北斗卫星天线相位中心改正在PPP中的应用研究

基于我国时间基准UTC(NTSC)系统,开展北斗天线相位中心(APC)改正在精密单点定位(PPP)以及高精度时间比对中的应用研究。通过接收机实测的北斗数据以及国际GNSS服务(IGS)中心提供的北斗精密钟差产品、轨道产品和IGS发布的多系统APC改正文件,进行北斗精密单点定位数据处理。结果表明,APC改正前后的精密单点定位X、Y、Z 3个方向上的误差均方根分别为0. 011 0、0. 021 2、0. 009 5 m以及0. 002 6、0. 007 1、0. 003 7 m,可以看出修正后的定位精度具有明显的提高。同样在零基线共钟时间比对以及远距离时间比对方面,两接收机同源零基线比对结果的标准偏差由未进行APC修正前的0. 148 2 ns降到修正后的0. 093 0 ns;远距离高精度时间比对结果的标准偏差从修正前的0. 302 9 ns降低到修正后的0. 266 8 ns,时间比对的短期稳定度也有所提高。因此,随着北斗系统的建设以及国际GNSS服务分析中心的相关北斗精密产品的不断完善,北斗的服务精度将越来越高。     

采样噪声对北斗全球信号测距误差的影响分析

随着北斗卫星导航系统的全球化,基于软件定义无线电的北斗接收机在北斗导航定位中的应用越来越广泛。但是北斗接收机在实时动态差分等高精度测量应用场景下,其基带采样ADC受到采样时钟抖动影响,再叠加固有的量化噪声和热噪声,对北斗信号的扩频测距精度产生不可忽略的影响。本文首先针对北斗公开的B1I、B1C、B2I、B2a和B3I 5种全球信号,描述了ADC采样中时钟抖动、量化噪声和热噪声等采样噪声的数学模型,提出了影响测距的信噪比综合公式,再通过载噪比进而得出测距误差的一般表达式,并给出了高精度测量要求下不同参数选择的工程化定量分析方法,然后针对不同参数对北斗信号测距误差的影响进行了仿真分析,仿真结果表明,在0. 6 cm的测距误差目标下,要求时钟抖动不大于45 ps,接收机中心频率不大于80 MHz,带宽不小于25 MHz,量化位数不少于7位,载噪比不小于30 d B。最后,针对北斗B2I信号进行了实测实验,在时钟抖动为35 ps,接收机中心频率61. 38 MHz,带宽32 MHz,量化位数12位,载噪比67 d B时,解算的测距误差为0. 41 cm,验证了本文方法的有效性。     

基于北斗的时间传递方法及其精度分析

GNSS时间传递技术是卫星导航技术在时间频率领域的重要应用,也是时间传递的主要技术手段之一。随着我国北斗卫星导航系统的不断建设,北斗系统在时间频率领域应用的研究也逐步深入。主要基于北斗卫星导航系统特有的IGSO、MEO、GEO卫星星座,开展了基于北斗共视和载波相位时间传递算法研究,研制了北斗时间传递软件包(PPTSlo),并对其时间传递链路精度、稳定度进行了定性、定量分析,实验结果表明北斗共视时间传递精度优于6 ns,北斗载波相位时间传递精度能达到亚纳秒-纳秒精度。     

浅析全球卫星导航定位系统

近几年来,全球卫星导航系统(GNSS)在国家安全、经济及社会发展中发挥着愈加显著的作用,世界各主要大国竞相发展独立自主的卫星导航系统,我国的北斗卫星导航系统也步入从区域服务发展到全球服务的关键时期,建设我国的北斗系统应充分借鉴国外各卫星导航系统建设的成功经验。本文简要介绍GPS和GLONASS系统的组成特点与发展,并系统论述北斗卫星导航定位系统"三步走"发展情况与技术特点。     

北斗卫星定位技术在车联网的应用

北斗卫星导航系统是我国自主研发、独立发展的全球卫星导航系统,也是我国第一个全球化的基础设施建设项目.它与美国的GPS、欧洲的伽利略、俄罗斯的格洛纳斯并称为全球四大导航系统.北斗卫星导航系统能提供高精度的定位、测速、授时、短报文通信、差分服务以及系统完好性信息服务,是我国经济社会发展不可或缺的重大空间信息基础设施.     

基于北斗共视的国际时间比对研究

基于全球卫星导航系统的时间比对是当前国际标准时间产生过程中的主要技术之一,美国的GPS和俄罗斯的GLONASS系统都已被国际权度局正式列为国际标准时间比对的手段。为促使北斗尽早加入国际标准时间的计算,中国科学院国家授时中心和瑞典国家技术研究院以及比利时国家天文台等欧洲守时实验室在全球卫星导航系统时间比对标准的框架下,基于上述3个守时实验室各自保持的各国时间基准系统,利用北斗伪码实测数据,在国内外首次开展了北斗卫星导航系统亚欧长基线高精度共视时间比对试验。结果表明,该试验中北斗零基线共钟比对结果的标准偏差(STDEV)优于1 ns,亚欧长基线北斗共视时间比对STDEV优于2.5 ns,天稳可达10-14量级,这与GPS共视性能基本相当。表明我国北斗卫星导航系统现已可用于纳秒级高精度时间传递与远距离时间比对,该试验的完成为北斗正式纳入国际标准时间的计算提供了技术支持。     

北斗三号非差组合载波相位时间比对性能分析

北斗三号全球系统已开始为全球用户提供稳定可靠的高精度定位、导航与授时服务。 本文基于我国国家标准时间频率 UTC(NTSC)系统,开展北斗三号非差组合载波相位时间比对性能分析,通过实测数据开展研究并试验了北斗三号非差组合载 波相位时间比对在零基线与长基线时间比对方面的性能,并在此基础上开展北斗三号与 GPS 融合载波相位时间比对试验。 结 果表明,零基线比对中,两接收机共钟比对钟差的标准偏差优于 0. 3 ns;长基线比对中,利用北斗三号非差组合载波相位时间比 对以及融合载波相位时间比对获得的亚欧两守时实验室之间的比对钟差与国际权度局基于 GPS 时间比对链路获得的钟差具 有较好的一致性,钟差的频率稳定度和时间稳定度与国际权度局发布的结果基本一致,且残差的均方根均优于 0. 25 ns,试验结 果满足亚纳秒量级的时间比对应用需求。     

GNSS多系统PPP融合时间比对方法研究

随着全球导航卫星系统(GNSS)的建设和完善,多系统融合时间比对成为未来发展的趋势。基于中国科学院国家授时中心、捷克无线电工程和电子学院以及瑞典国家计量研究院3个国际重要守时实验室的时间基准系统中四系统GNSS接收机伪距与载波相位观数据,以及国际GNSS服务中心发布的多系统精密轨道和钟差等数据,开展GNSS多系统PPP融合时间比对方法研究。试验结果表明,GNSS多系统PPP融合可以有效增加可用卫星的数目,相对于单系统卫星观测数量提高了2倍以上,减少了多径误差以及观测高度角较低所带来的观测噪声等影响,改善观测站的卫星分布对于接收机钟差参数的影响,提高时间比对的稳定性和可靠性。在长基线时间比对的稳定度方面,GNSS多系统PPP融合技术解算的两地钟差的稳定度方面要优于单系统,对基于北斗、格洛纳斯以及伽利略系统的单系统PPP比对有较明显的提高,且提高在5%以上。     

基于北斗GNSS的交直流电位梯度测量系统设计北大核心CSCD

文中设计了一种基于北斗GNSS的交直流电位梯度测量系统,系统通过探杖下端的电极接触土壤取得电位信号,经过信号调理、模拟数字转换和离散傅里叶变换获得电位梯度测量值,基于北斗GNSS的相位差分定位技术和探杖姿态传感功能取得测量点的精确位置信息,将电位梯度数据与位置数据融合,形成精确量化的交直流电位梯度全面数据记录,解决了多次测量中数据不能复现的难题,显著提高了管道健康水平综合评估的准确度。     

5G与北斗互相赋能,应用前景取决于想象力

近日,全国首个边坡监测领域的“5 G+北斗高精度定位”融合应用项目落地广西。2019年6月,工信部正式向中国电信、中国移动、中国联通、中国广电发放5 G商用牌照,我国5 G网络建设全面铺开;2020年,随着2颗地球静止轨道北斗三号卫星在太空部署,北斗三号全球导航系统卫星组网将全面完成。两大国之重器看似天地相隔,却注定产生交集。它们的深度融合,将给人们带来前所未有的风景。正如北斗卫星导航系统总设计师所说:“北斗+5 G将充分发挥北斗系统的天然特性,实现北斗系统在信息领域深度应用。”中国信息通信研究院技术与标准研究所副所长万屹向科技日报记者表示,“5 G+北斗”相关的基本技术和理论已经具备,目前已进入标准化阶段。假以时日,相关应用将全面铺开。     

INS/SFGPS PPP紧组合系统动态补偿滤波算法

惯性/卫星组合导航系统结合精密单点定位技术可有效提高导航定位精度。但精密单点定位技术一般需采用双频接收机,成本较高;同时该系统中采用载波相位作为部分或全部观测量,极容易受到周跳的影响而导致精度下降和系统不稳定。针对上述问题,设计了一种惯性/卫星精密定位紧组合导航系统以及基于动态周跳补偿的鲁棒滤波算法。该系统采用低成本的单频接收机(SFGPS),以精密单点定位技术(PPP)处理过的伪距和载波相位作为观测信息,与惯性导航系统(INS)等效观测量进行紧组合,建立了相应紧组合观测模型并引入周跳作为信息融合滤波状态模型中的状态量,以滤波器信息构建周跳检测统计量并对周跳幅值进行识别和估计,实时补偿观测量以提高观测信息精度,同时以前述周跳估计的结果对状态模型中周跳状态量部分滤波参数进行实时调节。上述方法通过动态补偿周跳误差提高导航精度,通过滤波器参数自适应调节提高滤波稳定性。仿真结果验证了该系统模型及算法的有效性。     

Study on GNSS satellite signal simulator

Satellite signal simulator for global navigation satellite system（GNSS） can evaluate the accuracy of capturing,tracing and positioning of GNSS receiver.It has significant use-value in the military and civil fields.The system adopts the overall design scheme of digital signal processor （DSP） and field-programmable gate array （FPGA）.It consists of four modules：industrial control computer simulation software,mid-frequency signal generator,digital-to-analog （D/A） module and radio frequency （RF） module.In this paper,we test the dynamic performance of simulator using the dynamic scenes testing method,and the signal generated by the designed simulator is primarily validated.     

The research of PNS based on micro inertial sensors

In order to reduce the dependence of pedestrian navigation on satellite navigation system and wireless communication, a new method is proposed to construct pedestrian navigation system (PNS) based on micro inertial technology. In this paper, the distributed system structure is arranged on human feet and trunk, and the key technologies, namely the system initial alignment, the error correction, the precise gait-phase detection, the effect and the inhibition of environmental magnetic field, have been studied. Besides, theories and applications of the key technologies are also discussed, and the performance of the PNS has been analyzed in the environment of electromagnetic interference. Experimental results show that the positioning error of the route with electromagnetic interference accounts for 2% of the travel distance. The key technologies proposed in the study can effectively improve the positioning accuracy of PNS, and independently achieve longer time personal navigation in the attenuate or even invalid global navigation satellite system (GNSS) and wireless communication signal environment.     

AltBOC navigation signal quality assessment and measurement

In order to ensure that Chinese BeiDou satellite navigation system runs smoothly,the assessment of signal quality has become a significant task.Alternative binary offset carrier （AltBOC） is BeiDou B2 frequency signal.The acquisition of BeiDou signal is processed in off-line mode and the evaluation is performed by taking signal power spectrum,eye diagram,constellation,correlation,loss and s-curve deviation on AltBOC as signal quality evaluation parameters.The results illustrate that the new system signal,namely AltBOC signal,has the best performance in code tracking precision,anti-jamming and anti-multipath.     

SINS/LBL组合导航序贯滤波方法

在长基线水声定位系统(LBL)实际应用过程中,由于信标作用距离限制、障碍物遮挡等多种原因,使得水下无人航行器(UUV)可能无法接收到所有信标的应答信号而产生量测更新延迟问题。对UUV在无法接收到所有信标信号时的导航滤波算法进行了研究;结合捷联惯性导航系统(SINS)误差模型和声速误差,建立了SINS/LBL组合导航模型,并将异步量测序贯处理方法引入该模型,实现了SINS/LBL组合导航滤波算法的实时量测更新;通过湖上试验数据分析,对比了SINS/LBL组合导航序贯滤波方法与常规方法的位置误差。结果表明,该方法即使在应答信号有缺失的情况下,仍然能够利用有限的应答信号量测值进行实时量测更新,保障了组合导航的精度。     

一种地面连续运行参考站实时质量控制算法

提出了一种适用于地面连续运行参考站(CORS)的实时数据质量控制算法,该算法充分利用地面连续运行参考站GPS卫星精密单点定位得到的载波相位观测量的验后相位残差时间序列,对监测站的多路径误差进行建模。通过设置一定高度角和水平角大小的格网,计算落入相应格网的载波相位观测量验后残差的均值与标准差,将所得均值与标准差作为地面连续运行参考站的载波相位观测量在该方向的多路径误差,并给出了其具体计算步骤。通过10个IGS监测站的实测数据仿真计算表明,该算法能够显著修正载波相位观测量中的多路径误差,当格网设为0.5°×0.5°时,经过多路径误差改正后的相位观测量残差的精度提高了大约30%。最后采用抗差估计,利用载波相位观测量验后残差格网的均值与标准差,对实时精密单点定位(PPP)的载波相位观测量进行质量控制。实测数据表明,在监测站数据存在粗差时,能够显著提高实时PPP的精度,大约提高39.7%。     

基于 PPP 和共视技术的改进 PPP 时间频率传递方法

PPP 时间频率传递技术是高精度 GNSS 时间频率传递技术之一,且具有精度高、范围广、低成本等特点,而共视时间频 率传递的站间差分能够消除卫星钟差和削弱电离层、对流层等路径误差,本研究结合两种方法的优点实现了一种改进 PPP 时 间传递方法。 实验选取了 5 个连接 UTC(k)和 1 个外接高精度氢原子钟的 IGS 测站,建立了零基线、短基线和长基线链路评估 该方法的时频传递性能,实验结果表明,以 IGS 最终钟差产品为时间参考,改进 PPP 时间传递精度相比 PPP 提高了 2. 55% ~ 17. 78% 。 零基线链路频率稳定度达到 2. 0×10 -17 / 600 000 s,且不切换共视星时,其短期频率稳定度优于 PPP,长期频率稳定度 与 PPP 相当;非零基线链路中各链路的改进 PPP 在时间间隔 10 000 s 以后的频率稳定度相对于 IGS 最终产品和 BIPM PPP 有 10% 左右的提升。     

多目视觉与激光组合导航AGV精确定位技术研究

为进一步提高自动导引车(AGV)的定位精度,提出了一种多目视觉与激光组合导航的精确定位方法。该方法首先提出了一种基于双目视觉实时测量的AGV位姿控制技术,通过多目视觉系统来识别导引线侧的多个圆形标识点完成前瞻预判与精准定姿。采用基于代数距离方差校验的改进型最小二乘拟合椭圆算法来确定各标识中心坐标,结合激光扫描与视觉定位信息,采用无迹卡尔曼滤波算法进行多传感器信息融合,最终实现精确定位。实验结果表明:使用该方法后定位精度明显得到提高,控制曲线更为平滑,定位鲁棒性更好,姿态调整精度可达±0.5°,停车定位精度可达±1 mm。     

A new method of seamless land navigation for GPS/INS integrated system

For the last few years, integrated navigation systems have been widely used to calculate positions and attitudes of vehicles. The strapdown inertial navigation system (SINS) provides velocity, attitudes and position information, whereas the global positioning system (GPS) provides velocity and position information. A method using neural network (NN) and wavelet-based de-noising technology is introduced into the SINS/GPS/magnetometer integrated navigation system, because system accuracy may decrease during GPS outages. When the GPS is working well, NN is trained using the velocity and position information provided by SINS as input and the corresponding errors as output. Wavelet multi-resolution analysis (WMRA) is also introduced to de-noise the errors, the desired output of NN. Test results showed that velocity accuracies improved using NN, but other accuracies remained poor. By re-training NN with WMRA, the system accuracies improved to the level of using normal GPS signal. In addition, NN trained with WMRA also improved the approximation to the actual model, further enhancing alignment accuracy.     

Remote positioning system based on GPS/GPRS

Considering the need of target positioning,a remote positioning system is designed based on global positioning system （GPS） and general packet radio service（GPRS） ; The data collection terminal is based on microcontroller unit （MCU） PIC24FV301.It uses GPRS network to create wireless link and transmits GPS source information which is collected by LEA5H board to monitor center on the Internet.The monitor center obtains the target information through processing and analysis of the calculated data.Actual operation results indicate that the designed system has excellent performance and achieves the goal of the remote location.