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顾及有效角动量与IGS超快解数据的极移预报方法

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地球物理学报 2024年第4期67卷 1356-1367页

作者：魏娜周雨欣许雪晴楼益栋戴小蕾施闯武汉大学卫星导航定位技术研究中心武汉430079 中国科学院上海天文台上海200030 北京航空航天大学电子信息工程学院北京100191

极移高精度预报对卫星实时定轨、深空探测器导航等应用至关重要.本文提出了一种联合有效角动量(Effective Angular Momentum,EAM)与国际全球卫星导航系统服务组织(International GNSS Service,IGS)提供的超快解数据进行极移预报的方法.... 详细信息

极移高精度预报对卫星实时定轨、深空探测器导航等应用至关重要.本文提出了一种联合有效角动量(Effective Angular Momentum,EAM)与国际全球卫星导航系统服务组织(International GNSS Service,IGS)提供的超快解数据进行极移预报的方法.该方法基于IGS超快解数据得到的极移第1天预报值,对引入EAM得到的极移预报结果进行校正,获得联合预报值.首先,基于LS(Least Squares)+AR(Auto-Regressive)模型实现了引入EAM的极移预报,相对国际地球自转与参考系统服务组织(International Earth Rotation and Reference Systems Service,IERS)提供的公报A数据,在超短期(第1~10天)预报跨度可以得到更高精度的极移预报结果,其中大气和海洋角动量发挥了主要作用.其次,鉴于IGS超快解数据精度高、更新快的特点,以IGS超快解为基础数据,基于LS+AR模型可以得到极移第1天预报值,其精度显著优于IERS公报A的极移第1天预报值.最后,利用第1天预报值对顾及有效角动量的预报结果进行校正获得了联合预报值,进一步提高了超短期极移预报精度(尤其是第1~5天).2020年7月24日—2022年1月30日间的联合预报结果表明:第1~20天的预报值总体优于IERS公报A的预报值.其中,第1~10天的预报精度显著提升,在预报第1天,X、Y方向预报值相对公报A预报值的精度提升分别可达39.5%~62.3%和24.5%~51.9%;在预报第10天,相对公报A预报值的精度提升分别可达28.0%~28.9%和21.9%~23.4%.

关键词：极移预报有效角动量 IGS极移超快解 LS+AR模型

水库峡谷区北斗/GNSS变形监测方法对比分析与精度评估

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大地测量与地球动力学 2024年

作者：齐智勇毛延翩方荣新胡星辉汤正阳谭大文都旭煌侯春尧叶世榕中国长江电力股份有限公司湖北省智慧水电技术创新中心武汉大学卫星导航定位技术研究中心

基于溪洛渡水电站的可移动北斗变形监测系统，利用GNSS测站水平形变模拟实验，开展静态差分、事后动态差分（PPK）和动态精密单点定位（PPP）三种方法对比分析与形变探测精度评估。结果显示，单BDS与GPS+BDS双系统观测精度相当，在三种... 详细信息

基于溪洛渡水电站的可移动北斗变形监测系统，利用GNSS测站水平形变模拟实验，开展静态差分、事后动态差分（PPK）和动态精密单点定位（PPP）三种方法对比分析与形变探测精度评估。结果显示，单BDS与GPS+BDS双系统观测精度相当，在三种解算方法中静态差分精度最高，双系统和单BDS外符合精度分别优于0.5 mm和0.7 mm，基线差分方法通过24 h长时序观测，能够更加有效地消除坝区水汽干扰和电离层及多路径误差；动态PPK双系统和单BDS结果误差最大分别为0.5 mm和1 mm，动态PPP分别为1.7 mm和1 mm，说明PPK和PPP也能获得到接近1 mm的形变监测结果，具有较大的应用潜力。

关键词：大坝变形监测北斗差分定位精密单点定位

GPS位移观测中新发现的13.6年振荡及其对动态参考框架的潜在影响

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中国科学：地球科学 2024年第10期54卷 3255-3264页

作者：丁浩姜卫平武汉大学测绘学院湖北珞珈实验室武汉430079 武汉大学卫星导航定位技术研究中心武汉430079

越来越多的大地测量及地球物理应用研究对GPS位移观测提出了毫米甚至亚毫米精度的需求.要到达这种精度水平,识别和分析GPS位移中所包含的未知年代际信号将至关重要.本研究采用最优序列估计方法(optimal sequence estimation;OSE),从GPS... 详细信息

越来越多的大地测量及地球物理应用研究对GPS位移观测提出了毫米甚至亚毫米精度的需求.要到达这种精度水平,识别和分析GPS位移中所包含的未知年代际信号将至关重要.本研究采用最优序列估计方法(optimal sequence estimation;OSE),从GPS垂直位移分量中首次发现一个周期约13.6年的振荡信号,该信号的激发振幅约为(3.6±1.2)mm.更为重要的是,我们发现该信号的全球空间分布模式为球谐Y_(2,-2)模式.进一步对比分析了日长变化(以及全球地磁变化)中所观测到的13.6年振荡,发现它们的相位相反.利用两种不同的实测水文数据集排除了该信号由地球外部激发源产生的可能性后,我们推断该约13.6年GPS振荡信号应来源于地球内部运动.然而,该信号具体的激发源和详细的物理机制仍有待进一步研究.此外,构建了由该信号引起的全球位移变化的数学模型.本文研究结果表明,该信号所引起的最大地表垂向位移变化可达1.37mm,相应的最大垂向位移速度变化影响为0.63mm/a.这些结果表明在毫米级动态参考框架的构建和维持中考虑13.6年振荡的影响的必要性.

关键词： GPS位移年代际变化 13.6年振荡位移模型动态参考框架

图像语义信息在视觉SLAM中的应用研究进展

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测绘学报 2024年第6期53卷 1057-1076页

作者：郭迟刘阳罗亚荣刘经南张全武汉大学湖北珞珈实验室湖北武汉430079 武汉大学卫星导航定位技术研究中心湖北武汉430079 武汉大学人工智能研究院湖北武汉430079

视觉同步定位与建图(visual simultaneous localization and mapping,VSLAM)技术以相机为主要传感器采集图像数据,基于多视几何、状态估计等算法原理获取载体的位置和姿态,同时构建一张用于导航定位的地图。视觉SLAM是自动驾驶、AR(augm... 详细信息

视觉同步定位与建图(visual simultaneous localization and mapping,VSLAM)技术以相机为主要传感器采集图像数据,基于多视几何、状态估计等算法原理获取载体的位置和姿态,同时构建一张用于导航定位的地图。视觉SLAM是自动驾驶、AR(augmented reality)、VR(virtual reality)、MR(mix reality)、智能机器人、无人机飞控中的关键技术。近年来,随着各个产业对智能导航定位的需求日渐增多,原本以几何测量为主的视觉SLAM逐渐融入对环境的语义理解。语义信息是指能够被人类直观感受和理解的概念,而图像语义信息是指图像中物体的轮廓、类别、显著性等信息。相比于图像中的几何特征,语义信息更具时空一致性,且更贴近人类感知的结果。将图像语义信息引入视觉SLAM,既能促进系统各个模块的性能,还能够提升视觉SLAM的智能感知能力,形成集几何测量、定位定姿、环境理解等多种功能的视觉语义SLAM。本文根据图像语义信息的应用方式,对视觉语义SLAM经典方案和最新研究进展进行归纳梳理。在此基础上,本文总结了视觉语义SLAM的现存问题与挑战,指出该领域未来的研究方向,以推动其面向智能导航定位进一步发展。

关键词：视觉SLAM 视觉语义SLAM 深度学习智能导航定位

GPS位移观测中新发现的13.6年振荡及其对动态参考框架的潜在影响

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Science China Earth Sciences 2024年

作者：丁浩姜卫平武汉大学测绘学院湖北珞珈实验室武汉大学卫星导航定位技术研究中心

越来越多的大地测量及地球物理应用研究对GPS位移观测提出了毫米甚至亚毫米精度的需求.要到达这种精度水平,识别和分析GPS位移中所包含的未知年代际信号将至关重要.本研究采用最优序列估计方法(optimal sequence estimation; OSE),从GP... 详细信息

越来越多的大地测量及地球物理应用研究对GPS位移观测提出了毫米甚至亚毫米精度的需求.要到达这种精度水平,识别和分析GPS位移中所包含的未知年代际信号将至关重要.本研究采用最优序列估计方法(optimal sequence estimation; OSE),从GPS垂直位移分量中首次发现一个周期约13.6年的振荡信号,该信号的激发振幅约为(3.6±1.2)mm.更为重要的是,我们发现该信号的全球空间分布模式为球谐Y2,-2模式.进一步对比分析了日长变化(以及全球地磁变化)中所观测到的13.6年振荡,发现它们的相位相反.利用两种不同的实测水文数据集排除了该信号由地球外部激发源产生的可能性后,我们推断该约13.6年GPS振荡信号应来源于地球内部运动.然而,该信号具体的激发源和详细的物理机制仍有待进一步研究.此外,构建了由该信号引起的全球位移变化的数学模型.本文研究结果表明,该信号所引起的最大地表垂向位移变化可达1.37mm,相应的最大垂向位移速度变化影响为0.63mm/a.这些结果表明在毫米级动态参考框架的构建和维持中考虑13.6年振荡的影响的必要性.

关键词： GPS位移年代际变化 13.6年振荡位移模型动态参考框架

基于变分模态分解的GNSS高程时间序列时变信号提取

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测绘学报 2024年第1期53卷 79-90页

作者：武曙光边少锋李厚朴李昭欧阳华海军工程大学电气工程学院湖北武汉430034 中国地质大学(武汉)地质探测与评估教育部重点实验室湖北武汉430074 武汉大学卫星导航定位技术研究中心湖北武汉430079

针对GNSS坐标时间序列中的时变信号难以由现有最小二乘、最大似然估计(MLE)等参数化方法准确提取的问题,本文采用变分模态分解(VMD)方法将中国内地构造环境监测网络(CMONOC)测站的高程时间序列分解为一系列本征模态函数(IMF),进而重构... 详细信息

针对GNSS坐标时间序列中的时变信号难以由现有最小二乘、最大似然估计(MLE)等参数化方法准确提取的问题,本文采用变分模态分解(VMD)方法将中国内地构造环境监测网络(CMONOC)测站的高程时间序列分解为一系列本征模态函数(IMF),进而重构出测站位置时间序列中含有的时变信号。结果表明,相对于MLE方法,VMD方法在97.9%的测站上均方根误差(RMSE)改进率为正值,因此该方法有助于绝大多数测站精确提取出时变信号,减弱高程时间序列中的非线性形变。另外,从相关系数和信噪比的角度来看,VMD方法得到的重构序列与原始序列之间的相关系数更高,信噪比也更大,表明降噪效果较好。通过特定测站的分析表明,VMD方法能有效探测出GNSS高程时间序列预处理中包含遗漏的阶跃信号的测站,表现为较大的RMSE改进率,这在大批量测站的阶跃信号探测中具有一定的实用价值。VMD方法相对于小波分解(WD)经验模态分解(EMD)具有更好的自适应性,但IMF分量个数仍然需要针对具体测站进行逐一确定,当分解个数和重构分量选取恰当时,VMD方法在GNSS高程时间序列中的应用效果可进一步提高。

关键词： GNSS高程时间序列变分模态分解 CMONOC测站 RMSE改进率

单北斗接收机网络RTK增强定位服务性能分析

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武汉大学学报(信息科学版) 2024年

作者：唐卫明张思宇邓辰龙戚克培聂肖虎邹璇李洋洋武汉大学卫星导航定位技术研究中心武汉理工大学航运学院中国石化销售股份有限公司华中分公司

近年来，国产单北斗定位终端研制与推广的需求日益增强。网络RTK技术作为北斗系统高精度定位的主要手段，已广泛应用于生产生活中的各领域。本文将利用武汉大学自主研发的网络RTK数据处理软件PowerNetwork对单北斗接收机的网络RTK服务... 详细信息

近年来，国产单北斗定位终端研制与推广的需求日益增强。网络RTK技术作为北斗系统高精度定位的主要手段，已广泛应用于生产生活中的各领域。本文将利用武汉大学自主研发的网络RTK数据处理软件PowerNetwork对单北斗接收机的网络RTK服务性能进行系统分析和评估。实验以司南M300Pro单北斗接收机为例，在武汉市四个站点进行了数据采集，然后对基准站间模糊度解算、误差改正数生成和流动站用户定位三方面的服务性能进行了综合评估。结果表明，基准站间模糊度解算中三条基线的宽巷模糊度和原始模糊度残差的平均标准差均优于0.1周，能够可靠确定模糊度；在误差改正数生成中，可视卫星对的电离层延迟误差精度优于1.00cm，非弥散误差精度优于0.50cm；在流动站用户端，模糊度固定率和正确固定率分别为99.72%和96.55%，且定位精度在水平方向可达1cm，高程方向优于5cm。单北斗接收机在上述三方面的服务性能与多系统GNSS 接收机的性能并无明显差异，流动站最终定位结果能够满足高精度测绘作业的需要。

关键词：单北斗接收机网络RTK 性能评估基准站间模糊度解算流动站用户定位

基于BDS-3的陆地探测一号星间基线高精度解算方法

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武汉大学学报(信息科学版) 2024年第10期 1763-1769页

作者：张宇赵齐乐蒋科材郭向李敏武汉大学卫星导航定位技术研究中心华中科技大学精密重力测量国家重大科技基础设施华中科技大学物理学院引力中心

陆地探测一号（Lutan-1,LT-1）是中国首个L波段干涉合成孔径雷达（interferometry synthetic aperture radar,InSAR）低轨编队卫星任务，高精度的星间基线是InSAR处理和应用的关键。研究了低轨卫星编队动力学精密基线解算方法和星间双... 详细信息

陆地探测一号（Lutan-1,LT-1）是中国首个L波段干涉合成孔径雷达（interferometry synthetic aperture radar,InSAR）低轨编队卫星任务，高精度的星间基线是InSAR处理和应用的关键。研究了低轨卫星编队动力学精密基线解算方法和星间双差模糊度固定方法，并分析了LT-1 A/B双星星载北斗卫星导航系统（BeiDou satellite navigation system,BDS）(B1C、B2a)和GPS(L1、L2)在精密基线解算中的贡献。实验结果表明，与GPS相比，BDS-3的B1C和B2a观测值相位和伪距观测值残差明显更小，表明其信号精度更高。基于GPS、BDS和GPS/BDS联合解的基线重叠精度分别为0.8 mm、0.6 mm和0.5 mm,BDS基线精度比GPS提高25%，并且联合GPS/BDS可进一步提高基线精度。利用GPS和BDS解算的基线间互差精度为1 mm，表明单BDS-3系统可以实现1 mm级的低轨卫星编队精密基线确定。

关键词： B1C/B2a信号精密基线确定模糊度固定 LT-1卫星

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北斗卫星导航系统的进展、贡献与挑战

测绘学报 2010年第1期39卷 1-6页

作者：杨元喜中国卫星导航定位与应用管理中心北京100088

卫星导航发展已进入百花齐放、群星争艳的时代。主要评述我国北斗卫星导航系统的发展、应用、贡献及面临的挑战。介绍北斗卫星导航系统的建设原则和建设步骤;介绍我国北斗卫星导航系统在兼容与互操作框架下在频率、坐标系统、时间系统... 详细信息

卫星导航发展已进入百花齐放、群星争艳的时代。主要评述我国北斗卫星导航系统的发展、应用、贡献及面临的挑战。介绍北斗卫星导航系统的建设原则和建设步骤;介绍我国北斗卫星导航系统在兼容与互操作框架下在频率、坐标系统、时间系统方面的兼容与互操作实现概况;描述北斗导航系统在冗余度概念下的主要贡献;简要说明北斗导航验证系统的重要应用和面临的主要挑战。

关键词：北斗卫星导航系统进展挑战