基于COMPASS实测数据的中长基线解算性能分析

基于北斗星座的双频基线解算和模糊度固定方法研究,可实现中长基线的快速精密相对定位,提高GNSS在障碍环境下的应用能力。文章对17.2至55.8 km长度的4条基线的GNSS多星座实测数据进行了基线解算,从各基线观测数据中分别提取不同时段长度的观测数据,对比分析了基于单COMPASS星座、单GPS星座以及GPS/COMPASS组合星座的基线解算结果。结果表明:在基线观测时段长度达到60 min及以上的情况下,基于单COMPASS星座的基线解算结果与单GPS系统解算的结果相比没有显著的差别,基线北/东/高分量的偏差大部分都小于2 cm,而在观测时段长度小于30 min的情况下,单COMPASS系统的基线解算精度低于GPS系统,基线北/东/高分量偏差达到分米级;在高卫星高度角条件(30°)下,单COMPASS系统解算的基线精度较单GPS系统低。     

双GPS定位定向系统

针对GPS载波相位测量相对定位可以达到毫米级精度,利用GPS载波相位测量方向可以达到较高精度的情况,在阐述了载波相位双差测量方向的原理、坐标系变换和应用最小二乘法解算基线矢量的基础上,讨论了快速解算整周模糊度的算法.测试表明,该算法达到了设计指标.     

附有约束的BDS单频单历元改进型Par Lambda算法

根据建筑物变形监测的特点,在部分模糊度解算(Par Lambda)算法基础上提出了一种基于北斗卫星导航系统(BDS)的单频单历元附有基线约束的改进型Par Lambda算法,该方法采用BDS单历元测码伪距和单频载波相位观测值组成的双差观测方程与基线长度约束方程进行最小二乘解算,获得模糊度浮点解方差-协方差阵,根据模糊度浮点解精度对双差模糊度进行(2,1,1,…,1)分级处理,基于Lambda算法分批次固定双差模糊度.采用该方法对BDS系统的B1和B2频段的1,5和10s短基线数据进行单频单历元解算.结果表明:采用BDS单频单历元模糊度解算时采用该方法的成功率较传统方法高,其成功率达到98%以上.     

起算点精度对GPS基线的影响

在工程测量中通常采用双差模型求解GPS基线，解算时要求知道一个端点的坐标，该坐标的精度对GPS基线的解算结果有影响．通过模拟计算发现，已知点的精度越低，基线的解算精度也越低。因此，为了保证GPS基线解算精度，必须采用高精度起算点，并给出了提高起算点精度的3种方法。     

星载GPS/KBR联合相对定轨算法研究

分析了地球引力恢复和气候试验(GRACE)卫星搭载的K波段星间测距系统(KBR)的观测模型,并与全球定位系统(GPS)双差模型比较,得到了GPS/KBR联合模型的一般形式,给出了一种利用信噪比确定KBR单位权标准差的方法.分别利用GPS双差双向卡尔曼滤波、GPS/KBR双向卡尔曼滤波求GRACE相对定轨浮点解,然后分别利用传统的最小二乘模糊度降相关平差(LAMBDA)方法、附加KBR星间距离约束的LAMBDA方法解算长基线整周模糊度,并求得固定解.结果表明:KBR可以作为新的观测量与GPS一起解算,KBR约束有利于固定更多的整周模糊度,从而有效提高定轨精度,GPS/KBR联合解算精度优于3cm(均方根).     

基于钟差预测辅助的TDCP测速研究

针对重特大灾害发生时密集废墟或城市峡谷造成的信号频繁遮挡,以及由高压电力通讯设施或发生地震等灾害时产生的复杂强电子干扰而无法测速的问题,基于时间序列理论,对接收机钟差进行短期预测,并将钟差预测辅助载波相位时间差分(time-differenced carrier phase,TDCP)算法进行解算,以实现恶劣环境下载体获取三维测速信息的功能。由于TDCP避免了整周模糊度解算的问题,能够有效削弱具有明显时间序列的共模误差,具有短期精度高的特点,因此,本文利用少于4颗的GPS有效卫星星座,通过ARIMA模型得到一定精度的接收机钟差短期预测值,来扩充测速观测条件,并结合TDCP获取短期较高精度的测速结果。实测数据表明,本方案能在80 s的时间尺度内,在有效卫星数不足的情况下,无需增加额外硬件即可满足载体测速需求,且测速精度在动态条件下可以达到分米级。     

GPS静态定位在大坝变形监测中的应用

使用Topcon Hiper双频GPS接收机,对谭庄水库大坝各监测点进行多年观测,通过精密解算获得的水平位移和垂直位移量可达到毫米级乃至亚毫米级的精度,可对水库大坝较大变形进行预警,为大坝的稳定性、安全性和防洪决策提供了科学依据.     

GPS载波相位双差观测量随机模型估计的新方法

GPS载波相位观测量具有时间相关性、空间相关性和方差差异性,随机模型的准确确定比较困难,一般采用简化的随机模型.用MINQUE方法估计GPS观测量随机模型的方法比较严密,但计算工作量非常大.本文提出了一种适用于GPS载波相位双差观测量的随机模型估计的新方法,即在平差前将载波相位双差观测序列转化为平稳随机序列,应用平稳随机过程的方差及相关系数的估计方法,估计GPS载波相位双差观测量序列的方差及其相关系数.实算证明应用4～8min的观测数据可使GPS短基线同定解的精度提高10mm左右.     

运用UEDIT及Excel开发GPS基线检核工作表程序

GPS观测成果的基线检核是确保外业观测质量,达到预期平差精度要求的重要环节。因此在观测任务结束后,必须及时对外业观测数据质量进行检核和评价,以发现不合格的数据,并根据情况采取删除、重测或补测等措施,但目前很多GPS基线解算软件并不能提供满足实际工程需要的基线解算检核步骤的成果,给GPS基线解算检核带来困难。就如何利用UEDIT专业文本编辑器及Microsoft Excel工作表交互使用、编制GPS基线解算检核程序进行了阐述,以期能提高实际工程中GPS数据处理的能力。     

GPS星历精度对基线解算的影响

在GPS基线解算中，卫星星历是解基线的数学基础，星历的精度对基线解算结果具有影响．星历有两种，广播星历和精密星历，前者精度为20～40m，可以适时获得，后者的精度为亚米级，只能验后获得．用实例讨论了两种星历对基线解算结果与精度的影响：对短基线，广播星历能够满足精度；而对长基线，必须用精密星历。     

融合梯度特征的红外目标跟踪

Meanshift跟踪算法普遍采用单一的灰度空间进行红外目标跟踪,直方图所含信息量少,容易受目标和背景灰度变化的影响．文中提出一种融合梯度特征的红外图像Meanshift跟踪算法,该算法对边缘和结构特征的梯度值进行量化,建立梯度特征模型;利用Bhatta—charyya系数分别计算梯度特征和灰度特征的特征相似度;设置置信度系数,并利用置信度系数将梯度特征相似度和灰度特征相似度进行融合,得到综合相似度;针对综合相似度推导Meanshift迭代方程,通过迭代运算逐步逼近目标实现跟踪;利用灰度特征相似度和梯度特征相似度信息并结合置信度系数设计模型更新准则以提高跟踪鲁棒性．文中算法能够适应红外目标跟踪中目标与背景的变化,鲁棒性强且跟踪准确度高,仿真实验表明该算法较普通Meanshift算法性能有较大提高,跟踪精度也有所改善．     

低精度SINS初始对准/GPS双天线测向互辅算法

针对低精度捷联惯性导航系统无法实现航向角的自对准和全球定位系统双天线测向需要较长时间的初始化问题,研究了二者互相辅助的新算法．即利用SINS初始对准时的俯仰角信息和已知基线长度进行约束,通过搜索基线姿态角,在二次残差最小的条件下快速确定基线航向角,然后利用该航向角辅助SINS的快速初始对准．建立了互辅算法模型,论述了互辅原理,推导了相关公式．通过实验比较,验证了新算法的正确性及可靠性,30s内得到了0.2°的俯仰角和航向角误差,100s内实现了低精度SINS的初始对准,且算法简单,实用性强．     

全球定位系统动态定位误差分析与建模

针对全球定位系统动态定位精度差的缺陷,采用时间序列分析方法建立了全球定位系统动态单点定位误差模型．首先采用逆序检验法检验误差序列的平稳性,然后依据样本数据的偏相关函数、自相关函数的统计特性确定误差序列为AR(10)模型,最后使用矩估计方法完成参数估计．模型适应性验证表明,全球定位系统动态单点定位误差序列可用AR(10)模型表示．将这种全球定位系统动态误差模型应用于60km／h车速的车载全球定位系统接收机输出数据的滤波处理,实验结果表明,经纬度定位数据的均方误差减少了27％左右．     

BDS/GPS/Galileo多频观测值精度评估及随机模型精化

随机模型的优劣直接影响GNSS精密定位的精度以及可靠性.通过MEGX观测网CUT0、CUT2和CUTA测站连续10d观测数据,基于短基线单差模型方法求解各系统单差残差的时间序列,并推导出BDS/GPS/Galileo卫星观测值噪声.统计观测值噪声随高度角变化的情况,通过最小二乘拟合方法确定精化的随机模型.结果表明:Galileo的4个频点的伪距观测值精度约20~50cm,E5频点的精度最高,E1最低,E5a和E5b基本相当;载波相位观测值精度约1~3mm,E5频点的精度明显高于E1、E5a和E5b.BDS载波观测值精度约1~3mm,B1、B2、B3精度基本相当,其伪距观测值精度约30~50cm,B1精度最低,B2和B3相差不多.GPS L1伪距观测值精度约63cm,L2伪距观测值精度约42cm,载波相位精度约3mm.基于单差模型对各系统观测值进行精度估计,在短基线情况下,BDS/GPS/Galileo载波相位观测值精度基本相当,而Galileo E5伪距观测值精度明显优于其他卫星系统伪距观测值精度.各类型卫星观测值的残差分析可为定位中随机模型的建立提供依据.     

气压高度表增强GPS组合导航系统数据融合

针对在精密进场着陆阶段GPS信号易受干扰及高度准确性较差、气压高度表对气压及温度敏感的特点,提出了一种提高垂直方向定位精度的组合导航系统。基于GPS定位误差、气压高度表误差以及其“当前”统计模型,建立了系统的状态方程和观测方程,给出了采用迭代Kalman滤波的数据融合算法。理论分析仿真和实验结果表明,迭代Kalman滤波算法提高了垂直方向上的定位精度与实时性,改善可用性,性能优于Kalman滤波,保证了飞机在进近阶段的安全性和可靠性,可以作为精密进近阶段的着陆引导系统.     

用于远距离差分GPS的电离层误差分析与补偿

采用差分工作方式的全球定位系统(DGPS)有助于满足许多航空、航天的导航、进场、着陆应用中的精度要求.随着参考站到用户间距离的增大,差分GPS的定位精度很快下降。本文研究了其中一种最重要的系统误差——电离层时间滞后.首先用Bent方法和Klobuchar方法建立了电离层滞后模型,根据该模型用卫星发布的数据计算的结果与接收机的测量结果进行了比较.为远距离的差分GPS建立了一个有效的修正模型.理论分析结果表明,当参考站距用户1000km时,由电离层滞后引起的差分后定位误差可达12m,与卫星数据模拟的结果吻合.     

基于逆运动学的6-UPS并联机构运动学参数辨识方法

为了提高6-UPS并联机构的定位精度,研究了一种基于逆运动学的6-UPS并联机构运动学参数辨识方法.首先基于逆运动学建立了6-UPS并联机构的运动学参数辨识模型,然后通过Levenberg-Marquardt最小二乘法对模型进行求解,最后对该算法进行了仿真验证.结果表明该算法可以很快收敛,在测量设备没有测量误差的理想状态下,参数辨识精度达到10-10mm.在测量设备存在1μm、1″的误差状态下,参数辨识精度达到10-3mm,足以满足大部分应用场合下6-UPS的位姿精度要求.     

飞蛾火焰优化算法-投影寻踪回归模型在需水预测中的应用

基于用水时间序列构建投影寻踪回归(PPR)需水预测模型。针对PPR模型矩阵参数难以确定的不足,利用一种新型群体智能仿生算法——飞蛾火焰优化(MFO)算法优化PPR模型矩阵参数,提出MFO-PPR预测模型,并构建MFO-BP模型作对比,以1980—2013年上海市需水预测为例,分别利用实例前20组和后10组数据对模型参数进行率定及预测。结果表明:MFO-PPR模型对实例后10 a需水预测的平均相对误差绝对值和最大相对误差绝对值分别为1.84%、4.20%,预测精度优于MFO-BP模型的2.06%、4.61%。MFO算法具有较好的全局寻优能力,将MFO算法应用于PPR模型参数寻优,可有效地提高PPR模型的预测精度。     

Mean shift 算法在带钢缺陷图像分割中的应用

带钢自动表面检测系统中缺陷图像的分割效果对缺陷识别具有重要影响．为了提高缺陷图像的分割效果,提出了采用 Mean shift 算法对带钢缺陷图像中的感兴趣区域进行平滑从而获取缺陷边缘的方法,并将该算法与中值滤波算法进行了比较．测试结果表明,Mean shift 算法能够有效地对缺陷图像中的感兴趣区域进行平滑,并精确得到缺陷目标的边缘,该算法在带钢的缺陷分割中具有较好的性能．     

基于分布估计算法的对角递归神经网络短期负荷预测模型研究

针对传统的BP算法易陷入局部极小点,收敛速度慢,编程复杂等缺点,本文提出基于分布估计算法的对角递归神经网络的短期负荷预测模型。该模型采用分布估计算法对对角递归神经网络进行优化,仿真结果表明,该预测模型平均绝对误差降低1.097%,最大相对误差降低2.55%,该模型获得较满意的预测精度,具有较高的预测稳定性和较好的适应能力。