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基于速度分类的LSTM神经网络辅助GNSS/SINS车载定位方法

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武汉大学学报(信息科学版) 2024年

作者：李晗旭李昕黄观文张勤陈世鹏长安大学地质工程与测绘学院

在车载GNSS/SINS组合导航中，为了增强定位效果，车辆非完整性约束(NHC)是常用的增强方法。通过应用机器学习的方法来建立IMU输出与NHC伪观测量之间的复杂映射关系，并直接在观测域对NHC伪观测量的大小进行调整，可以提升传统NHC方法的... 详细信息

在车载GNSS/SINS组合导航中，为了增强定位效果，车辆非完整性约束(NHC)是常用的增强方法。通过应用机器学习的方法来建立IMU输出与NHC伪观测量之间的复杂映射关系，并直接在观测域对NHC伪观测量的大小进行调整，可以提升传统NHC方法的约束效果。现有的机器学习方法没有考虑车辆运动状态影响，导致NHC预测精度和可靠性不高。最新研究表明机器学习可以预测车辆的前向速度，即虚拟里程计（ODO）。然而，当前研究主要是将预测虚拟NHC和虚拟ODO分开讨论，没有充分挖掘二者之间的耦合关系以及三维速度对车辆进行全约束的能力。因此，本文的研究针对这一问题进行了深入探讨，提出了一种基于车辆速度分类的LSTM神经网络，用于预测车辆的三维速度，并采用三维速度约束新息来自适应调整其方差域。为了验证本文方法的有效性，进行了车载GNSS/SINS组合导航的实验测试。根据实验结果显示，本文方法在前向速度预测方面的平均精度约为0.4 m/s，在侧向和垂向速度预测方面平均精度约为2 cm/s，此外，在模拟GNSS信号失锁460秒的情况下，相较于惯导推算结果，本文方法在三维速度约束下的水平定位精度改善了99.40%。

关键词： GNSS/SINS NHC ODO 机器学习 LSTM

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GNSS星载原子钟在轨性能评估技术进展

测绘地理信息 2024年第1期49卷 20-28页

作者：黄观文曹钰谭粤谢威长安大学地质工程与测绘学院陕西西安710054 自然资源部生态地质与灾害防控重点实验室陕西西安710054

星载原子钟作为全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)的核心载荷,其在轨性能指标决定着GNSS的PNT服务水平。由于太空电磁环境复杂,原子钟实际工作指标不稳定,对星载原子钟开展长期持续性能评估就显得尤为重要。... 详细信息

星载原子钟作为全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)的核心载荷,其在轨性能指标决定着GNSS的PNT服务水平。由于太空电磁环境复杂,原子钟实际工作指标不稳定,对星载原子钟开展长期持续性能评估就显得尤为重要。本文综述了目前星载原子钟评估技术现状,对相位、频率、频率漂移率、拟合精度、拟合残差、频率稳定度等性能评估指标进行了分析总结,归纳了基于精密钟差产品进行星载原子钟评估的数据处理方法和流程,统计了现阶段GNSS星载原子钟类型和指标水平,并采集一年的精密卫星钟差数据对GNSS星载原子钟进行了综合评估与对比分析。最后,对现阶段GNSS星载原子钟性能评估技术现状和问题进行了总结及展望。

关键词： GNSS 星载原子钟性能评估钟差模型稳定度

北斗星座设计虚拟仿真实验教学系统建设与实践

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测绘地理信息 2024年第3期49卷 145-150页

作者：黄观文王乐王利张勤李晓菲长安大学地质工程与测绘学院陕西西安710054 长安大学马克思主义学院陕西西安710054

北斗卫星导航系统(Beidou navigation satellite sys⁃tem,BDS)星座在太空中的空间部署及运行轨迹不可见,地面星座设计及模拟系统昂贵或不公开,导致星座设计内容只能通过课堂进行理论讲授,无法实习实践,影响了测绘学科教学质量,亟待建设... 详细信息

北斗卫星导航系统(Beidou navigation satellite sys⁃tem,BDS)星座在太空中的空间部署及运行轨迹不可见,地面星座设计及模拟系统昂贵或不公开,导致星座设计内容只能通过课堂进行理论讲授,无法实习实践,影响了测绘学科教学质量,亟待建设北斗星座设计虚拟仿真实验教学系统。针对此问题,设计了一种BDS星座设计虚拟仿真实验教学系统,并介绍了其设计思路、总体框架、实验原理和建设成效。该系统采用Unity3D前端开发平台,利用C#、JavaS⁃cript、HTML5语言开发,包括星座模拟、地面数据模拟和效果评估3大模块,还原了BDS独具特色的混合星座和BDS地面跟踪站设计,并能对星座及地面站的设计效果进行初步评价,提升了教学效果,同时使学生能够从中体验到BDS设计中蕴含的中国智慧。系统已向社会共享,为学科教育和行业发展提供教学实践支撑。

关键词：北斗卫星导航系统虚拟仿真星座模拟地面数据模拟效果评估

无人机抛投式GNSS滑坡监测设备智能化部署选址方法

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测绘学报 2024年第6期53卷 1140-1153页

作者：许豪张勤王利舒宝杜源黄观文长安大学地质工程与测绘学院陕西西安710054 地理信息工程国家重点实验室陕西西安710054 西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室陕西西安710054

GNSS技术广泛应用于滑坡形变监测,而复杂艰险的高危滑坡往往人员难至,导致GNSS监测设备安装困难。无人机抛投部署技术为解决此问题提供了可能,然而其前提是为无人机抛投提供适宜的目标部署位置,传统的选址方法主要依赖专家现场踏勘评估... 详细信息

GNSS技术广泛应用于滑坡形变监测,而复杂艰险的高危滑坡往往人员难至,导致GNSS监测设备安装困难。无人机抛投部署技术为解决此问题提供了可能,然而其前提是为无人机抛投提供适宜的目标部署位置,传统的选址方法主要依赖专家现场踏勘评估,无法满足该场景应用需求。为此,本文首先利用无人机航测、InSAR-Stacking技术获取选址区域的DSM、DOM及地表历史形变速率图,然后基于深度学习、地形分析等方法提取历史形变、裂缝分布、坡度、地表粗糙度、植被指数、坡向等选址因子,最后基于层次分析法对多个选址因子进行决策融合,智能化评估滑坡区域内不同位置的选址适宜性并推荐无人机抛投式GNSS监测设备的目标部署位置。以甘肃黑方台滑坡区域为例开展选址试验,评估了该区域内的选址适宜性并推荐了4处GNSS监测设备部署位置,现场情况及历史站点形变序列验证了本文方法的有效性。本文方法综合考虑了形变监测、部署难度、观测条件及持续运行等需求,可高效评估选址区域内设备部署的适宜程度,对于提升无人机抛投式GNSS监测设备的部署效率及监测效果具有重要参考价值。

关键词： GNSS 无人机抛投滑坡监测监测站选址层次分析法

BDS-3不同频点双频组合伪距单点定位性能分析

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导航定位与授时 2024年

作者：李盼孙阳陈世通代佳迪史瑶贾继文武浩天黄观文长安大学地质工程与测绘学院

北斗卫星导航定位系统（BDS）在进行双频单点定位时通常固定使用B1I、B3I频点组合。为充分探究BDS-3系统定位潜力，针对BDS-3 不同频点双频伪距单点定位（SPP）性能展开研究。推导卫星差分码偏差（Differential code bias，DCB）改正公... 详细信息

北斗卫星导航定位系统（BDS）在进行双频单点定位时通常固定使用B1I、B3I频点组合。为充分探究BDS-3系统定位潜力，针对BDS-3 不同频点双频伪距单点定位（SPP）性能展开研究。推导卫星差分码偏差（Differential code bias，DCB）改正公式，建立BDS-3任意双频组合SPP定位数学模型。利用全球35个MGEX跟踪站121天的实测数据，采用改进的RTKLIB软件进行了全球范围内BDS-3双频无电离层组合SPP解算试验。首先对BDS-3的六种频点信号质量进行全面评估，包括信噪比、多路径效应和数据可用率等指标。其次，对基于DCB改正后的十四种BDS-3双频伪距组合进行性能对比。研究发现在多路径误差、信噪比、数据完整率等多项指标上，B2ab信号质量最高，B2b与B2a其次，B3I与B1C次之，B1I表现较差。在BDS-3十四种不同双频组合SPP性能比较中，基于DCB改正后的定位精度明显优于未加DCB改正的情况。DCB改正相对不改正可以将三维精度由14.9～31.2m，显著减少到1.7～15.5m。受无电离层双频组合模型噪声放大系数的影响，最优组合为B1C&B2a，最差组合为B2a&B2ab，两者数值分别为1.7m与15.5m。以上结论可以为BDS-3伪距定位在车载导航等方面的应用提供参考。

关键词：北斗三号卫星导航定位系统伪距单点定位频点信号质量卫星差分码偏差双频伪距组合

多系统PPP天顶对流层延迟时空序列精度评估及分析

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大地测量与地球动力学 2024年第7期44卷 698-703页

作者：张智超王乐刘国林陈世通黄观文长安大学地质工程与测绘学院西安市710054

利用2021-09全球80个MGEX测站进行PPP实验,以国际GNSS服务组织(IGS)发布的ZTD产品为参考进行比较分析。结果表明,多系统联合估计ZTD在精度上具有较大优势,GPS+BDS双系统比单GPS系统平均RMSE精度提高约0.6 mm, GPS+BDS+GLONASS+Galileo... 详细信息

利用2021-09全球80个MGEX测站进行PPP实验,以国际GNSS服务组织(IGS)发布的ZTD产品为参考进行比较分析。结果表明,多系统联合估计ZTD在精度上具有较大优势,GPS+BDS双系统比单GPS系统平均RMSE精度提高约0.6 mm, GPS+BDS+GLONASS+Galileo四系统比双系统精度提高约0.9 mm,单系统条件下GPS的ZTD估计精度高于BDS。在精度空间分布上,随着纬度升高ZTD估计精度提升较为明显,当纬度大于50°时,四系统PPP估计的ZTD精度优于5 mm。在纬度基本不变的情况下,观测站海拔升高可提升ZTD估计精度。在模糊度固定的情况下,ZTD估计精度明显提升,单GPS系统估计ZTD的平均绝对误差(MAE)和均方根误差(RMSE)分别为7.6 mm和8.4 mm,相比于浮点解分别提高约11%和12%,平均收敛时间加快20 min。

关键词：精密单点定位天顶对流层延迟模糊度固定时空序列

北斗/GNSS广域精密定位技术与服务：现状与展望

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武汉大学学报(信息科学版) 2024年

作者：陈秀德刘惠蔚保国盛传贞黄观文惠沈盈应俊俊中国电子科技集团公司第五十四研究所卫星导航系统与装备技术国家重点实验室长安大学地质工程与测绘学院西安电子科技大学计算机科学与技术学院

全球导航卫星系统（GNSS）精密定位服务已广泛应用于国防建设、智慧城市、交通运输、智能机器人、无人机等，近年来精密定位技术与服务应用不断发展，受到各行各业广泛关注。首先分类归纳了精密单点定位（PPP）、模糊度固定的精密单点... 详细信息

全球导航卫星系统（GNSS）精密定位服务已广泛应用于国防建设、智慧城市、交通运输、智能机器人、无人机等，近年来精密定位技术与服务应用不断发展，受到各行各业广泛关注。首先分类归纳了精密单点定位（PPP）、模糊度固定的精密单点定位（PPP-AR）及精密单点实时动态定位（PPP-RTK）技术在多系统多频、大气改正及模糊度固定等方面的研究进展，其次回顾了主要卫星导航系统精密定位服务在服务能力、范围等方面的特点及长期发展规划；然后总结了当前主流商业公司精密定位服务技术特点、服务能力及应用进展情况；最后探讨分析了当今GNSS精密定位服务面临的挑战及其发展趋势与未来展望。

关键词：精密单点定位(PPP) 精密单点实时动态定位(PPP-RTK) 厘米级增强服务(CLAS) 高精度服务(HAS) 实时扩展(RTX) 精密定位服务(PPS)

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GNSS卫星轨道机动探测技术进展

导航定位学报 2024年第2期12卷 1-12页

作者：黄观文王媛媛龙正鑫秦志伟张勤长安大学地质工程与测绘学院西安710054 自然资源部生态地质与灾害防控重点实验室西安710054

针对轨道机动探测是各种空间任务的共性关键技术,是全球卫星导航系统(GNSS)精密定轨定位数据处理的首要工作,在卫星导航领域具有重要的研究意义,尤其是中国多星座构型的北斗卫星导航系统,轨道机动频繁,影响更为严重的现状,研究分析全球... 详细信息

针对轨道机动探测是各种空间任务的共性关键技术,是全球卫星导航系统(GNSS)精密定轨定位数据处理的首要工作,在卫星导航领域具有重要的研究意义,尤其是中国多星座构型的北斗卫星导航系统,轨道机动频繁,影响更为严重的现状,研究分析全球卫星导航系统(GNSS)卫星轨道机动探测技术的进展:概述轨道机动的概念、机动方式和机动时间;归纳整理目前GNSS卫星轨道机动探测中常用的技术方法,包括基于卫星轨道的探测方法、基于卫星广播星历的探测方法以及基于观测值的探测方法;总结各类卫星轨道机动探测方法的特点,并统计分析GNSS卫星的轨道机动频次与时段,指出随着GNSS卫星轨道机动探测方法的不断完善,实时及事后卫星轨道机动探测问题都得到了显著改善,促进了GNSS服务性能的进一步提升;最后,总结现有轨道机动探测方法的优势与局限性,展望GNSS轨道机动卫星数据处理中尚须进一步解决的重要问题。

关键词：全球卫星导航系统(GNSS) 轨道机动探测轨道互差广播星历伪距/载波相位

“一带一路”倡议背景下西部高校引智工作探索与实践

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高教学刊 2024年第2期10卷 19-23,28页

作者：黄观文李晓菲周珍珍长安大学国际合作与交流处西安710054 长安大学马克思主义学院西安710054

高校引进国外智力(简称“引智”)工作是提升学校科研创新能力的重要支撑。西部高校由于深处西北内陆,地域空间优势和经济发展能力远不如沿海城市,吸才引智工作举步维艰。“一带一路”倡议的实施为西部沿线城市带来国际合作的新机遇,该... 详细信息

高校引进国外智力(简称“引智”)工作是提升学校科研创新能力的重要支撑。西部高校由于深处西北内陆,地域空间优势和经济发展能力远不如沿海城市,吸才引智工作举步维艰。“一带一路”倡议的实施为西部沿线城市带来国际合作的新机遇,该文在分析西部高校引智工作现状的基础上,着力探讨如何搭乘丝绸之路顺风车,突破引智局限,改善引智方法;建立“顶层规划、多元模式、稳才留才、提质增效”的创新型引智体系,为西部高校打开国际化新格局,更好地服务于“一带一路”倡议的实施。

关键词：一带一路引智局限双一流建设引智成效引智体系