不同全球对流层天顶延迟产品在中国区域的比较

用4种全球对流层天顶延迟格网产品计算我国区域内9个IGS(International GNSS Service)站的对流层天顶延迟,分析各产品的精度,包括对流层延迟高程归算方法、格网插值方法及其在不同区域的差异性.结果表明,不同插值方法的插值精度无明显差异,对流层延迟的高程归算精度与站点的高程离散度有关;UNB(University of New Brunswick)提供的不同格网产品精度相当,但与VMF1(Vienna Mapping Functions)产品有明显差异;各产品的插值精度在区域上不尽相同,且VMF1产品更稳定.     

基于CAPS的双天线共接收机无电离层影响的混合差分定位新方法

针对转发式中国区域卫星导航定位系统（CAPS）的构思与设计,给出了基于CAPS的导航定位解算的3种基本模式,并进行比较分析．根据电离层延迟与频率平方成反比,提出双天线共接收机的无电离层延迟影响的混合差分导航定位新方法,给出其基本原理,导出混合差分观测量,具体推导了单历元和多历元的解算公式和算法．该方法消除了CAPS导航信息发射、传播、转发和接收等环节的电离层延迟、硬件延迟、时钟误差等公共误差,方便于实现单历元解算和多历元导航定位,可有效提高CAPS的导航定位精度和实时性．该方法不但能同时对CAPS星座的GEO和IGSO卫星进行几何定轨和导航定位解算,而且还可以求解对流层天顶延迟,用于研究大气中水汽含量的变化．在有限时间间隔内,利用多项式表示天顶延迟和CAPS卫星轨道,可有效减少未知参数个数,提高解算速度和实时性．     

天顶对流层干延迟模型高程适用性研究

针对天顶对流层干延迟(ZHD)的3种通用模型, 即Saastamoinen模型、Hopfield模型和Black模型, 构建基于探空数据的Radiosonde方法来解算ZHD并将其作为真值, 在北美夏季中纬度地区真实大气和标准大气两种条件下, 通过对比Radiosonde方法与3种通用模型计算的ZHD结果, 对3种通用模型进行高程适用性分析。结果表明, 3种通用模型都适用于0~30 km的高度, Black模型和Saastamoinen模型的精度相近, Hopfield模型精度最差。最后, 构建高气压变化范围的本地化短期ZHD-P模型。     

北斗二号系统非核心区域定位精度影响因素分析

北斗二号系统作为一种区域定位系统在其服务核心区域内发挥了越来越重要的作用,对于北斗二号系统非核心区域定位精度影响因素的研究也变得越来越重要。本研究使用GAMIT/GLOBK软件解算由多GNSS实验项目(MGEX)提供的位于北斗二号系统非核心区的17个IGS站数据,研究了不同精密星历以及基线解算策略中的干湿映射函数、观测量选择、卫星高度截止角、对流层天顶延迟估计时间间隔对北斗二号系统在非核心区域定位精度的影响。实验结果表明:北斗二号系统非核心区域定位标准差精度达到分米级;利用GAMIT/GLOBK软件对实验区域北斗数据进行解算时,使用欧洲定轨中心(CODE)提供的精密星历,干湿映射函数采用NMF函数,观测量采用电离层约束求解宽巷模糊度,卫星高度截止角设置为12°,对流层天顶延迟估计时间间隔设置为1h,解算精度较高。制约北斗二号系统非核心区域定位精度的主要原因是非核心区域测站可观测到的北斗二号卫星数太少。研究表明,精密星历、干湿映射函数、观测量选择、卫星高度角设置和对流层天顶延迟估计时间间隔会影响北斗二号系统非核心区的定位精度,通过选择合适的精密星历和基线解算策略能够提高定位精度。     

多星座导航系统三维大气水汽预测仿真

卫星导航系统(GNSS)技术可用于探测大气水汽,目前中国GNSS监测网络已应用于很多地区上空大气水汽的日常监测和水汽预测的研究;但在水汽反演过程中,由于对流层水汽时空变化迅速,GNSS监测网站间距较大、分布不均匀,导致单一GNSS无法在短时间内获得足够的斜路径观测值。为了解决这个问题,在无需扩大GNSS监测网前提下,提出利用多模GNSS技术的三维大气水汽预测。通过中国地区3个IGS测站BJFS、WUHN、LHAZ站验证多星座下格网覆盖率显著高于单星座,然后以北京地区为例,构建观测网络并进行水汽反演仿真。仿真结果表明:在相同观测条件下,相较于单GNSS,多模GNSS能够加快层析方程解算收敛速度,获取更多的斜路径观测值;进而明显改善反演结果,尤其能显著提高地面4 km以上的预测精度。可见多星座导航系统能提高大气水汽反演精度。     

基于边长约束网平差的微型GNSS阵列高精度定位方法

针对目前全球导航卫星系统(GNSS)动态观测中存在短时间内难以得到较为精确坐标的现象,提出由相距极短的GNSS天线\接收机组成且空间分布已知的微型GNSS阵列定位的方法。载波相位双差观测可以消除载波信号中的接收机钟差和卫星钟钟差,对流层延迟误差、电离层延迟误差、卫星星历误差经过双差观测后也可以忽略不计,从而得到高精度的动态基线向量。本研究以经过载波相位双差观测后得到的高精度动态基线向量为观测量,并通过激光跟踪仪进行距离测量确定阵列天线之间的边长,以边长为约束,对微型GNSS阵列进行边长约束网平差,进而得到阵列中天线的精确坐标。结果显示:对微型GNSS阵列中所有独立基线的边长进行约束是所有约束网平差中精度最高的方案,微型GNSS阵列中的天线经过平差解算后比不添加约束的网平差的精度提高了20%以上。     

GNSS/INS紧组合算法实时性改进与嵌入式验证

针对GNSS/INS实时紧组合导航系统中存在的GNSS数据延迟以及组合更新解算耗时过长的问题,基于Kalman滤波理论,提出了一种在完成了滞后的观测更新后将误差状态向量一步转移到当前时刻的Kalman滤波数学模型.为了验证改进模型的有效性,首先,在Windows平台上,利用车载实测GNSS观测数据和IMU观测数据对比分析了使用改进模型解算与标准Kalman模型解算在GNSS信号中断时段内的导航误差,分析结果表明,2种模型的导航误差相当,说明了改进模型对时间延迟处理的正确性.然后,在DSP硬件平台上,基于改进模型实现了GNSS/INS实时紧组合导航系统,并进行了车载测试,实测结果表明:相对于标准Kalman模型,所提出的改进模型能够在保障紧组合导航系统精度的前提下,将输出导航结果的时间延迟减少到最小,保障了组合导航结果的实时性.     

GPS定位误差中对流层延迟的分析

系统地分析了对流层延迟特性在GPS导航中造成的定位误差。基于霍普菲尔德模型和萨斯塔莫宁模型,提出了一种在缺少实测气象参数条件下使用的简易对流层延迟修正模型,并利用Matlab仿真软件对静态和动态的接收机实测数据进行了分析。实验结果表明,简易修正模型可以消除70%左右的对流层影响,有效地提高了GPS的定位精度。     

北斗单系统及多全球导航卫星系统组合极区定位性能

为了评估北斗单系统(BeiDou satellite navigation system,BDS)及多全球导航卫星系统(global navigation satellite sys-tem,GNSS)在极区环境下的导航定位性能,从可见卫星数、位置精度因子、定位精度和高度角变化等多个性能指标对南北极四个测站进行分析.首先介绍了多GNSS的位置精度因子计算模型,然后利用开普勒轨道参数仿真各卫星导航系统数据,详细分析了北斗单系统、北斗双系统以及四系统的性能.仿真结果表明,双系统和四系统能够显著增加可见星数和降低位置精度因子值,从而提高定位精度.四个测站中中山站可见卫星数最多,且各方面性能指标最优,高纬度区域昆仑站性能最差.此外,BDS/GLONASS格洛纳斯组合可以显著增加高仰角卫星,能够改善极区定位性能.     

随机模型在GPS卫星钟差估计中的应用

卫星钟差是影响定位精度的重要误差源之一。针对不同接收机评估其伪距观测精度，选择相应的相位观测方差，构建合理的随机模型。采用56个IGS（International GNSS Service）跟踪站观测数据解算卫星钟差，并进行定位验证。结果表明：基于该方法的钟差估计结果与传统的钟差估计方法的结果在定位精度上改进约为5%。使用IGS卫星钟差，将该随机模型用于定位解算，10个测站中，7个测站收敛时间与定位精度有明显改进，收敛时间相较于传统定权方式的解算结果改进最高可达78%、定位精度改进最高可达86.55%。     

一种新的多因子约束下的NWP反演ZTD残差改正模型

对流层延迟是GNSS定位的主要误差源之一,利用NWP模型的气象数据积分反演ZTD是当前研究热点.然而,采用两大气象预报中心(ECMWF和NCEP)的再分析资料反演ZTD的残差一般在±60 mm之间浮动,预报资料反演的ZTD的精度更差,都不能直接用于精密定位.一般是先将此反演的ZTD作为初值,设定先验方差,将残差作为未知参数求解.NWP反演的ZTD的精度,将直接影响对流层和模糊度参数在滤波过程中收敛速度.前人的研究表明,NWP反演ZTD的残差大小与测站所在纬度相关,利用纬度与残差的相关函数可提高NWP反演ZTD的精度,但效果并不明显.针对以上问题,比较ECMWF和NCEP再分析资料反演ZTD的精度,然后分析精度较高的ECMWF资料反演的ZTD的残差随温度、湿度、纬度、季节等因子变化的规律,并结合基于最小绝对残差法的多项式拟合方法拟合残差,提出一种新的多因子约束下的NWP反演ZTD的残差改正模型,从而提高NWP反演ZTD的精度.为验证模型的性能,以133个IGS站高精度ZTD为参考,拟合2015年ECMWF反演ZTD的残差,构建残差改正模型,并利用此模型改正2016年ECMWF反演的ZTD.实验结果表明：在纬度高于15°的地区,NWP反演的ZTD的平均残差和均方根误差比使用模型前分别减小了86.9%和36.3%.另外,对于较低纬度地区,此残差改正模型的效果不明显.     

A new global zenith tropospheric delay model IGGtrop for GNSS applications

Tropospheric delay is one of the main sources of measurement error in global navigation satellite systems.It is usually compensated by using an empirical correction model.In this paper,temporal and spatial variations of the global zenith tropospheric delay(ZTD) are further analyzed by ZTD time series from global International GNSS Service stations and annual ZTDs derived from global National Centers for Environmental Prediction reanalysis data,respectively.A new ZTD correction model,named IGGtrop,is developed based on the characteristics of ZTD.Experimental results show that this new 3D-grid-based model that accommodates longitudinal as well as latitudinal variations of ZTD performs better than latitude-only based models(such as UNB3,EGNOS,and UNB3m).The global average bias and RMS for IGGtrop are about-0.8 cm and 4.0 cm,respectively.Bias values for UNB3,EGNOS,and UNB3m are 2.0,2.0,and 0.7 cm,respectively,and respective RMS values 5.4,5.4,and 5.0 cm.IGGtrop shows much more consistent prediction errors for different areas than EGNOS and UNB3m,In China,the performance of IGGtrop(bias values from-2.0 to 0.4 cm and RMS from 2.1 to 6.4 cm) is clearly superior to those of EGNOS and UNB3m.It is also demonstrated that IGGtrop biases vary little with height,and its RMS values tend to decrease with increasing height.In addition,IGGtrop generally estimates ZTD with greater accuracy than EGNOS and UNB3m in the Southern Hemisphere.     

基于非线性自适应回归神经网络的GPS/IMU组合导航方法

车道级高精度定位导航是智能网联汽车的基本配置,全球定位系统(globlal positioning system,GPS)/惯性测量单元(inertial meansurement unit,IMU)组合导航是高精度定位的关键技术之一。根据汽车行驶过程中高精度定位要求,提出了应用于智能网联汽车的基于非线性自适应回归(nonlinear autoregressive exogenous,NARX)神经网络的GPS/IMU组合导航方法。首先,根据IMU传感器数据特性,建立了基于扩展卡尔曼滤波的惯性导航系统(inertial navigation system,INS)模型,其次,基于NARX神经网络,建立了GPS/INS组合定位训练和预测模型,然后,基于全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)、实时动态差分技术(real-time kinematic,RTK)、INS等技术,设计了智能网联汽车RTK高精度定位数据采集实验系统,并收集了实验数据。最后,对NARX网络训练误差和GNSS信号长时间失效情况下定位预测误差进行了讨论与分析。实验结果表明,该方法在GNSS信号失效5 min情况下,定位预测误差在2. 5 m以内,满足一般情况下,短、中、长隧道中智能网联汽车定位应用要求。     

BD星基增强系统格网电离层延迟算法的研究

随着北斗卫星导航系统的发展日益成熟,开发基于北斗的星基增强系统已刻不容缓,而电离层误差是影响星基增强系统定位精度的重要误差源。利用中国大陆构造环境监测网络的10个GNSS参考站在2016年3月20日的观测数据,验证了基于北斗导航系统的星基增强系统格网电离层修正算法在中国地区部分站点的修正精度,与Klobuchar模型修正法进行了对比,并检验了格网电离层垂直延迟的修正误差GIVE。结果表明,格网电离层修正算法的修正精度普遍优于Klobuchar模型修正法;修正误差也在正常范围内,进一步说明格网电离层延迟算法在中国地区的应用是可行的。     

重力场模型和DEM提高GPS高程转换精度

为了充分利用GPS观测数据中的高程信息,提高山区GPS大地高转换为正常高的精度,利用国内外最新的重力场模型和数字高程模型（DEM）数据,采用移去-拟合-恢复方法进行GPS高程转换,并与三等水准实测高程进行比较,结果表明：在地形起伏较大的山区,利用高精度的地球重力场模型,可将GPS高程转换的精度提高50%左右。地形改正也可以在一定程度上提高GPS高程转换的精度,地形对高程异常的影响与地形起伏程度和拟合点间高差有关。对于几何水准难以施测的山区利用GPS观测信息确定高精度海拔高程有重要意义。     

低轨星座导航增强能力研究与仿真

低轨卫星星座具有几何图形变化快、落地信号功率强、全球天基监测覆盖等天然优势,可对中高轨全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)星座进行有效补充和增强,提升全球定位、导航与授时(Positioning,Navigation and Timing,PNT)服务的精度、完好性、可用性和抗干扰等能力,已成为下一代卫星导航系统重要的发展方向.本文总结了国内外低轨星座发展现状,对不同低轨星座进行了分析和设计,对低轨星座提升导航定位精度、加速精密单点定位(Precise Point Positioning,PPP)收敛、全球天基监测等导航增强能力进行了分析,重点论证了低轨星座突破现有中高轨GNSS技术瓶颈的机遇和体系增量能力,给出了相应的仿真分析结果,以期对我国低轨星座和北斗卫星导航系统的融合发展提供参考和建议.     

北斗卫星导航系统对定位测量数据的影响

北斗卫星导航系统是中国自主研制的全球卫星导航系统,然而北斗卫星导航系统对GNSS测量数据精度有何影响的研究较少,本文主要研究有无北斗卫星导航定位系统参与下,对GNSS测量数据的点位中误差及点位精度所带来的影响。研究表明,在有北斗的参与下,数据的点位中误差明显偏小,更接近已知点位的坐标,且数据质量稳定。     

船舶航行GPS定位轨迹的新预测模型

为了提高海上船舶航行轨迹的预测精度,根据船舶航行的GPS定位轨迹特征,构建一套适用于航行轨迹预测优化算法模型,研究内容包括轨迹数值预处理、预测计算、结果精度分析3个部分.运用离散小波变换对船舶航行轨迹数值的分辨预处理,在灰色预测GM（1,1）算法的基础上,运用非线性规划方法动态调整GM（1,1）算法均质生成数列中的发展系数,构建基于时间序列的数值预测优化算法,最后通过算法模型的实验比较和应用测试.结果表明,本预测模型计算结果精确度高,优于多个其它预测算法或模型.     

考虑高层建筑的高分辨率卫星影像几何定位

研究城市高层建筑环境下高分辨率卫星立体影像的几何校正方法和精度分析.实验结果表明,为了提高基于有理函数模型的定位精度,需要加入部分地面控制点.但是当控制点位于地面时,传统物方几何校正模型可以对平坦地面点进行有效几何校正,而建筑物楼顶点会出现高程外推计算错误.为此,提出一种改进的物方几何校正模型,可以消除建筑物高程差过大造成的几何定位影响.计算结果显示,在上海城市中心区域的实验中可以达到平面方向0.6 m和高程方向0.8 m的定位精度,证明了该改进模型的有效性.     

一种高分三号SAR影像五参数变换模型几何精校正方法

为了更好且快速的提高单景高分三号影像的地理定位精度。本文提出了有理函数结合五参数变换方法的复合模型实现高分三号（GeoFen-3, GF-3）卫星一级影像产品的几何精纠正,所提五个参数均具有具体的物理意义。通过比较仅用影像附属的有理多项式参数,以及有理函数模型结合仿射变换方法的定位精度,表明在引入高分辨率数字高程模型且使用本文方法时,只用3至4个控制点便可有效提高GF-3号影像的定位精度。相比仿射变换模型,本文的方法具有所需控制点数少且精度高的优点。并利用四景GF-3号SAR影像对所提方法进行了实验验证,在引入高分辨率数字高程模型数据后,本文所提方法可将高分三号超精细条带（ultra fine strip, UFS）模式的影像定位精度纠正到两个像素左右,精度要高于仿射变换的方法。