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应用曲线积分的地震勘探多缆定位算法

石油地球物理勘探 2022年第6期57卷 1317-1324,I0003页

作者：段楚峰张昊楠匡翠林余文坤阮福明戴吾蛟中南大学地球科学与信息物理学院湖南长沙410083 中海油田服务股份有限公司物探事业部天津300451 海洋油气勘探国家工程研究中心北京100028

拖缆定位是海上拖缆地震勘探的一个关键环节,而准确的拖缆模型与定位算法是实现高精度拖缆定位的核心。现有的拖缆定位算法在多缆作业场景下存在数学模型不严密、定位网络观测值利用不充分的问题。为此,提出了一种基于曲线积分的海上地... 详细信息

拖缆定位是海上拖缆地震勘探的一个关键环节,而准确的拖缆模型与定位算法是实现高精度拖缆定位的核心。现有的拖缆定位算法在多缆作业场景下存在数学模型不严密、定位网络观测值利用不充分的问题。为此,提出了一种基于曲线积分的海上地震勘探多缆定位算法。首先,利用曲线积分构建严密的拖缆数学模型;然后,推导了该模型下不同类型观测值的误差方程;最后,通过仿真和实测数据对算法进行有效性验证。实验结果表明,该算法解获得的拖缆缆形与检波点位置精度优于传统算法,其中沿测线方向定位精度优于1m,垂直测线方向精度优于3m,可满足海上地震勘探作业及后续地震波数据分析的需求。

关键词：海上地震勘探拖缆定位曲线积分模型误差方程多缆定位

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基于多项式曲线拟合的海上地震勘探拖缆定位

测绘学报 2022年第5期51卷 772-780页

作者：余文坤吴佩达张昊楠胡广浩阮福明戴吾蛟匡翠林中南大学地球科学与信息物理学院湖南长沙410083 中海油田服务股份有限公司物探事业部天津300451 海洋石油勘探国家工程实验室北京100028

海上拖缆地震勘探作业过程中电缆在形状上通常呈现为光滑的曲线,传统的拖缆定位大多基于坐标递推的数值方式,对声学距离、罗经鸟方位角等观测值的建模在理论上不够严密。为使观测值得到更加充分的利用,本文提出一种基于多项式曲线拟合... 详细信息

海上拖缆地震勘探作业过程中电缆在形状上通常呈现为光滑的曲线,传统的拖缆定位大多基于坐标递推的数值方式,对声学距离、罗经鸟方位角等观测值的建模在理论上不够严密。为使观测值得到更加充分的利用,本文提出一种基于多项式曲线拟合电缆形状的平差定位模型。使用我国南海某工区海上拖缆勘探作业的实际数据进行测试,结果表明,本文模型估计的检波点位置精度约4.5 m,与传统模型相比精度最大改善率为58.1%,因此,本文模型能够更好地保障高精度海上地震勘探作业的顺利进行。

关键词：海上地震勘探拖缆定位多项式曲线拟合严密平差

海上三维拖缆导航定位数据处理系统设计及实现

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石油物探 2023年第1期62卷 80-86,129页

作者：段楚峰张昊楠匡翠林余文坤杨保财中南大学地球科学与信息物理学院湖南长沙410083 中海油田服务股份有限公司物探事业部天津300451 海洋油气勘探国家工程研究中心北京100028

拖缆导航定位是海上拖缆地震勘探的关键步骤之一,是地震数据反演海底地下地质构造的前提条件,其定位精度直接影响地震数据的成像质量与可靠性。针对海上三维地震勘探拖缆导航定位数据处理,分析了难点问题,对数据预处理算法与定位网络平... 详细信息

拖缆导航定位是海上拖缆地震勘探的关键步骤之一,是地震数据反演海底地下地质构造的前提条件,其定位精度直接影响地震数据的成像质量与可靠性。针对海上三维地震勘探拖缆导航定位数据处理,分析了难点问题,对数据预处理算法与定位网络平差算法进行了详细设计,给出了一整套数据处理流程,基于算法开发了海上三维拖缆导航定位数据处理系统,介绍了该数据处理系统的整体架构与功能模块划分,并结合实际应用案例对其解算精度进行了验证与分析。结果表明,在选用的两套6缆作业场景测试数据中,所实现的拖缆定位数据处理系统解算精度与国外主流商业软件相比,检波器整体定位偏差小于3 m,标准差小于0.5 m,能够满足海上三维拖缆勘探地震数据成像精度的需要。

关键词：拖缆导航定位海上三维地震勘探数据预处理定位网络解算系统设计与实现

顾及频间偏差的GNSS多频非组合PPP变形监测

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导航定位与授时 2023年第1期10卷 65-73页

作者：潘林李选平戴吾蛟余文坤中南大学地球科学与信息物理学院长沙410083 长沙金维信息技术有限公司系统设计部长沙410000

精密单点定位(PPP)技术有望解决长距离、大范围等监测场景难以找到稳定基准点的难题。现代化的全球卫星导航系统(GNSS)卫星纷纷开始播发多频信号,多频观测值融合理论上可提升PPP变形监测性能。为了充分利用多频冗余观测数据,详细研究了... 详细信息

精密单点定位(PPP)技术有望解决长距离、大范围等监测场景难以找到稳定基准点的难题。现代化的全球卫星导航系统(GNSS)卫星纷纷开始播发多频信号,多频观测值融合理论上可提升PPP变形监测性能。为了充分利用多频冗余观测数据,详细研究了每个频点的差分码偏差(DCB)和全球定位系统(GPS)存在的相位频率间卫星钟偏差(PIFCB)的改正方法,扩展了多频数据处理的严密理论模型,能够灵活处理GPS三频、Galileo五频和BDS-3五频观测数据。多频PPP振动监测实验结果表明,GPS三频PPP、BDS-3五频PPP、Galileo五频PPP较各自双频PPP位移监测精度可分别提升12%、13%和14%,表明多频PPP技术有利于提升PPP位移监测精度与稳定性。

关键词：变形监测精密单点定位多频数据处理全球卫星导航系统

复杂环境下GNSS/INS紧组合垂直振动监测精度评估

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导航定位学报 2022年第4期10卷 81-88页

作者：任钊戴吾蛟余文坤郑斌潘林中南大学地球科学与信息物理学院长沙410083 湖南北云科技有限公司长沙410205

桥梁主体结构垂直方向的动态位移能直接反映其在车辆等荷载作用下的状态变化,也是桥梁结构健康监测的重要内容之一。全球卫星导航系统(GNSS)已在桥梁动态位移监测中得到推广应用,但其信号容易受到桥梁缆索、桥塔、过往车辆等障碍物的遮... 详细信息

桥梁主体结构垂直方向的动态位移能直接反映其在车辆等荷载作用下的状态变化,也是桥梁结构健康监测的重要内容之一。全球卫星导航系统(GNSS)已在桥梁动态位移监测中得到推广应用,但其信号容易受到桥梁缆索、桥塔、过往车辆等障碍物的遮挡和干扰,影响监测精度。将惯性导航系统(INS)与GNSS组合进行监测,一定程度上增强了抗干扰能力,但也会因为GNSS信号质量的下降而影响对惯性传感器累积误差的校正。为正确评估复杂环境下GNSS/INS紧组合垂直振动监测精度,利用振动台设置幅值已知的振动,并在开阔环境、各种模拟遮挡环境以及多径环境中进行测试。结果表明,在开阔环境中,紧组合解算模式相比于GNSS动态单历元解算精度略有提升;而在复杂遮挡环境下,随着GNSS可视卫星数减少,紧组合解算对定位结果精度的提升效果可以达到15%;在多径环境下,INS增加了集成系统的抗干扰能力。

关键词：垂直振动监测全球卫星导航系统惯性导航系统紧组合结构健康监测

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相位锁定指示值与GNSS观测值质量分析

导航定位学报 2022年第4期10卷 115-123页

作者：彭会戴吾蛟余文坤潘林郑彬中南大学地球科学与信息物理学院长沙410083 湖南北云科技有限公司长沙410083

全球卫星导航系统(GNSS)信号易受外界环境干扰,出现衰弱或短暂丢失现象,影响载波相位观测值的质量。相位锁定指示(PLD)值P_(LDR)是一种载波相位跟踪性能的度量,用于指示信号跟踪状态和评估载波相位的跟踪能力。为深入研究P_(LDR)与GNSS... 详细信息

全球卫星导航系统(GNSS)信号易受外界环境干扰,出现衰弱或短暂丢失现象,影响载波相位观测值的质量。相位锁定指示(PLD)值P_(LDR)是一种载波相位跟踪性能的度量,用于指示信号跟踪状态和评估载波相位的跟踪能力。为深入研究P_(LDR)与GNSS观测值质量的关系,对空旷、树荫、墙角和玻璃幕墙环境中P_(LDR)、载噪比、高度角、周跳和载波相位残差间的关系进行分析,结果表明:在空旷环境中,P_(LDR)与载噪比、高度角强相关;在树荫等复杂环境中,P_(LDR)与载噪比强相关,但与高度角无明显相关性;在所有环境中,P_(LDR)与周跳发生概率的相关性强,与载波相位残差的周期性变化部分相关性强且没有时延现象,但P_(LDR)不能反映载波相位双差残差的总体变化趋势。为验证P_(LDR)作为观测值质量指标的有效性,建立了一种顾及P_(LDR)的高度角随机模型,实验结果表明,新模型可有效提升定位精度与可靠性。

关键词：相位锁定指示值全球卫星导航系统质量分析随机模型

多星座组合精密动态定位的抗差扩展Kalman滤波方法研究

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武汉大学学报（信息科学版） 2015年第10期40卷 1329-1333页

作者：高晓戴吾蛟张超余文坤中南大学测绘与国土信息工程系湖南长沙410083 中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司陕西西安710032

扩展Kalman(EKF)滤波算法可有效地进行多卫星系统数据融合处理,但该方法对观测数据的质量要求较高,当观测出现异常时,传统的扩展Kalman方法容易导致滤波失真。为此,利用实测数据,通过虚拟掩模遮挡卫星模拟复杂的GNSS观测环境,研究了基于... 详细信息

扩展Kalman(EKF)滤波算法可有效地进行多卫星系统数据融合处理,但该方法对观测数据的质量要求较高,当观测出现异常时,传统的扩展Kalman方法容易导致滤波失真。为此,利用实测数据,通过虚拟掩模遮挡卫星模拟复杂的GNSS观测环境,研究了基于IGGIII的抗差EKF算法,确定了分位参数的合理经验值,并对其在GPS/GLONASS/BDS组合精密动态定位中的应用进行了分析。结果表明,在遮挡严重的复杂观测环境中,抗差EKF算法可有效地提高组合定位系统的模糊度的固定成功率和定位精度。

关键词：多星座组合定位抗差估计:扩展Kalman滤波

混合时间差分和非差分载波相位的无人机精密单点定位

维普期刊数据库评论

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维普期刊数据库

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导航定位学报 2023年第3期11卷 105-111页

作者：雷广渊彭思敏艾先俊余文坤广州市城市规划勘测设计研究院广州510060 中南大学地球科学与信息物理学院长沙410083

针对精密单点定位(PPP)在载波相位模糊度估计值收敛之前,定位精度波动较大,这一阶段对于传统PPP技术来说需要几十分钟的时间,难以满足快速无人机作业需求,且时间差分载波相位(TDCP)技术可以消除模糊度等常值变量,计算得到的历元间位置... 详细信息

针对精密单点定位(PPP)在载波相位模糊度估计值收敛之前,定位精度波动较大,这一阶段对于传统PPP技术来说需要几十分钟的时间,难以满足快速无人机作业需求,且时间差分载波相位(TDCP)技术可以消除模糊度等常值变量,计算得到的历元间位置变化量精度较高,但是受系统误差影响较大且增加了数据的相关性,误差会随着时间积累等问题,提出一种PPP和TDCP相结合的无人机定位算法:基于20Hz高采样固定翼无人机实际观测数据,对比分析基于传统PPP、TDCP、混合TDCP与非差观测PPP 3种方法的无人机定位性能。结果表明,混合TDCP和传统非差观测的无人机PPP定位算法的精度较传统PPP方法提高71.5%。

关键词：时间差分载波相位(TDCP) 无人机(UAV) 精密单点定位(PPP)

GPS/GLONASS组合定位技术及其在变形监测中的应用

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GPS/GLONASS组合定位技术及其在变形监测中的应用

作者：余文坤中南大学

学位级别：硕士

进入21世纪以来,日趋激烈的科技竞争和导航定位市场的争夺为全球导航卫星系统（GNSS, Global Navigation Satellite System）带来了新的发展：GLONASS复苏,率先结束了只有GPS可用的局面;同时,COMPASS、Galileo等其他系统的加快建设也大... 详细信息

进入21世纪以来,日趋激烈的科技竞争和导航定位市场的争夺为全球导航卫星系统（GNSS, Global Navigation Satellite System）带来了新的发展：GLONASS复苏,率先结束了只有GPS可用的局面;同时,COMPASS、Galileo等其他系统的加快建设也大大丰富了可用卫星资源。可见卫星数几乎成倍的增加,以及其覆盖范围的扩大,必将带来定位精度、效率与可靠性的提高,由此,如何组合不同卫星系统,如何通过更加具体地研究各系统间的差异,精化定位、定权模型,怎样在变形监测等传统定位方式受限的应用领域发挥组合定位的优势等问题重新成为业界研究的热点。基于上述原因,以GPS和GLONASS为对象,研究其组合定位的理论和技术,并从模型误差处理的角度分别讨论了随机模型和函数模型的精化处理,最后在变形监测应用中测试了组合定位的效果,验证了其相对于单GNSS的优势。本文主要的研究内容如下：（1）根据GPS和GLONASS的系统差异,总结了组合定位的数学模型,分别给出了单点、相对定位的数学公式和组合流程;对GPS和GLONASS的广播星历精度进行对比分析;利用广播星历实现GPS/GLONASS组合定位;（2）合理定权是发挥组合系统优势的关键,由于不同卫星系统的定义以及实现水平存有差异,其观测精度往往不同。所以以结合先验和验后信息为思路,提出组合定位综合随机模型,其基于多误差源的综合先验权阵,利用方差分量估计和稳健估计等验后手段,精化组合定位随机模型,以此给出初步的组合定权方案;（3）准确的函数模型是获得高精度组合结果的前提,由于GNSS误差源的多样性和复杂性,函数模型误差难以避免,其在组合定位时通常表现地更为明显,最小二乘参数估计以及Helmert方差分量估计因系统误差而偏离观测值残差为偶然误差的基本假设,严重影响最终组合定权及定位的效果,因此,基于半参数估计原理,尝试调整组合定位数学模型,以各系统的观测残差趋于零均值正态分布为思路,探讨组合定位中函数模型的精化;（4）分析了组合定位对数据处理软件的需求,利用C++开发了兼容GPS、GLONASS、COMPASS在内的多GNSS组合定位数据处理函数库,并且所开发函数库可扩展支持Galileo系统;（5）将GPS/GLONASS组合定位技术应用于变形监测中,验证了其在变形监测应用中相对于单GNSS的优势。

关键词： GPS/GLONASS CNSS Helmert方差分量估计稳健估计半参数估计变形监测