模型、分析各项误差处理策略以及参数估计方法,基于日本东京海洋大学RTKLIB软件进行GPS、GLONASS、Galileo、BDS多系统融合定位试验,并分析其动/静态定位稳定性和精度。试验结果表明:GNSS多系统融合收敛时间与GPS单系统相比缩短30%~50%,定位精度与GPS单系统相比可以提高20%~50%。此外,在卫星高度截止角大于40°和不利观测环境条件下,单系统可见卫星数不足,从而导致无法进行连续定位,但多系统融合可视卫星可获得比较好的定位精度,在建筑物密集区、山区和卫星遮挡较为严重的恶劣条件下具有实际应用价值。     

CORS环境下GPS RTK测量时的坐标系统及相互转换

GPS定位技术已经被广泛地运用并发展成为一个真正的三维测量工具。GPS CORS系统是GPS的连续运行参考站,是在一个城市、一个地区、或一个国家范围内,根据要求按一定距离间隔,建立常年连续运行的若干个固定GNSS参考站,组成的网络系统。本文通过对GPSRTK测量中遇到的不同坐标系统的分析,阐明了不同坐标系统之间数据转换的本质。结合在生产中使用的GPSRTK设备,说明了WGS-84坐标系向地方坐标系转换的一般过程和注意事项;对GPSRTK测量中遇到的不同坐标系统,进行理论上和实践上的研究,达到了预期效果,掌握了中海达V8GNSS RTK接收机在GPSRTK测量中的使用问题。     

利用多模多频GNSS-IR信号反演沿海台风风暴潮

台风风暴潮每年给沿海城市造成了极大的损失,近年来利用GNSS反射信号的地基遥感方法可以用于潮位监测,称为GNSS-IR（global navigation satellite system-interferometric reflectometry）,对风暴潮期间验潮站资料进行补充。由于风暴潮发生时间短且破坏性强,单系统GPS的时间分辨率难以满足海洋灾害的监测需求。本文基于中国香港站（HKQT）和巴哈马群岛站（BHMA）的多模多频GNSS卫星观测数据反演了3次沿海风暴潮事件。先对多模多频数据的质量进行分析,随后分别对2019年飓风“多里安”、2018年台风“山竹”和2017年台风“天鸽”引起的3次风暴潮,利用基于滑动窗口的最小二乘法对多模多频GNSS-IR反演结果进行改正并与验潮站实测值对比分析。试验结果表明,利用多模多频GNSS-IR反演“多里安”风暴潮的精度优于14 cm,反演“天鸽”和“山竹”风暴潮的精度优于9 cm。相比GPS单系统,多模多频GNSS-IR能够提高监测的精度和时间分辨率,有效提取风暴潮中异常潮位的涨潮、峰值和落潮的全过程,对海洋灾害的研究监测发挥重要作用。     

European GNSS – Competitive, Yet Cooperative

The management of the Global Positioning System (GPS) by the U. S. Department of Defense (DoD) has been the subject of persistent criticism by the global community of users in general and particularly in Europe. The European Union (EU) is considering various global navigation satellite systems (GNSS) that would provide it with varying degrees of control, autonomy, and specificity of use. The gamut of options includes various augmentations of GPS, a combination of GLONASS and GPS, and its own GNSS, dubbed Galileo. We discuss the concerns of the global community with respect to GPS and the motives that drive the GPS globalization debate. We also describe the various European GNSS concepts and initiatives, and the likelihood for their realization as substitutes to the GPS. ? 1999 John Wiley & Sons, Inc.