全球第五个卫星导航系统数据中心落户武大

正近日,国际GNSS(全球卫星导航系统)服务组织IGS(International GNSS Service,简称为IGS)正式通知,由武汉大学建设全球第五个IGS数据中心。该数据中心将面向全球卫星导航定位用户免费提供国际IGS基准站观测数据、GNSS卫星精密轨道、精密钟差以及地球自转参数等数据服务。它将改变我国卫星导航用户完全依赖国外数据中心的现状,使我国用户下载GNSS数据的速度从过去数十KB每秒     

基于最新对流层改正模型的卫星钟差精度实时估计

研究了基于星间差分和历元间差分观测模型的卫星钟差估计方法,估计了精密卫星钟差历元间差值,利用导航星历或预报星历提供的相对钟差,求解出卫星的相对钟差。通过自编程序解算IGS站的观测数据,与IGS作差后比较发现,估计得到的卫星相对钟差与IGS互差优于0.8ns,略低于IGS事后发布的优于0.1 ns的精度。结果表明:基于星间差分和历元间差分方法,计算效率高,未知参数少,不存在收敛过程,可用于较高精度的实时精密单点定位。     

不同分析中心精密产品的比较与分析

针对国际GNSS服务局(International GNSS Service,IGS)不同分析中心卫星轨道和钟差产品之间的差异,利用IGS提供的综合精密产品和不同分析中心的精密产品,比较分析了不同分析中心精密轨道和精密钟差产品的区别。在此基础上,使用同一分析中心的卫星轨道和钟差产品,将IGS综合精密产品的静态精密单点定位(Precise Point Positioning,PPP)单天解作为参考值,基于RTKLIB比较了不同分析中心精密产品PPP单天解相对于IGS PPP单天解的点位分量误差。算例表明:尽管不同分析中心的精密轨道和精密钟差产品存在差异,然而在采用同一分析中心精密产品进行精密单点定位时,其X、Y、Z坐标分量偏差均在mm级,其点位定位误差在[2 mm 8 mm]之间波动,表明了同一分析中心的轨道和钟差产品具有自洽性和一致性。因此,在IGS精密卫星轨道和钟差产品未发布前,用户可以配套使用IGS不同分析中心的卫星轨道和钟差产品来取代IGS最终精密轨道和精密钟差产品,以得到高精度定位结果。     

北斗卫星导航系统性能评估

文中对北斗卫星导航系统的发展过程及现状进行了简要介绍,就北斗系统卫星轨道精度、单点定位导航应用、精密基线定位等方面进行了评估。评估结果表明:目前,北斗系统广播星历精度可达3～5 m,精密星历精度为20 cm左右;基于伪距观测值的单点定位解算精度可达10 m以内,满足一般导航应用的要求;基于载波相位观测值的北斗短基线相对定位解算精度可达厘米级甚至毫米级,北斗系统初步具备高精度定位能力。     

基于时间序列的快速卫星钟差短期预报研究

卫星钟差预报在实时高精度的导航定位中起着重要的作用。为提高GPS实时精密单点定位的精度,需要有实时的、高精度的卫星钟差预报。利用时间序列系统理论与灰色模型对快速卫星钟差进行了短期预报。结果表明,基于时间序列预报模型的预测精度优于灰色模型,它对超快速星历的预报精度与IGS产品中的IGU超快速星历本身的精度相当。Rb钟的精度和稳定性优于Cs钟。     

现阶段提高伽利略导航系统定位精度的一种方法

文中针对现阶段伽利略系统在轨卫星数量较少的弱点,提出了一种提升其定位精度的算法。该算法利用镜面对称法则,通过对原始可见卫星进行投影生成虚拟可见卫星,同时构建相应的虚拟伪距观测量,联合实测和虚拟观测量进行伪距单点定位参数估计。实测数据解算表明:该算法有效增加了SPP解算时的可用卫星数量,改善了导航卫星星座几何结构,在一定程度上提高了伪距定位的精度。     

GPS精密单点定位解算软件的研发

精密单点定位技术具有测量便捷、成本低廉、精度高的优势,目前已被广泛应用于各大生产和科研领域。文中提出了一种利用双频GPS伪距、载波相位观测量进行精密单点定位的数学模型,并基于C语言完成了解算软件的编程开发,利用IGS测站的实测数据对开发的软件进行了测试与精度评定,结果显示该解算软件可实现动态PPP模式下cm级的定位精度。     

一种GPS单频接收机钟跳实时探测与修复方法

GPS（Global positioning system）在矿区测图与变形监测方面发挥了重要作用,但GPS接收机钟的不稳定直接影响了定位解算结果的精度,有必要准确有效地对GPS观测值中的接收机钟跳进行探测与修复。针对现有GPS接收机钟跳探测与修复方法的不足之处,提出了一种观测值域内GPS单频接收机钟跳与周跳同时存在时钟跳的实时探测与修复方法。首先通过星间和历元间组成双差观测量,对GPS接收机原始观测值中的钟跳与大周跳进行有效分离;然后利用伪距与载波观测值相邻历元间的二次差线性组合求解钟跳量级;最后对伪距观测值钟跳引起的跳变进行修复。分别采用IGS（International GNSS service）跟踪站采集的数据以及淮南某矿区的GPS观测数据进行周跳探测与修复试验,结果表明：针对不同类型的GPS接收机,所提出的方法可有效探测和修复GPS单频接收机钟跳,有助于提高GPS单频接收机的数据质量,对于提高矿区测图与变形监测精度具有一定的作用。     

基于CNES产品的GPS实时精密单点定位性能分析

文中基于CNES数据分析中心的实时精密轨道、钟差产品,利用数个国内IGS站数据进行GPS精密单点定位解算,并且与伪距单点定位及基于IGS最终星历的精密单点定位结果进行了横向比较。结果表明:现阶段实时PPP解算可实现分米级的定位精度。     

序列平均模型提高GPS控制测量基线解算精度的探讨

在GPS数据后期处理中,基线解算精度的高低会大大影响整个GPS数据的平差精度,如何找到一个合理的模型来尽量提高GPS基线解算精度是一个很值得探讨的问题。文中利用阳山金矿近几年采集的GPS控制测量野外数据,使用序列平均模型,采取4种方案进行基线解算数据比较,同时充分考虑卫星残差带来的影响,对序列平均模型提高精度的效果进行评估,发现序列平均模型是一个能提高GPS基线解算精度的模型,并且该模型可靠性较高。     

基于地面三维激光扫描的露天矿采剥工程量计算方法

目前露天矿山采场验收测量主要采用全站仪等点式测量方法,存在采样密度低、体积计算误差大、测量周期长等不足,使用三维激光仪进行露天矿山采场验收测量已经成为一种发展趋势,然而现有的点云配准算法存在配准效率低、精度不高等问题。针对迭代最近点法(Iterative closest point,ICP)点云精配准对初始输入点云要求较高,以及原有SIFT-ICP算法需要使用影像数据作为SIFT算法粗配准数据源的问题,将原有SIFT-ICP算法进行了改进,提出了一种新SIFT-ICP算法。新算法仅使用点云一种数据源,并将SIFT算法快速识别特征点与ICP精确配准相结合,改善了精配准过程中的初始点云输入,从而实现了电云快速精确配准。辽宁省鞍山市鞍千矿现场试验表明:基于地面三维激光扫描和新SIFT-ICP算法能够快速完成点云配准,计算得到的采剥工作量相对误差仅为0.72%,可以替代目前广泛使用的全站仪等点式测量方法,并可大大提高露天矿山验收测量效率。     

厚松散层条件下边界角和移动角求取方法

在松散层或基岩厚度变化较大时,采用地表移动观测站综合角量参数代替松散层与基岩的角量参数确定的开采影响范围往往与实际差别较大.文中对唐山矿岳各庄观测站实测资料进行分析,采用沉陷学角量参数与采深的几何关系求得了该区松散层与基岩的边界角和移动角.对松散层与基岩变化较大的矿区地表移动观测站角量参数的求取具有一定参考价值.     

煤矿井下目标定位的研究现状与展望

本文总结了近年来提出的iBeacon井下定位技术、卡尔曼滤波UWB井下动态定位技术、WMSNs视频矿灯定位技术、TWR和SDS-TWR定位方法、异步测时煤矿井下人员定位技术、多传感器信息融合煤矿井下人员定位方法、GRPM煤矿井下人员定位技术、基于改进UWB算法的井下定位以及捷联惯性导航定位技术等井下目标定位技术与方法,并从受巷道及其支护和巷道中导体及障碍物影响大小、是否需要基站/移动终端和参考站之间时钟同步、是否需要参考站之间时钟同步、受基站/移动终端和参考站时钟频率偏移影响大小、基站/移动终端成本、参考站成本和定位精度等方面综合评定各种定位技术的优势和局限性。研发新型组合型井下精密定位系统,使得传输信号不受井下巷道环境影响、无需时钟同步、定位设备复杂度小、基站和参考站建设成本低、定位精度高、定位导航可视化,是实现井下实时位置服务、为井下目标管理提供精准控制以及煤矿智能化开采走向成熟阶段的重要环节。     

GAMIT/GLOBK数据解算误差影响分析

采用GAMIT/GLOBK进行高精度GPS控制网静态数据处理,通过不同方案设计对比分析解算过程中各参数和不同误差改正模型的差异。结果表明:不同基线类型应采用不同的基线解算模式,解算精度随对流层参数个数的增加而降低,且基准站概略坐标误差不宜大于7 m。另外,验证了海潮负荷对沿海测站的影响要大于内陆测站,数据解算时采用GMF映射函数模型和IERS10规范中的固体潮模型即可。     

基于PSO-RBF神经网络的主要影响角正切求取方法

主要影响角正切tanβ是采用概率积分法进行矿山开采沉陷预计的主要参数之一,决定着开采沉陷的影响范围。为了提高tanβ求取精度,在分析tanβ及其影响因素的基础上,选取tanβ的5个主要影响因素作为输入层神经元,将粒子群(PSO)快速搜索全局最优解算法与径向基(RBF)神经网络相结合,提出一种求取tanβ的PSO-RBF神经网络预测模型,获得tanβ和地质采矿条件之间的非线性映射关系。运用我国30个典型观测站的实测数据作为学习训练和测试样本,进行了PSO-RBF神经网络模型的适应度和泛化能力测试,对预测结果与实测值进行了对比分析。结果表明：应用PSO-RBF神经网络模型预测tanβ,收敛速度快,预测精度高。预测结果的最大相对误差为6.54%,最小为2.56%,所得到的tanβ精度有了一定的提高。     

智能优化算法在概率积分参数反演中的比较

概率积分法是我国矿山开采沉陷预计的主要方法,其预计的精度直接取决于参数准确性。采用智能优化算法对实测地表沉陷数据反演是获取概率积分法参数的主要方法。为研究优化算法在开采沉陷概率积分参数反演中的应用效果,采用VB语言编程实现了模矢法、遗传算法、粒子群算法、模拟退火算法等常见概率积分参数反演算法,通过构造理论数据分析和比较了这4种算法参数反演的效果,并从运行时间、求参稳定性、搜索性能、抗局部解能力等方面对4种算法进行综合评价。研究结果表明:4种算法参数反演结果精度较高,参数相对误差小于2%,且对观测站中的观测值随机误差、粗差问题具有较强的抗干扰能力。模矢法运行效率高但容易陷入局部解,粒子群算法效率较低,遗传算法和退火算法全局能力强但后期收敛能力较弱。     

开采沉陷动态下沉模型及其参数研究

针对Knothe时间函数在描述动态下沉过程中下沉速度的不足,采用改进的双参数Knothe时间函数建立动态下沉模型,其中的覆岩岩性决定系数c及幂指数k值采用最小二乘法求解,最大下沉值W0通过地表移动观测站实测资料确定。采用拟合决定系数R2评定精度,以淮南某矿1242（1）工作面地表移动观测站实测资料进行模型精度验证,最大下沉点MS29和ML44在各个观测时期的拟合决定系数分别为0.983 6和0.975 7,工作面推进过半时（328 d）倾向和走向观测线上各监测点观测值与预计值的拟合决定系数分别0.995 3和0.958 2,计算结果表明双参数Knothe时间函数模型动态预计1242（1）工作面开采沉陷全过程精度可靠。     

矿区地表观测站辅助设计与数据处理程序实现

为了提高矿区地表移动观测站设计的自动化程度、数据处理速度以及绘制移动变形曲线图的效率,基于Visual Basic（VB）及Visual Basic for Application （VBA）编程语言,并融合Access数据库、AutoCAD、Excel软件技术,实现了地表移动观测站设计中的参数查询、观测线长度计算、观测线布设、数据输出、后期观测数据处理及绘制曲线等一系列功能。首先在AutoCAD软件中快速进行工作面上方地表、线状路线观测站的布设;然后采用Excel软件自动化处理观测数据并绘制变形曲线图,并改进了Excel软件中绘制带平滑线散点图坐标轴的标注功能;最后将上述2个功能模块集成到同一程序中,从而克服以往程序功能单一、自动化程度差、修改不便等缺陷。结果表明,该程序能够适应多样化的布站需求,满足绘制地表移动变形曲线图的特殊要求,有助于提高矿区地表观测站设计的自动化程度,为建立地表移动观测系统提供参考。     

基于信号强度的改进型井下测距算法的研究

针对现有信号强度测距法计算误差较大的问题，研究射频天线性能参数对电磁波传输的影响，提出将天线阻抗特性与能量接收相联系，将水平极化衰减率应用于求解天线回路上任意微分长度元的电磁波功率密度，从而建立了符合井下射频天线特性的信号能量与传输距离的关系式，推导出求解井下基站与目标之间距离的改进型信号强度测距法。选取相同的巷道环境验证了算法改进前后对目标的定位能力，结果表明经过改进后算法得出的目标位置与改进前相比更加准确，定位误差缩小6.9 m2，且改进后算法与改进前相比大幅减少全巷道内基站的布设数量，提高了基站的利用率，充分证明提出的改进型信号强度测距法更加适合井下巷道中的目标测距及定位，计算结果更加准确可靠。