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当期目录

    2019年 第48卷 第7期    刊出日期:2019-07-20
    综述
    北斗坐标系
    魏子卿, 吴富梅, 刘光明
    2019, 48(7):  805-809.  doi:10.11947/j.AGCS.2019.20190131
    摘要 ( 1957 )   HTML   PDF (826KB) ( 794 )  
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    北斗坐标系是北斗卫星导航系统的大地基准。本文在扼要叙述背景情况之后,首先给出了北斗坐标系原点、尺度、定向的定义和参考椭球的定义和导出常数;其次介绍北斗坐标系的首次实现,这次实现由北斗系统的8个监测站在历元2010.0的ITRF2014框架下的坐标和速度体现,它们是通过处理一个包括8个监测站的全球GNSS网4期GPS数据、框架对准与监测站坐标序列的线性回归拟合得到的;最后就参考框架的更新周期、监测站境外布设和连续观测、精密星历的生成与发布,北斗坐标系的标准化问题进行了讨论,并提出一些建议。
    北斗三号导航定位技术体制与服务性能
    郭树人, 蔡洪亮, 孟轶男, 耿长江, 贾小林, 毛悦, 耿涛, 饶永南, 张慧君, 谢新
    2019, 48(7):  810-821.  doi:10.11947/j.AGCS.2019.20190091
    摘要 ( 624 )   HTML   PDF (6341KB) ( 705 )  
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    介绍了北斗三号系统的星座设计、服务类型、导航信号体制、时空基准以及轨道确定与时间同步机制等技术体制,分析提出了评估北斗三号导航定位服务性能的指标体系,指标涵盖时空基准、空间信号质量、空间信号精度和服务性能4个方面,综合利用全球数据资源对北斗三号基本系统的导航定位服务性能进行了评估。结果显示,各信号分量有效功率比偏差优于0.25 dB,S曲线过零点偏差(SCB)优于0.3 ns,满足设计要求;北斗三号基本系统当前全球位置精度因子(PDOP)可用性优于85.0%,空间信号测距误差0.48 m(RMS),空间信号连续性99.99%,空间信号可用性99.78%,UTC偏差误差优于19.1 ns(95%),均满足系统服务性能规范承诺的指标。相对于北斗二号而言,北斗三号在覆盖能力、空间信号精度、空间信号可用性、空间信号连续性等方面均有显著提升。
    大地测量学与导航
    北斗广域差分分米级定位的分区切换算法
    陈俊平, 王阿昊, 张益泽, 周建华, 王兵浩, 王解先
    2019, 48(7):  822-830.  doi:10.11947/j.AGCS.2019.20180545
    摘要 ( 347 )   HTML   PDF (7352KB) ( 595 )  
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    从2017年1月开始,北斗系统在播发基本导航电文的同时,提供了包含实时轨道改正数、钟差改正数、电离层格网改正数和分区综合改正数四重广域差分参数,使得系统具备了基于系统广播的电文参数实现广域单站实时动态分米级定位的能力。实际应用表明,北斗系统播发的分区综合改正数存在中断的情况,使得实时定位存在因重新收敛而造成跳变的情况。本文分析了分区中断期间定位跳变产生的原因,提出一种适用于分区切换的广域差分分米级定位算法。采用中国境内7个北斗测站10 d的静态数据和车载动态数据对新算法进行评估验证。结果表明,在分区改正数中断的情况下,分区切换算法得到的坐标误差与使用连续分区综合改正数结果一致,双频动态定位水平和高程方向分别小于0.3 m和0.5 m,平均三维定位精度优于0.5 m;车载实时动态定位测试中,分区切换前后的单双频定位精度不受切换影响,与切换前保持一致。分区切换算法有效保证了分区改正数中断后北斗广域分米级实时动态定位的连续性。
    北斗三号卫星两种定轨模式精度比较分析
    杨宇飞, 杨元喜, 胡小工, 唐成盼, 赵立谦, 徐君毅
    2019, 48(7):  831-839.  doi:10.11947/j.AGCS.2019.20180560
    摘要 ( 537 )   HTML   PDF (5856KB) ( 491 )  
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    北斗全球卫星导航系统(BDS-3)已经于2018年年底建成基本系统,并计划于2020年建成完整系统,而精确的卫星轨道是实现高性能全球服务的前提。本文基于北斗三号基本系统的18颗中圆轨道(MEO)卫星,评估了北斗三号卫星星间链路的测量噪声与测距精度,利用中国境内12个区域监测站的星地观测和星间链路观测,进行了联合卫星轨道测定试验,并与单纯区域监测站观测定轨结果进行了比较,分析了两种定轨模式重叠弧段轨道误差、轨道预报精度和激光检核精度。结果表明:北斗三号卫星的星间链路测量噪声为2.9 cm,测距精度约为4.4 cm;仅采用区域测站定轨,重叠弧段三维位置误差RMS为66.7 cm,加入星间链路后可降低至15.4 cm,提高了76.9%,24 h轨道预报位置精度也由114.1 cm提升至20.3 cm,提升了83.2%,激光检核径向精度为8.4 cm左右,明显优于北斗二号卫星轨道精度。
    顾及粗差影响的全球电离层克里金插值及精度分析
    朱永兴, 谭述森, 杜兰, 贾小林
    2019, 48(7):  840-848.  doi:10.11947/j.AGCS.2019.20180049
    摘要 ( 247 )   HTML   PDF (1294KB) ( 263 )  
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    针对克里格电离层插值方法受粗差数据影响和全球适用性问题,基于克里金插值的变异函数,构造电离层插值的粗差剔除统计量,实现插值过程自动化粗差剔除。采用全球电离层总电子含量格网产品进行试验验证,得出以下结论:①粗差剔除统计量能有效剔除粗差,保证插值精度与样本精度相当;②基于2014年太阳活动高年样本,克里金插值的精度RMS为1.0~5.0 TECU(total electron content unit)。
    月基SAR重复轨道干涉测量时-空基线分析
    董景龙, 江利明, 蒋厚军, 沈强, 李德伟, 汪汉胜, 毛松
    2019, 48(7):  849-861.  doi:10.11947/j.AGCS.2019.20180269
    摘要 ( 280 )   HTML   PDF (2298KB) ( 196 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    本文根据地-月相对运动特征,建立了月基重轨InSAR观测几何模型,使用NASA/JPL高精度DE430月球星历数据,计算了月基SAR的重访时间以及对应的空间基线。结果表明:月基SAR的重返周期约24.8 h;由于月球南北向速度发生周期性变化,月基重轨InSAR垂直基线长度会随重访次数产生较大变化,且基线长度近似呈现1恒星月周期变化特征。在空间基线约束下,本文进一步分析了月基重轨InSAR时-空基线特征,研究发现:①在确定的初始观测条件下,只能在特定的时间基线上实现月基重轨InSAR观测,并且初始观测时间不同,可实现月基重轨InSAR观测的时间基线也不同;②不同的时间基线可形成干涉组合个数不同,约50%的干涉组合个数对应的时间基线接近1恒星月及其整数倍;不同的观测位置可形成干涉组合个数不同,约80%的干涉组合个数发生在月球赤纬大于10°区域。因此,月基重轨InSAR观测数据获取计划的设计应综合考虑时间基线、空间基线以及初始观测时间等因素。
    融合大气数值模式的高精度对流层天顶延迟计算方法
    毛健, 崔铁军, 李晓丽, 陈莉, 孙艳玲, 高爽, 张辉
    2019, 48(7):  862-870.  doi:10.11947/j.AGCS.2019.20190003
    摘要 ( 254 )   HTML   PDF (3895KB) ( 221 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    针对现有对流层天顶延迟模型改正法因水汽参数难以精确获取所导致的时空分辨率与精度上的不足问题,提出了一种融合WRF(weather research and forecasting model)大气数值模式的对流层天顶延迟估计方法。通过分析WRF模式的数值模拟机理及其数据结构特征,采用直接积分与模型改正相结合的混合计算方式,实现了全球任意位置上小时级的对流层天顶延迟估计。验证结果表明,该方法计算的小时级ZTD再分析值精度为13.6 mm,日均值精度更是可达9.3 mm,比传统模型UNB3m的49.6 mm以及目前标称精度最高模型GPT2w的34.6 mm,精度分别提高了约5倍和3.5倍。在30 h的预报时段内,预报值精度也可达22 mm。无论是ZTD再分析值还是预报值比现有模型的估计值精度均有明显提高。
    航空测量场景下的中长基线动态定位方法
    张钰玺, 张小红, 刘全海, 朱锋
    2019, 48(7):  871-878.  doi:10.11947/j.AGCS.2019.20180513
    摘要 ( 253 )   HTML   PDF (1714KB) ( 273 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    单基站中长基线动态相对定位受到大气残余误差影响,无法快速固定整周模糊度,定位精度和可靠性不如短基线场景。在航空测量场景下,流动站与基准站之间的基线由短到长变化,利用短基线场景下固定的整周模糊度反算得到高精度的电离层延迟量,并对其进行建模预报。随着基线变长,利用预报的电离层延迟约束中长基线定位模型,实现快速模糊度固定。本文分析了动态长基线情形下的电离层延迟的时变特性,采用滑动窗口进行电离层建模预报,讨论了该方法在航空测量实际作业中的实施条件、定位精度及模糊度固定情况。实测机载数据的解算结果表明,使用该方法,当测量载体出发阶段处于短基线场景下,单基站相对定位结果就可以达到接近100%的模糊度固定率,且定位精度保持在厘米级,显著减小了航空测量任务的作业成本。
    天文定位中几何精度衰减因子最小值分析
    陈张雷, 李崇辉, 郑勇, 陈冰, 何东汉
    2019, 48(7):  879-888.  doi:10.11947/j.AGCS.2019.20180479
    摘要 ( 198 )   HTML   PDF (1563KB) ( 235 )  
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    天文定位是一种重要的导航定位方法,被广泛应用于大地天文测量、天文航海等领域。该方法中观测恒星的选择会影响最终的定位精度,目前缺少针对同时测定经纬度天文定位算法中最优选星问题的研究。随着观测仪器自动化水平的提高,观测数据的获取变得更加高效,这就要求研究最优的选星方案以达到最高的定位精度。本文借鉴卫星导航中几何精度衰减因子GDOP的概念,研究了天顶距法中恒星的数量以及分布对定位精度的影响,最后通过仿真试验和实测数据验证得到结论:在天顶距观测误差的统计特性一定时,GDOP能够用来描述恒星的分布对定位结果影响的优劣,且观测的恒星方位角均匀分布时定位误差最小。考虑到不同高度的恒星天顶距大气折射改正残差不同,在实际测量中应尽量采用等天顶距且方位角均匀分布的恒星。
    时频传递的改进整数相位钟方法
    吕大千, 曾芳玲, 欧阳晓凤, 于合理
    2019, 48(7):  889-897.  doi:10.11947/j.AGCS.2019.20180248
    摘要 ( 233 )   HTML   PDF (2165KB) ( 220 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    整数相位钟法是精密单点定位(PPP)中应用最广泛的模糊度固定方法之一。利用整数相位钟法进行频率传递的稳定度优于传统PPP,但该方法的钟差计算结果包含系统性偏差,影响时间传递精度。本文介绍了整数相位钟法基本原理,分析了钟差计算结果所包含的系统性偏差成因,提出一种基于星间单差模糊度固定与原子钟精化模型的改进整数相位钟法,并检验改进整数相位钟法的模糊度固定性能与时频传递性能。试验结果表明,改进算法能够有效消除该系统性偏差,利用改进整数相位钟法进行时间传递精度能够达到0.1~0.2 ns,频率传递稳定度达到1.1×10-15/d。
    GRACE时变重力场各向异性高斯组合滤波方法
    郭飞霄, 孙中苗, 任飞龙, 汪菲菲
    2019, 48(7):  898-907.  doi:10.11947/j.AGCS.2019.20180365
    摘要 ( 269 )   HTML   PDF (7351KB) ( 679 )  
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    受测量误差等因素影响,直接使用GRACE时变重力场模型的地表质量变化反演结果呈现严重条带噪声,必须采用滤波消除。本文对不同滤波方法进行了试验分析,以信噪比最大为准则,确定了不同滤波方法的最优滤波参数,并在此基础上提出了一种各向异性组合滤波方法。该方法根据时变重力场模型球谐系数误差特性,结合各向异性高斯滤波和均方根滤波特点,对精度较高的低次项系数采用较大权重以保留更多有效信号,而对精度较差的高次项系数采用较小权重以压制噪声。不同于传统的两步法组合滤波,该方法仅需进行一步滤波处理。试验结果表明,本文提出的各向异性组合滤波方法计算步骤简单,能够有效消除条带噪声;与单一滤波和传统两步法组合滤波方法相比,提高了反演结果信噪比,保留了更多真实信号。
    不同卫星天线参数对BDS定轨定位精度的影响
    胡一帆, 张帅
    2019, 48(7):  908-918.  doi:10.11947/j.AGCS.2019.20180226
    摘要 ( 254 )   HTML   PDF (2200KB) ( 247 )  
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    论证了BDS精密单点定位时卫星天线参数与卫星轨道、钟差产品保持一致的必要性。基于4组不同卫星天线参数BDS精密定轨RTN 3方向内符合精度,GEO卫星均在9.3、18.6、11.5 cm左右,IGSO卫星均在1.7、4.2、2.7 cm左右,MEO卫星均在2.1、5.1、4.8 cm左右,在R方向的差异小于5 mm,在TN方向的差异最大为2.4 cm;定轨结果与GFZ的事后精密产品比较,RTN 3方向外符合精度差异较明显,排除GEO卫星因定轨策略与GFZ差异较大的因素,IGSO和MEO外符合精度ESA和WHU相近,RTN 3方向均在10 cm以内,各分量上优于IGS和EST 1~10 cm,其中TN方向差异最显著。在保持BDS PPP使用的卫星天线参数与卫星轨道、钟差产品一致的前提下,4组卫星天线参数定位精度相近,其中静态定位最后一个历元水平和高程方向坐标偏差均在5 cm以内,动态定位收敛后坐标偏差RMS水平方向在10 cm以内、高程方向在15 cm以内;使用ESA和WHU天线参数动态定位平均收敛时间在46 min左右,IGS和EST天线参数动态定位平均收敛时间在56 min左右,略差于基于GFZ事后产品的收敛时间,其平均收敛时间在34 min左右。
    工程测量
    变形监测数据预报的动态贝叶斯ELM方法
    范千, 方绪华, 许承权, 杨荣华
    2019, 48(7):  919-925.  doi:10.11947/j.AGCS.2019.20180504
    摘要 ( 297 )   HTML   PDF (1423KB) ( 285 )  
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    贝叶斯极限学习机(BELM)具有充分利用数据先验信息,可以自适应估计模型参数的特点。但在样本数量不断增加时,如果每次都对BELM重新训练将会降低计算效率。针对此问题,本文提出一种动态贝叶斯极限学习机(DBELM)方法以应用于变形监测数据实时预报。该方法以BELM训练的模型参数为初值,根据新增样本信息可对初始模型参数进行动态更新,并从理论上推导了相关计算公式。通过对仿真数据和实际变形数据进行详细分析表明:DBELM方法的预报精度要优于BELM、正则化极限学习机(RELM)、极限学习机(ELM)3种方法。特别是在长期持续预报过程中,其预报性能相对于其余3种方法优势明显。这充分表明了所提方法应用于变形监测数据预报领域具有可行性和有效性。
    学术讨论
    加权整体最小二乘EIO模型与算法
    邓兴升, 彭思淳, 游扬声
    2019, 48(7):  926-930.  doi:10.11947/j.AGCS.2019.20170021
    摘要 ( 303 )   HTML   PDF (820KB) ( 235 )  
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    构造了加权整体最小二乘EIO(errors-in-observations)模型,只改正独立观测值,观测值协因数阵最简洁,可克服EIV模型缺陷。基于EIO模型推导了参数估计和协因数阵精确迭代算法,实例结果正确,计算效率高。
    加权整体最小二乘EIV模型与算法——与“加权整体最小二乘EIO模型与算法”一文的讨论
    王乐洋, 余航, 邹传义, 鲁铁定
    2019, 48(7):  931-937.  doi:10.11947/j.AGCS.2019.20190155
    摘要 ( 464 )   HTML   PDF (873KB) ( 281 )  
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    加权整体最小二乘方法是一种能同时顾及EIV(errors-in-variables)模型中系数矩阵和观测向量误差的参数估计方法。根据不同的应用场景,EIV模型则表现出不同的结构特征。"加权整体最小二乘EIO模型与算法"一文采用EIO模型处理EIV模型中的结构化问题*。为了将其与现有方法进行对比,本文罗列出4种处理EIV模型结构特征的方法,并归纳了8种参数估计公式。同时从精度评定的角度讨论了整体最小二乘解的一阶及更高阶精度近似评定方法。需要强调的是,针对EIV模型及其参数估计理论可以从函数模型、随机模型和参数估计方法3个方面展开研究,但各方法殊途同归。
    博士论文摘要