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联合高频GNSS和强震数据快速反演四川泸定6.8级地震断层破裂特征

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地球物理学报 2023年第4期66卷 1419-1427页

作者：郑佳伟李敏方荣新吕黄晖刘经南武汉大学卫星导航定位技术研究中心武汉430079

北京时间2022年9月5日12时52分,四川甘孜藏族自治州泸定县发生6.8级地震.利用震中附近1 Hz高频GNSS观测数据获取了同震速度和位移波形,并快速测定了泸定地震的震中和震级.实验结果表明:高频GNSS反演的震中与美国地质调查局(USGS)发布的... 详细信息

北京时间2022年9月5日12时52分,四川甘孜藏族自治州泸定县发生6.8级地震.利用震中附近1 Hz高频GNSS观测数据获取了同震速度和位移波形,并快速测定了泸定地震的震中和震级.实验结果表明:高频GNSS反演的震中与美国地质调查局(USGS)发布的震中相差32 km,与中国地震台网中心发布值相差16 km;高频GNSS反演的震级,与两个机构均仅差0.1个震级单位.针对地震预警、震后快速响应等时效性应用,提出了一种联合高频GNSS和强震数据的线源破裂特征快速反演方法.泸定地震实验结果表明:在震后20 s时可获得稳定的线源模型,破裂长度、方向和破裂模式值分别为33.3 km、151°和0.6,破裂方向与USGS震源机制解断层走向相差14°,反演的断层破裂模式为双侧破裂.提出的地震断层破裂特征快速反演方法可用于地震预警、震后灾害快速评估以及紧急响应,同时可为今后联合高频GNSS和强震数据快速测定地震破裂特征提供参考.

关键词：泸定地震高频GNSS 加速度数据断层破裂特征震中震级

一种基于视觉二维码/惯性融合的室内高精度定位定姿方法

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中国惯性技术学报 2023年第11期31卷 1067-1075页

作者：牛小骥王庭蔚葛雯斐旷俭武汉大学卫星导航定位技术研究中心武汉430079

当前基于视觉二维码的定位定姿方法依赖连续清晰的图像,当图像出现丢失或模糊现象时,性能难以保证。针对这一问题,提出了一种基于视觉二维码/惯性融合的室内高精度定位定姿方法,具有成本低、灵活和便携的特点。所提方法以捷联惯导算法... 详细信息

当前基于视觉二维码的定位定姿方法依赖连续清晰的图像,当图像出现丢失或模糊现象时,性能难以保证。针对这一问题,提出了一种基于视觉二维码/惯性融合的室内高精度定位定姿方法,具有成本低、灵活和便携的特点。所提方法以捷联惯导算法为核心,通过拍摄预先布设且坐标已知的二维码(ArUco码)获得高精度的位置修正信息,并使用扩展卡尔曼滤波进行信息紧耦合。采用反向平滑算法融合二维码观测信息提升定位定姿精度,结合惯性的位姿推算能够有效地应对摄像头短暂遮挡或图像模糊等问题,提升系统的鲁棒性。实验结果表明,视觉观测出现中断时,所提方法也能够连续可靠地实现3.2 cm(RMS)的定位精度,并达到与参考系统的定姿差异优于0.1°(RMS)。

关键词：室内高精度定位定姿视觉定位定姿二维码鲁棒性

SMAG2000:一体化GNSS强震仪及其地震监测性能分析

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武汉大学学报（信息科学版） 2023年第3期48卷 443-452页

作者：曾燃耿江辉辛绍铭张琦武汉大学卫星导航定位技术研究中心武汉430079

地震监测可以帮助人们了解地震形成的机制,对地震预警也有着重要意义。结合加速度计和全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)高精度数据处理方法,利用嵌入式开发技术,研制了一体化GNSS强震仪SMAG2000用于实时地震... 详细信息

地震监测可以帮助人们了解地震形成的机制,对地震预警也有着重要意义。结合加速度计和全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)高精度数据处理方法,利用嵌入式开发技术,研制了一体化GNSS强震仪SMAG2000用于实时地震监测。该仪器具有以下特点:(1)将GNSS与加速度计数据融合,仪器没有量程限制,并可以获得永久位移。(2)通过振动台测试,对不同频率的正弦波和模拟的地震波信号,仪器测量的结果与参考值残差的标准差优于0.4 cm,相关系数大于0.99。(3)所使用的核心组件与配件均为国产,成本可控,可以在中国地震监测网实施布设,实现地震台网和大地测量台网的深度融合,响应《国家地震科技创新工程》。

关键词：实时精密单点定位数据融合地震监测

不变RTS平滑算法及其在5G/SINS组合导航中的应用研究

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武汉大学学报（信息科学版） 2024年第5期49卷 747-755页

作者：罗亚荣郭文飞齐书峰郭迟武汉大学卫星导航定位技术研究中心湖北武汉430079

为了解决导航系统的位置误差随时间累积的问题,提出一种状态空间为矩阵李群的不变RTS(invariant Rauch-Tung-Striebel,InRTS)平滑算法来提高导航状态的精度,其核心在于导航状态及观测都利用矩阵李群进行表示及推导。首先,将系统状态及... 详细信息

为了解决导航系统的位置误差随时间累积的问题,提出一种状态空间为矩阵李群的不变RTS(invariant Rauch-Tung-Striebel,InRTS)平滑算法来提高导航状态的精度,其核心在于导航状态及观测都利用矩阵李群进行表示及推导。首先,将系统状态及其误差状态微分方程用矩阵李群来表征,相比于传统扩展卡尔曼滤波算法(extended Kalman filter,EKF),将系统状态构建在矩阵李群上,其动力学方程可以更自然更本质地描述物体在空间中的运动特性,而通过群运算定义的误差状态耦合了姿态误差而不是直接的向量相减;接着,通过李群和李代数之间的对数映射将不变误差状态变量映射到李代数空间,得到一个解析的线性微分方程,该方程与当前状态估计值无关,从而可以获得在任何线性化点处状态无关的雅克比矩阵;然后,根据5G定位中量测模型的左不变特性推导包含杆臂误差的左不变误差状态量测方程,从而得到一个左不变EKF;最后,以左不变EKF为前向滤波,提出不变RTS平滑算法,并将其应用于5G/SINS(strapdown inertial navigation system)组合导航系统,在仿真实验中与左不变EKF算法进行了精度对比。实验结果表明,InRTS算法能对左不变EKF算法得到的轨迹进行平滑,降低了前向滤波过程中导航状态的累积误差,从而证明了所提算法的有效性。

关键词：左不变扩展卡尔曼滤波不变RTS平滑矩阵李群 5G/SINS组合导航

GNSS-IR潮位反演中高仰角数据质量控制方法

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武汉大学学报（信息科学版） 2024年第1期49卷 68-76页

作者：赵涛叶世榕罗歆琪夏朋飞武汉大学卫星导航定位技术研究中心湖北武汉430079

全球导航卫星系统干涉反射测量(global navigation satellite system-interferometric reflectometry,GNSS-IR)技术可利用信噪比(signal-to-noise ratio,SNR)数据包含的多路径信息反演潮位,但通常需限制仰角范围,导致可用数据量少以及时间分辨率不足。针对上述问题,提出一种数据质量控制方法,重构SNR残差序列获得仅受多路径影响的SNR序列,再设计并训练Transformer神经网络模型对数据进行分类,在潮位反演前筛除无效SNR数据,将高仰角数据纳入可用范围。实验表明,该方法可大幅度提升高仰角数据有效率,将反演站点的可用数据仰角范围扩展至5°~30°,从而显著提升可用数据量和潮位反演值的时间分辨率,对利用GNSS-IR技术的海啸、风暴潮实时监测等应用和长期海平面变化等海洋研究具有重要意义。

关键词： GNSS干涉反射测量潮位监测 Transformer模型数据质量控制高仰角

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北斗三号系统信号质量分析及轨道精度验证

武汉大学学报（信息科学版） 2023年第4期48卷 611-619页

作者：王西龙许小龙赵齐乐武汉大学卫星导航定位技术研究中心湖北武汉430079

北斗三号卫星导航系统(BeiDou-3 navigation satellite system,BDS-3)的信号体制经过重新设计,提供B1I、B3I、B1C、B2a以及B2b 5个频点的公开服务信号。从伪距多路径、信噪比、无几何无电离层相位组合(geometry-free ionosphere-free phase combination,GFIFP)观测值特性等方面,对BDS-3卫星公开服务信号的观测数据质量进行分析评估。结果表明,BDS-3卫星信号的多路径噪声水平优于北斗二号系统卫星,且未发现与高度角相关的系统偏差,B1C受多路径及噪声的影响更为显著;不同信号组合的GFIFP序列都呈现出与卫星相关的周期性系统误差,峰值约为2 cm。对BDS-3卫星采用“一步法”精密定轨,分别采用B1I&B3I与B1C&B2a的双频无电离层组合,使用轨道边界不连续性以及卫星激光测距进行轨道精度检核,结果表明,在可用观测数少于B1I&B3I的情况下,B1C&B2a解算的轨道精度达到与B1I&B3I相当的水平,轨道径向的内符合精度分别为6.1 cm、6.6 cm。

关键词：北斗三号观测值质量分析无几何无电离层组合精密定轨

GNSS接收机伪距偏差确定方法及其对定位的影响

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武汉大学学报（信息科学版） 2023年第7期48卷 1134-1145页

作者：耿涛李钟兴谢新马壮赵齐乐武汉大学卫星导航定位技术研究中心湖北武汉430079

全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)接收机伪距偏差是指卫星导航信号非理想特征导致的不同接收机的伪距测量常数偏差。研究表明,接收机伪距偏差无法被钟差参数吸收,将影响GNSS精密应用。选取了多GNSS实验全球... 详细信息

全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)接收机伪距偏差是指卫星导航信号非理想特征导致的不同接收机的伪距测量常数偏差。研究表明,接收机伪距偏差无法被钟差参数吸收,将影响GNSS精密应用。选取了多GNSS实验全球跟踪网的9条零/短基线,将基线按照接收机类型分为3组,即相同厂商相同型号、不同厂商以及相同厂商不同型号,通过双差法确定了每组基线GPS/北斗卫星导航系统(Bei Dou satellite navigation system,BDS)/伽利略卫星导航系统(Galileo satellite navigation system,Galileo)的接收机伪距偏差,并分析了接收机伪距偏差的稳定性及其对整周模糊度解算和伪距相对定位的影响。结果表明,不同厂商接收机构成的基线,伪距偏差可达160cm,即使同一厂商不同型号的接收机间也存在不可忽略的伪距偏差;对于GPS、BDS和Galileo,Galileo伪距偏差最小,BDS伪距偏差最大。此外,接收机伪距偏差具有良好的稳定性,60d标准差不超过12cm。接收机伪距偏差改正后,GPS、BDS、Galileo双差宽巷Melbourne-Wubbena组合非整周部分均方根分别降低了17%、22%、14%,GPS、BDS、Galileo伪距相对定位三维误差分别从84.4、77.3、60.0cm降低到80.1、72.1、57.0cm。

关键词：接收机伪距偏差零/短基线模糊度解算 MW组合伪距相对定位

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实时水声抗多普勒信道均衡技术

武汉大学学报（信息科学版） 2023年第12期48卷 2082-2091页

作者：韩震江鹏张宇张峰瑞罗亚荣付重阳武汉大学卫星导航定位技术研究中心湖北武汉430079

针对水声通信中,尤其是长帧情况下将残余多普勒视为载波频偏将会导致均衡器逐渐发散,提出了一种基于法罗(Farrow)插值结构的分数阶判决反馈均衡器,以对抗水声通信中的残余多普勒引起的均衡器发散问题;低功耗硬件平台算力有限,将快速递... 详细信息

针对水声通信中,尤其是长帧情况下将残余多普勒视为载波频偏将会导致均衡器逐渐发散,提出了一种基于法罗(Farrow)插值结构的分数阶判决反馈均衡器,以对抗水声通信中的残余多普勒引起的均衡器发散问题;低功耗硬件平台算力有限,将快速递归最小二乘算法应用于均衡器系数迭代过程,使得其信道跟踪性能与算法复杂度有较好折中。仿真表明该方法能够对抗时变多普勒水声信道,能够满足硬件平台实时处理;湖上实验验证了该方法能够在夏季恶劣水声信道环境下实现实时水声通信,在500 m距离实时水声通信的误比特率为7.95×10-5,在1000 m距离实时水声通信的误比特率为3.03×10-4,满足实际工程应用的需求。

关键词：水声通信 Farrow插值多普勒补偿递归最小二乘信道均衡

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广域瞬时厘米级精密单点定位和服务系统

武汉大学学报（信息科学版） 2023年第7期48卷 1058-1069页

作者：赵齐乐陶钧郭靖陈国许小龙张强张高舰徐胜意李俊强武汉大学卫星导航定位技术研究中心湖北武汉430079

精密单点定位技术(precise point positioning,PPP)虽可以提供全球厘米级定位,但是需要数十分钟实现收敛,而PPP-实时动态定位(real-timekinematic,RTK)则依赖区域参考站以提供大气延迟改正信息,限制了系统服务范围。实现了一种多频多模... 详细信息

精密单点定位技术(precise point positioning,PPP)虽可以提供全球厘米级定位,但是需要数十分钟实现收敛,而PPP-实时动态定位(real-timekinematic,RTK)则依赖区域参考站以提供大气延迟改正信息,限制了系统服务范围。实现了一种多频多模观测值PPP方法,仅需要卫星轨道、钟差和信号偏差即可实现全球范围内的瞬时厘米级定位,解决了PPP收敛慢、PPP-RTK服务范围有限和成本高的难题。结合现有星基增强改正数编码和播发方式,构建了一个兼容北斗PPP-B2b服务的广域瞬时厘米级服务系统,并评估了其轨道、钟差和信号偏差等增强信息精度。中国区域静态和车载动态数据验证结果表明,该系统可以95%的置信率在1min内实现厘米级精密定位,可满足自动驾驶等领域对快速、高精度和高可信定位的需求。

关键词：精密单点定位瞬时厘米级定位信号偏差北斗PPP-B2b 星基增强