复杂观测环境下GNSS信号分类及精度评估

基于高度角、信噪比和伪距残差3个指标,采用K均值(Kmeans⁺⁺)、迭代自组织数据分析法(ISODATA)和基于密度带有噪声的空间分类法(DBSCAN)对复杂城市观测环境下的GNSS数据进行分类,并采用伪距单点定位模型(SPP)评估不同算法的分类精度。结果表明,Kmeans⁺⁺算法分类精度最优,在E、N、U 3个方向上的定位精度分别达2.56 m、3.25 m、9.73 m;相较于未采用Kmeans⁺⁺算法的定位精度分别提升57.86%、47.64%、60.98%。为进一步验证算法性能,将Kmeans⁺⁺算法与信噪比、高度角阈值法进行精度对比,结果表明,Kmeans⁺⁺算法的平面和三维定位精度均有显著改善,分别提升24.87%、39.07%（信噪比阈值法）和41.36%、59.91%（高度角阈值法）。     

CMMB信号抗多径性能的分析与仿真

从CMMB（中国移动多媒体广播）体系结构入手,研究了CMMB信号抗多径性能。以信号中有、无循环前缀（CP）为例给出了抗多径性能的详细推导,通过Matlab 7．1对该系统在典型动态多径信道情况下的性能进行了仿真。结果表明：该系统有很强的抗多径能力,在信噪比为30dB时接收CMMB信号与接收普通OFDM（正交频分复用）信号相比,误码率有2个量级的改善,有利于提高导航定位的精度。     

基于海面环境多路径效应建模初探

在海洋测绘中,GNSS定位精度不可避免地要受到多路径效应的影响。本文遵循多路径效应建模的一般原则,对海面环境多路径效应建模进行了初步探讨,模拟了平静湖面和动态海面环境下多路径效应产生的过程,根据各参数的几何关系推导出了多路径效应产生的位置以及信号延迟距离。并通过模拟数据对海面动态环境下多路径效应产生的位置进行了计算,以验证所推公式的有效性。     

Prediction and visualization of GPS multipath signals in urban areas using LiDAR Digital Surface Models and building footprints

This paper explains a ray tracing method which is applied to prediction and visualization of diffracted and reflected GPS signals in dense urban areas. Reflected and diffracted signals can have a detrimental effect on GPS positioning accuracy especially in highly built‐up areas. The ray tracing technique implemented in this paper is specially geared to LiDAR height pole data at 1‐m spatial resolution and 2D building footprints in raster and vector format, respectively. Such a simple data format allows for rapid implementation of 3D ray tracing in a GIS without further processing so that detailed 3D urban models in vector format are not required. Issues of spatial uncertainty in the data used are also addressed in relation to the identification of multipath signals. Some preliminary results obtained from fieldwork are presented and analysed in detail.     

Adaptive wavelet transform based on cross-validation method and its application to GPS multipath mitigation

Global positioning system (GPS) multipath disturbance is a bottleneck problem that limits the accuracy of precise GPS positioning applications. A method based on the technique of cross-validation for automatically identifying wavelet signal layers is developed and used for separating noise from signals in data series, and applied to mitigate GPS multipath effects. Experiments with both simulated data series and real GPS observations show that the method is a powerful signal decomposer, which can successfully separate noise from signals as long as the noise level is lower than about half of the magnitude of the signals. A multipath correction model is derived based on the proposed method and the sidereal day-to-day repeating property of GPS multipath signals to remove multipath effects on GPS observations and to improve the quality of the GPS measurements.     

GNSS-IR海潮监测的动态改正方法对比分析

从测站环境和监测要求2个方面分析经典改正法和最小二乘改正法在海潮监测中的适用性。结果表明,2种方法均能改正误差,提高反演精度,且具有不同的适用性。经典改正法在正常气象情况下改正效果较好且基本不改变结果的时间分辨率,而最小二乘法更适用于风暴潮或海啸等特殊情况。当监测有效方位角较小的海域时,2种方法改正效果均会降低,且经典改正法受影响更大。     

基于经验小波变换的GNSS多路径误差改正

多路径误差是影响GNSS测量精度的主要因素及误差改正难点。将经验小波变换(EWT)算法在分解复杂信号上的优势与GNSS多路径误差的周日重复特性相结合,提出基于EWT的多路径误差提取及改正新方法。将能量熵与相关系数相结合来定义筛选系数,并将其变化显著的点作为含噪分量及信息分量的分界点;通过对含噪分量进行去噪并与信息分量重构的方式建立基于EWT的去噪新方法。模拟和实测数据实验表明,EWT能较好地提取及改正GNSS多路径误差,并且其效果显著优于EMD及小波分析方法。     

双极性天线在多路径效应探测中的应用

多路径效应是影响卫星定位精度和稳定性的重要因素。针对多路径环境复杂多变难以进行分析的问题,该文提出了一种利用双极性天线探测多路径的方法。详细介绍了反射信号的极性特征;通过判断信号的极性可以有效地区分直射信号和反射信号。分析了通过信号极性实现多路径探测的理论:组成双极性天线的右螺旋圆极化天线和左螺旋圆极化天线能够分别输出卫星信号中的右螺旋圆极化分量和左螺旋圆极化分量,如果两个分量的载噪比差值大于一定的门槛值,就可以推断卫星信号在传输过程中经历了多路径效应。最后通过仿真实验验证了该方法的可行性和有效性。     

逐历元GNSS-R测高单差和双差算法

GNSS-R测高是一种高效监测水面高度及其变化的新技术。与传统水面测量技术,如验潮站、卫星测高等相比,其主要优点包括可实现更高时空分辨率的观测、测高结果不受板块垂直运动的影响等。本文提出了一种基于单差观测值组合的cGNSS-R逐历元测高算法,可提高水面高度测量的时空分辨率,并给出了基于双差观测值逐历元cGNSS-R测高算法。利用武汉东湖清河桥上cGNSS-R试验中GPS反射信号观测数据,给出了高精度高时空分辨率的湖面到反射天线相位中心垂直距离,验证了本文算法的准确性,精度可达±2~±4 cm。与水面高实际观测比较结果表明,cGNSS-R单差、双差算法可有效削弱钟差以及电离层和对流层误差对反演水面高度的影响。     

惯性辅助强多径环境中的北斗三频周跳探测与修复

针对北斗三频信号,引入了惯性信息辅助周跳探测与修复,建立了北斗/INS松组合模型,提高了多径误差严重影响下的BDS周跳探测成功率和修复率。在常规伪距-相位组合与几何无关组合探测三频周跳的基础上,提出了INS定位辅助的北斗三频组合法,构建了INS辅助的周跳决策量,分析了INS定位误差对周跳探测的影响。该方法克服了周跳探测受伪距观测值精度影响的不足,实现了北斗系统多径环境中的小周跳探测。试验采用船载INS/BDS三频组合系统进行数据实测分析,结果表明,在水面强多径噪声环境导致传统三频探测模型失效的情况下,该方法显著提高了探测成功率与修复率,并适用于低频北斗观测数据。