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[硕士论文] 肖明
测绘工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:本文结合GNSS网的空间无约束平差,对基于方差膨胀模型的相关抗差估计理论及应用做了一些探讨,论文所做工作概括如下:
  1.GNSS网空间无约束平差理论研究以及程序实现。阐述了无约束平差的作用,介绍了GNSS空间无约束平差数学模型以及平差结果的精度评定。利用C++程序语言对平差模型进行程序设计,程序实现了基线文件的读取与存储、GNSS网无约束平差误差方程的自动列写以及平差计算与成果输出。
  2.推导了观测值误差对平差改正数的影响模型,针对独立观测量阐述了M估计理论以及等价权原理,在此基础上,介绍了抗差M估计理论,最后列举了常用的抗差估计等价权函数模型,并通过一个实例对比分析了各种等价权模型的抗差效果。实验结果表明,IGG方案较于其他抗差方案具有更好的探测和抵抗粗差的能力。
  3.介绍了基于等价权的相关抗差估计模型,重点分析了其在相关观测量抗差估计过程中存在的不足。阐述了基于方差膨胀模型的相关抗差估计模型,针对基于等价权的相关抗差估计模型中存在的不足,基于方差膨胀模型构建了一个新的相关观测量抗差估计模型,模型能够较好的解决基于等价权的相关抗差估计模型中出现的权矩阵不对称等问题,并在迭代计算中使用稳健性较强中位数计算单位权中误差,使得标准化残差计算更具抗差性。
  4.相关观测量抗差估计模型程序实现。利用C++程序语言将相关观测量的抗差估计模型嵌入GNSS网的无约束平差程序中。
  5.通过一实测GNSS网,通过人为加入符号和大小不同的两组粗差的方式,对比本文构建的模型和最小二乘以及RECO方案,在验后单位权方差、观测值改正数与无粗差改正数差值、坐标平差值中误差、平差坐标偏离四个方面,比较各方案的平差结果。实验结果表明,在粗差不显著时,本文建立的模型能与最小二乘平差得到较为一致的平差结果;在粗差显著(加入粗差)时,最小二乘受粗差影响较大,平差结果严重扭曲,RECO方案与本文所构建的模型都能够较好的识别和抵抗粗差。
[硕士论文] 王涛
大地测量学与测量工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:GNSS组合单点定位中,普遍采用经典最小二乘作为数据平差模型;然而,定位线性化方程系数中包含了观测误差,利用经典最小二乘法是无法顾及系数矩阵误差对最终定位结果的影响。因此,本文主要从总体最小二乘角度出发,研究顾及系数矩阵误差条件下,优化GNSS组合单点定位数学模型,旨在提高组合定位算法的稳健性和可靠性。
  本文主要研究内容和结论如下:
  1.基于总体最小二乘理论,以矩阵迭代允解为基础,研究并建立了GNSS组合单点定位总体最小二乘函数模型;基于GNSS组合定位中粗差及异常观测值的探测,提出了综合增广矩阵最小奇异值分解、残差统计分析对观测值进行重构的方法;同时,设计了GNSS多系统组合的时间系统与坐标系统统—理论与GNSS卫星坐标计算方法基础上的组合的主体方案。
  2.基于奇异值分解原理,从理论上分析了总体最小二乘的基本思想;针对混合最小二乘问题,基于矩阵OR分解原理和约化分解方法推导了混合最小二乘的解算方法;分析了总体最小二乘与普通最小二乘的差异,证明了经典最小二乘是总体最小二乘的—种特殊形式,总体最小二乘为经典最小二乘的扩展。
  3.最后基于本文提出的理论与方法,编程实现了基于VC++的GNSS组合LS/TLS标准单点定位程序,通过大量实验对算法进行验证。
  最后,对比了香港、内蒙古地区GPS、BDS定位精度,和最小二乘、总体最小二乘算法优劣性。利用实验,得出总体最小二乘在数据异常值较多时优于最小二乘;多系统定位精度、稳定性要优于单系统;BDS在现阶段香港地区定位精度略好于内蒙古。
[硕士论文] 杜文选
大地测量学与测量工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:随着全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)在科学、军事以及商用领域的不断发展,高精度导航定位应用愈加广泛。网络RTK(Network Real Time Kinematic,NRTK)技术作为GNSS新一代的高精度定位技术,克服了常规RTK技术的缺陷,拓展了定位的作用距离,其定位结果和可靠性都得到了很大提高。虚拟参考站(Virtual Reference Station,VRS)技术是网络RTK中一种比较成熟的、可实时提供高精度导航定位信息的技术,主要优点为覆盖范围广,定位精度高,可靠性强,该技术逐渐成为精密定位研究的一个热点。本文围绕基于GNSS的VRS算法技术进行研究,论文的主要内容包括如下几个方面:
  (1)首先,本文研究了基于GPS/BDS的系统融合的时间系统与坐标系统统一理论,重点介绍了融合系统的非差与双差定位模型,卫星高度角定权模型,对流层误差改正模型、电离层误差改正模型等。
  (2)介绍了整周模糊度固定基本理论,详细研究单历元整周模糊度解算技术,并针对VRS技术中参考基准站间模糊度解算以及主参考站与流动站间整周模糊度的解算方法进行了研究。
  (3)详细研究了基准站网的区域内插模型,分别比较LCM算法、LIM算法、LSM算法以及DIM算法四种区域内插模型对电离层和对流层等大气相关误差内插改正的效果和精度,选择最合适的内插模型改正虚拟参考站区域的误差,并根据改正信息生成虚拟参考站观测值,用于流动站的定位计算。
  (4)本文详细介绍了VRS算法技术的原理,采用文中所述VRS算法自主开发了VRS后处理定位程序,并采用开发的VRS定位程序处理接收机实测数据,结果分析得出在东方向与北方向定位精度可以达到1~3cm,在高程方向精度高于10cm,总体表明基于GNSS的VRS算法技术可以实现厘米级高精度定位。
[硕士论文] 苏迪
测绘工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:坐标转换是测量工作中常见问题,大地测量、工程测量、摄影测量与遥感等都会用到坐标转换,常用坐标转换模型主要依据最小二乘准则进行平差约束。随着测绘数据处理理论的深入研究,能够同时考虑观测值误差以及系数阵中误差的整体最小二乘平差模型就被提出来,并发展出Partial-EIV模型、Gauss-Helmert模型的TLS等;TLS的解算方法:奇异值分解法,拉格朗日函数法等;坐标转换参数的求解,在TLS平差准则下得到了发展。本文通过列举算例比较了LS以及TLS的几种解法,讨论了其优劣。坐标转换方面讨论了LS、TLS、WTLS等几种平差算法,并进行了精度比较。
  最小二乘准则是测量数据处理过程中常用方法,它在参数计算估计时具有良好效果。对于数学模型平差计算之前,如果观测数据中含有粗差,最小二乘平差结果会出现比较严重的变形,其优良效果也会大打折扣。因此,如何正确找出粗差就比较关键了。因而可靠性理论的研究非常有必要,其主要包括内部可靠性和外部可靠性。本文主要针对EIV模型的整体最小二乘可靠性进行研究,通过误差传播规律求解协因数阵,以及单个备选假设下对于粗差值的假设检验;由于EIV模型考虑了系数矩阵中可能存在粗差,其可靠性的多余观测值分布在系数矩阵和观测值向量中,根据各数据受到约束条件强弱不同,各数据所占的多余观测值大小不同;对应的可控性数值与观测值成反比的关系。可控性数值可以作为描述内部可靠性大小的一个度量标准,其主要是与中误差倍数有关,反映了粗差下界值与中误差倍数的关系。根据实例证明,一般内部可靠性可控性数值至少是其中误差的3.5倍到5倍左右,这与常见的粗差值的最小情况比较相符。内可靠性粗差的下界值与可控性值成正比,其与中误差也成倍数关系。通过实验对比G-M模型与EIV模型可靠性计算结果,验证了EIV模型可靠性的可行性。
[硕士论文] 徐炜
大地测量学与测量工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:随着美国GPS系统的现代化、俄罗斯GLONASS系统的回归、欧盟GALILEO系统的组建、我国BDS-3系统面向全球的组网,GNSS多系统组合定位将是未来导航定位的必然趋势,多系统的数据融合也成为GNSS组合基线解算中的关键技术之一。基线解算技术在GNSS定位中具有不可替代的地位,可获得高精度的定位结果,已广泛应用于国防、工程测量、变形监测、交通等各个领域。而GNSS中长基线解算更具有广阔的应用前景,各省市建立的高铁、大型跨海跨江大桥、特大隧道工程控制网都有中长基线解算的需求。实现GPS/BDS组合的中长基线解算将可改善单系统定位脆弱的问题,保证定位解算结果的准确性,具有重要的理论意义与工程应用价值,并将有利于我国BDS系统的推广与应用。本文的主要研究内容及结论包括:
  1.针对GPS系统、BDS系统在时间与坐标系统间的差异,对GPS/BDS组合定位中的时空基准统一理论进行了相应研究,在推导出GPS卫星与BDS卫星坐标计算方法的基础上,进一步提出了GPS/BDS组合定位的主体方案。
  2.研究了GPS/BDS组合定位的非差、单差、双差、宽窄巷、无电离层组合等数学模型和卫星高度角定权、信噪比定权、验后方差定权的随机模型,并对与卫星有关、与传播路径有关、与接收机有关的误差源及其改正方法进行了分析。
  3.实现了对GNSS中长基线解算中的一些关键问题的研究,主要包括:利用电离层残差法与M-W组合法联合进行周跳探测与修复的技术,在固定宽巷模糊度的基础上构建无电离层组合模型,并基于Kalman滤波实现基础模糊度浮点解的解算技术,以及利用LAMBDA算法实现基础模糊度固定的技术等。
  4.基于C++平台结合面向对象的理念,根据文中的算法开发出一套集GPS、BDS系及其组合系统的中长基线数据处理软件,并以香港CORS网及三维移动变形平台实测数据为例,对算法进行了验证。计算结果表明,香港CORS网28.1km基线的RMS值在X、Y方向优于13.0mm,Z方向优于18.0mm,49.9km基线的RMS值在X、Y方向优于16.0mm,Z方向优于25.0mm;三维移动平台20.8km、45.5km、63.6km六条基线各系统X、Y、Z三个方向的RMS值均优于3.0cm,三维移动变形距离中误差均优于24.3mm,相对中误差优于1/55.8。
[硕士论文] 张成龙
测绘工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:在建构筑物的施工建设及运营管理阶段,为掌握监测目标的形变情况,及时发现形变信息,需要进行变形监测。而随着GPS(Global Positioning System,GPS)现代化进程的加快,我国BDS(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)卫星的相继发射以及俄罗斯GLONASS(Global Navigation Satellite System,GLONASS)系统的重建,借助于GNSS(Global Navigation Satellite System,GNSS)全天候、定位精度高并且无需通视的优点,多系统组合GNSS观测在变形监测中被广泛的运用。GNSS多系统组合观测系统数目的增多,可见卫星的数量、卫星的几何结构等相对于单GPS系统有明显的改进。但短距离变形监测的主要误差,多路径误差却没有任何改善,因此探究削弱GNSS多系统多路径误差的方法,对于提高变形监测结果精度具有十分重要的意义。本文主要从以下几个方面进行了研究。
  (1)研究多路径误差产生的原理,并推导多路径误差与反射距离之间的函数关系,得出当反射距离超过50m时多路径误差已基本可以忽略不计;对不同系统动态变形监测数据进行傅立叶变换,分析不同系统多路径误差的频谱特性,验证了多路径误差主要表现为低频性;通过广播星历法与相关系数法计算多路径误差的周日重复性,验证单一系统多路径误差具有较强的周日重复性,并且相关系数法得到的重复周期相较于广播星历法更为可靠。从而得出多系统组合后多路径误差基本不具有周日重复性,恒星日滤波的方法也不再适用的结论,因此需寻找消除GNSS多系统多路径误差的方法。
  (2)对GPS动态变形监测的恒星日滤波方法进行升级,引入一种改进的集合经验模式分解方法(Improved Ensemble Empirical Mode Decomposition,IEEMD),进行多路径误差的建模。与EEMD(Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD)方法相比较,新方法可以有效地克服模态分量数目不一致和分解不彻底等问题。并利用包含高斯白噪声的模态分量,其能量密度与平均周期之积为常数的特性,设计一种的尺度提取方法,对模态分量进行选择和重构多路径误差。在此基础上,采用恒星日滤波技术,进行临近周日GPS坐标序列中多路径误差的实时削弱。实验结果表明:采用同样的尺度选择方法和恒星日滤波技术,采用IEEMD方法可以得到比EEMD方法更高精度的GPS坐标序列,一定程度上完善了GPS恒星日滤波方法。
  (3)GNSS多系统组合造成多路径误差的叠加,使得利用周日重复性进行多路径误差的建模消除的难度增大。因此从机器学习全新的角度对GNSS多路径误差的消除进行研究,提出基于机器学习的GNSS多系统多路径误差的挖掘与削弱,采用使用广泛,较为基础的BP(Back Propagation,BP)神经网络作为基本网络。进行变形监测观测数据中的多路径误差规律的学习,建立GNSS多路径误差神经网络模型,达到消除GNSS多系统多路径误差的目的。实验结果表明,针对GNSS三系统组合多路径误差,该方法的改善效果可达到51.18%;相较于GPS恒星日滤波,可以得到与恒星日滤波同等精度的改善效果;并且在任意系统组合多路径误差中,改善情况最好的方向也达到了39.58%。
[硕士论文] 张诚
大地测量学与测量工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:地壳与地幔之间的全球性分界面被称为Moho面,Moho面深度即地壳厚度是地球物理学领域研究的重点之一,诸多国内外学者致力于获取更准确的地壳厚度结果。
  目前已存在一些反演地壳厚度的方法和全球地壳模型,常用的方法流程是先提取Moho界面的扰动信息,再利用单一界面反演公式得到地壳厚度结果,所用到的扰动信息需要通过对扰动重力逐步剥离计算获得,其中地形改正对结果影响最大,小范围内的地形改正可以当作平面计算,主要采用棱柱体分化质量,但是进行大范围及全球范围内的地形改正时,要考虑到地球曲率的影响。基于以上问题,本文的主要研究内容如下:
  1.为了解决大区域地形正演的球面曲率误差问题,地形改正采用Tesseroid单元体可以更好地拟合地形,在球坐标系下的球谐谱公式也只是展开到三次项的近似计算,所以本文通过把球坐标系下牛顿积分公式在极坐标系中表示,该方法具有完全解析的准确表达式以及可与球坐标系进行严格球面转换的优势,该方法避免了地形重构,选取0°~60°N,60°~150°E的中国及其邻近区域为实验区对比验证。
  2.Moho反演属于层面反演的范畴,属于重力反问题的一种,许多专家学者对层面反演做过深入研究,给出了相应的反演公式,本文反演中国及其邻近区域地壳厚度采用了空间域公式,形式较为简单,提高了计算效率,中国及其邻近区域选取范围为0°~60°N,60°~150°E,将结果与GEMMA Moho模型结果对比分析。
[硕士论文] 谢皓
检测技术与自动化装置 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:在北斗卫星短基线差分定位中,多路径效应和周跳是影响定位精度的主要因素。由于多路径效应属于随机误差,难以通过常规差分手段和数学建模方法消除,本文针对短基线差分定位过程中的这一技术难题,采用数据后处理方式,将经验小波变换EWT这一新型非线性非平稳信号处理算法运用到多路径效应的抑制中,并结合改进差分法对北斗卫星短基线定位过程中的周跳进行探测与修复。通过实际搭建北斗短基线硬件观测平台,采集观测数据对本文提出方法的实际效果进行验证,与目前学术上常用的定位数据后处理方法经验模态分解EMD和集成模态分解EEMD作对比,为北斗数据后处理提供了一种新思路。
  本文研究了经验小波变换EWT的基础理论,系统介绍了非线性非平稳信号滤波方法的发展历程,阐述了EMD和EEMD的基本原理和算法流程。制定了EWT算法的频谱划分方法并构建了经验小波滤波器组,模拟了两类典型的非线性非平稳信号作对比实验,仿真结果表明,对于频谱分量混叠较少的信号,EWT相比EEMD能更好地提取出物理意义清晰的模态分量,滤波效果和计算时间优于EEMD。
  针对北斗卫星精确定位过程中,出现的周跳问题,本文阐述了周跳的定义和产生原因,介绍了差分探测法、相位减伪距法和宽巷相位减窄巷伪距法探测周跳的基本原理,通过北斗卫星精确定位数据对上述三类周跳探测法的有效性和适用范围进行验证;根据北斗观测数据的特征,对上述三类方法进行改进,提高了周跳探测的成功率。
  由北斗接收天线、ATGM332D双模定位模块和Arduino Mega2560单片机搭建北斗卫星短基线双路采样硬件平台,对实测北斗卫星短基线定位数据,先采用本文的改进差分法进行周跳探测和修复,再将周跳修复后的数据采用EWT算法进行多路径效应抑制。实验结果表明,本文提出的方法降低了约43%左右的多路径误差,并有效探测与修复了实测定位数据中的周跳。最后,模拟了变形监测实验,仿真结果表明EWT算法适用于1~10Hz左右的变形监测场景。
[硕士论文] 冯家政
仪器仪表工程 东南大学 2017(学位年度)
摘要:随着不动产统一登记调查制度的实行,进一步明确不动产实地调查的测量操作规范是亟待完成的任务。本文基于一种新的高精度不动产实地测量系统,开展外业测量技术研究,为不动产实地调查内业工作提供多种类高精度测量信息。高精度不动产实地测量系统包括光纤惯性测量单元、GPS、调平转位机构、水平倾角测量仪和激光测距模块。针对外业测量环境复杂多变的问题,结合不动产外业测量过程“随停随测”的特点,借助高精度不动产实地测量系统中的多种测量单元提供的信息,开展相关研究,具体工作如下:
  第一,不动产测量系统外业作业流程设计。研究并完善不动产实地调查总体作业方案,明确外业内业区别;结合系统装备功能描述,分析多种测量手段在卫星信号良好以及卫星信号缺失两种测量环境下的适应性,设计外业测量方案。
  第二,外业测量传感器信息预处理技术研究。首先分析外业测量过程中,惯性测量系统在低角速率情况下光纤陀螺标度因数非线性对姿态误差的影响,然后针对外业测量低动态以及事后数据处理特点,设计了分段标定方法,解决了光纤陀螺低角速率段非线性较差的问题;最后结合实际系统,给出了标定出测量系统安装误差、零偏等惯性器件参数的实验辨识方法。
  第三,不动产外业测量操作规范设计。分析测量过程中需要用到的惯性器件参数标定、四位置对准、测量过程中辅助点位选取以及逆向解算等技术,通过仿真实验的方法确定初始点位停留时间、行进中停留点位的选取方法,为编制不动产外业测量操作规范提供技术依据。
  本文设计了不动产测量系统外业作业流程,开展了外业测量传感器信息预处理技术研究,分析了多种外业测量技术,研究表明,针对不动产测量的分段标定技术是有效的,外业测量技术为测量过程提供技术依据,可在此基础上编制不动产外业测量操作规范。
[硕士论文] 刘赋山
电子与通信工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:随着各大GNSS的不断向前发展与完善,各GNSS同一历元的可见星数目逐渐增多,多星座GNSS将各个GNSS统一起来,使得可见星数上的优势进一步得到扩大。相比单星座GNSS,多星座GNSS因其更高的定位精度、更广的覆盖性和更好的可靠性已然成为当前的研究热点,也是GNSS未来发展的必然趋势。
  多星座 GNSS因其可见星数上的优势固然能提供更好的位置服务,但可见星数的增加也直接导致接收机所需处理的 GNSS信息量成倍增加,随之而来的结果就是接收机运算量成倍增加和定位实时性的下降。因此,在多星座 GNSS应用场景中,如何在保证一定定位精度的前提下多方面的减少 GNSS信息处理计算量,进而提高多星座GNSS信息处理实时性是当前迫切需要解决的问题。
  本论文以提高多星座GNSS信息处理实时性并完成多星座GNSS实时信息处理板的设计与实现为目的,首先对多星座 GNSS信息处理流程进行介绍并就各单星座GNSS系统和单双星座GNSS系统之间的信息处理结果进行仿真对比分析,然后就多星座GNSS信息处理实时性改进方法进行深入研究,最后对多星座GNSS实时信息处理板进行设计与实现,主要研究成果如下:
  (1)、研究了各个 GNSS的定位性能与区域覆盖性。利用全球各个不同观测站数据进行仿真研究后可得,不同GNSS的区域覆盖重心不同,不同区域相同GNSS的定位精度也不同。双星座GNSS系统相比单星座GNSS系统在可见星数上优势较大,定位精度更高,各双星座GNSS系统间定位效果不同。
  (2)、研究并实现了对多星座GNSS信息处理实时性的改进。本文为减少GNSS信息处理计算量和提高 GNSS信息处理实时性分别采用和提出了共两种算法。一种用于减少GLONASS卫星位置方面的计算量,另一种用于实现多星座GNSS快速选星,两种算法均能在不同程度上减少一定的计算量,均为多星座 GNSS实时信息处理板的设计与实现提供了有利条件。
  (3)、完成了多星座 GNSS实时信息处理板软硬件方面的设计与实现。最后通过分析其实时数据处理和观测站数据处理测试结果后发现,实时数据处理时能快速完成信息处理并显示定位结果,观测站数据处理时计算效率明显优于 Matlab,且两种场景下均能保证一定的定位精度,是满足要求的设计。
[硕士论文] 王雪艳
电子与通信工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:随着无线通信、卫星导航定位等技术的迅猛发展,人类越来越重视对电离层的研究。全球导航卫星系统(GNSS)出现后,由于它在探测电离层时有着传统技术无法比拟的优点,便成为研究电离层的最重要的工具,在GNSS中,应用最广泛又最具代表性的为全球定位系统GPS。本论文重点研究了利用GPS实现电离层三维层析和利用ARMA模型预报TEC时间序列方法,最后设计了电离层的监视与预警系统。本论文主要工作有四部分:
  1、研究了电离层的重要参数TEC。分析电离层折射指数,推导出GPS信号在电离层中的延迟,然后给出GPS的基本观测方程,并详细推导出利用GPS双频信号求解VTEC的方程。接着详细分析了求解TEC过程中的重要的步骤,如:周跳的探测、载波相位平滑伪距、计算卫星位置。然后对电离层研究中常用的延迟模型做介绍并进行对比。由于硬件延迟是GPS测量TEC最大的误差源,所以本文又研究了硬件延迟的求解方法。最后选取几个测站对TEC进行反演,并将结果与IGS电离层产品作对比,证明了TEC的求解是正确的且精度很高。
  2、研究了基于GPS的电离层三维层析技术。首先介绍电离层层析技术原理。分析了层析矩阵A秩亏问题,介绍了层析技术中常用的三种迭代算法并进行对比,并从IRI模型中获取电子密度作为迭代算法的初始值。最后,本文选取欧洲地区的数据,进行区域电离层层析模拟。
  3、对利用ARMA模型方法预报电离层TEC进行了研究。首先详细介绍了时间序列建模步骤,对于VTEC时间序列,需要对其进行预处理。然后通过实测数据,建立ARMA模型并进行预报,验证利用ARMA模型对VTEC时间序列进行预报的可行性。
  4、提出利用MATLAB GUI,设计并开发了基于电离层的地面监测与预警系统。对系统进行概述,然后介绍了系统的总体结构设计和各个模块的设计方法。接着介绍了系统是如何实现的,并运用实例对系统进行测试。
[硕士论文] 申庆辉
电子与通信工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:随着移动互联网行业的迅猛发展,近年来可穿戴设备越发受到大众的欢迎。可穿戴设备逐渐深入到协助人们管理时间和轨迹、优化健身和健康、生活管理等各个方面,让互联网的普适化走上新的台阶。而且随着近几年来定位技术大规模商业化的发展,基于位置的服务(LBS)已经越来越引人关注,成为新兴的移动互联网产业,并得到了快速的发展,而如何确定用户的位置是实现LBS的关键所在。
  目前,基于传统的全球定位技术(GPS)和基站辅助定位技术已经在可穿戴设备上得到了广泛应用。但是由于卫星定位系统自身的技术特点,当人们在开阔的室外环境下时,GPS全球定位系统可提供较精确的定位服务。而在高楼密集的复杂城市环境下和建筑物内部,由于可穿戴设备无法感知GPS卫星信号,从而无法在这些场景中实现定位。但是这些场景都是人们的生活息息相关的,给人们的生活和工作带来了极大的不便。所以人们迫切的希望能有一款智能可穿戴设备可以提供无时无刻、无处不在的位置服务,即泛在位置服务,使人们不在“迷失”在复杂的环境下。因此室内外无缝定位技术的研究越来越成为定位领域的热点和难点。
  本课题在综合研究全球定位系统、捷联惯性导航系统在室内外定位时的优缺点,提出了一种基于IMU/GPS/磁力计的室内外无缝导航定位系统,该系统将惯性传感器(陀螺仪、加速度计)、GPS、磁力计有效结合起来,取长补短,充分发挥各自的定位技术优势,从而实现室内外环境下的无缝导航定位。
  论文的主要研究内容和创新如下:
  1、本课题首先对捷联惯性导航系统、全球定位导航系统的技术原理分别进行了详细的分析,进而对GPS/SINS组合导航定位系统进行了深入研究并对其建模。在工程背景下,针对户外行人运动时,当GPS短时失效的情况下,提出了加入三轴姿态角作为外部观测量的不完全约束条件来改善惯导单独解算时的误差积累,并对上述两种算法分别进行仿真验证了其正确性。
  2、针对在室内进行导航定位时,由于GPS信号完全失效,在传统的行人航迹推算算法(PDR)的基础上,提出了一种基于扩展卡尔曼滤波器和对行人脚部站姿状态的检测算法并且同时采用零速度修正(ZUPT)算法和零角速率修正(ZARU)来辅助IMU进行姿态、位置、速度的实时修正的最优估计行人航位推算算法,本文称该算法为INS-EKF-ZUPT+,简写为IEZ+。并且通过多次行人室内行走实验和仿真表明,基于IEZ+方案确实要比基于IEZ方案可以提供室内更高的位置精度。
  3、构建了基于ARM为核心处理器的IMU/GPS/磁力计的泛在无缝导航定位系统的整体硬件架构设计以及相应的嵌入式软件体系架构设计;
  4、对泛在无缝定位时的自动切换策略进行了研究。由于卫星的运行或用户的移动,使用户接收到的卫星数目或无线接入点发生变化的情况,此时就需要进行切换定位模式,从而实现定位模式切换的平稳过渡;
  5、重点讨论了组合导航系统中的时间同步问题,并提出了一种可行的时间同步方法,然后基于ARM设计完成了GPS/SINS时间同步系统;
  6、实验测试与结果分析。即对本系统搭建的硬件平台和相应的系统软件平台进行实地全面的测试,并对各部分的测试结果进行详细的分析。验证系统能否在复杂城市环境下和室内环境下进行正确的导航定位,以及环境变化时,自动实现定位模式的切换。
[硕士论文] 孙振维
集成电路工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:在当今世界,全球导航卫星系统主要分为:美国的GPS导航系统、俄罗斯的GLONASS导航系统和欧盟的GALILEO导航系统以及中国的“北斗”导航系统。
  全球定位系统(Global Positioning System,缩写GPS),是美国第二代卫星导航系统,是在子午仪卫星导航系统的基础上发展起来的,它采纳了子午仪系统的成功经验。它已经在地质勘探、交通运输、航天航空、国防军事等领域发挥着越来越重要的作用。由于国外技术的封锁,国内对于GPS接收机的发展起步晚,并且发展相对较慢,尤其是在航空航天、军事应用等领域,需要适应各种场景,特别是在高动态和高精度的场景。因此,对高动态高精度GPS接收机的设计有极其重要的意义。
  针对高动态高精度GPS接收机的设计,首先本论文简单介绍了GPS导航系统的组成和GPS信号的相关特性,然后从总体上设计出了接收机的架构,对硬件电路进行了详细的研究,通过采用PLL和FLL相结合的方法对高动态环境下GPS信号的码跟踪环路进行了优化,采用优化后的载波相位平滑伪距的算法改善了定位精度,最后对其进行了设计实现并进行了测试,高动态高精度GPS接收机的性能指标满足要求。
[硕士论文] 何赟
工程计算机技术 长安大学 2017(学位年度)
摘要:公交车精密定位是智能交通领域中待解决的一个问题。目前车辆定位主要靠卫星定位技术例如GPS或北斗完成,但是在复杂的城市环境中,很多时候会接收不到卫星信号,导致定位无法进行,同时由于车辆的高动态特性,其瞬时定位精度也不高。有大量的研究来试图解决上述问题即提高车辆定位的准确度和精确度,但采用的技术往往会使得车载定位设备的复杂度和成本大大增加,例如目前常用的车载导航设备往往是融合了卫星导航、惯性导航及IGS技术等的设备。
  本文基于公交车的网络分布特征和目前蓝牙4.0无线组网技术的低成本、便捷性及蓝牙设备间的可测距等特征,将公交车的卫星导航数据和蓝牙设备给出的车辆之间的相对距离数据进行融合,解决城市中公交车的精密定位。进一步,本文提出了一种更加便捷和高效的公交车之间的测距技术,一种单向式微波测距技术实现高精度快速车-车测距,对实现整个系统的精密时频同步,实现信号的有序发射和测量,系统取得高精度的原理等关键技术进行了设计和分析论证。借助于路网的固定性,提出了二级同步机制。首先应用有线时频同步技术、数字锁相技术和搬运钟方法解决了路网上信号机的精密同步,进一步通过对路网上车辆是否到达指定位置进行探测,实现了车辆与信号机之间的精密同步,并在此之上实现了车车之间的同步。设计了时分的信号发射模式和相应的测距信号格式。与目前的反射式微波测距或者激光测距系统进行了比较并指出了该系统的优势和特点。本文的研究内容对于其它类似定位问题例如动态分布式网络中的节点定位也有参考价值。
[硕士论文] 翁信文
大地测量学与测量工程 安徽理工大学 2017(学位年度)
摘要:随着我国北斗导航系统不断的发展并走向成熟,利用北斗进行卫星定位逐渐成为当今定位的主要方式之一,并在国防建设、工程施工及城市交通等领域得到了广泛的应用。目前,多系统组合定位越来越成为GNSS卫星导航定位主要发展趋势之一,GPS/BDS进行组合定位相较于单系统定位可获得更多的观测卫星,组成更好的卫星布局,提高卫星定位精度。实时动态定位(RTK)是目前动态定位的重要定位方式,在没有实时要求的情况下,可将采集到的实验数据带回室内,进行事后动态数据处理。
  本文对GPS/BDS组合后处理动态定位的算法和程序进行了详细的研究,重点研究了GPS/BDS系统融合问题和整周模糊度的解算方法及策略,并用自编程序对实测数据进行了解算和分析。
  本文主要研究工作和结论如下:
  (1)本文在GPS和BDS卫星广播星历的基础上对GPS和BDS时间系统和坐标系统进行统一,研究了GPS/BDS组合相对定位的函数模型,在组合单差、双差数学模型的基础上对卫星定位存在的误差进行详细分析和改正。
  (2)分析了周跳探测的一些基本方法和双差模糊度的解算问题。在GPS/BDS组合动态定位中,利用电离层残差和M-W组合法进行周跳探测,LAMBDA算法求解整周模糊度,卡尔曼滤波算法进行动态定位。
  (3)利用文中算法开发出一套GPS/BDS组合动态事后数据处理的软件,通过实验分析了得出GPS/BDS组合系统定位的精度要高于单系统定位,且GPS/BDS组合动态定位解出的数据精度可达厘米级,从而验证了自编程序的正确性。
[硕士论文] 黄旭
测绘工程 安徽理工大学 2017(学位年度)
摘要:高频GNSS因为可以全天时、高精确度地收集监测站的位移数据,在煤炭安全生产中得到非常广阔的应用。采矿区地表变形GNSS观测的数据是是频率域中的低频与高频数据组合而成的时间序列数据[1]。现在对于GNSS观测数据的一些分析,是由时域分析和频域分析两大方面组合而成的。频域分析又叫做谱分析[2],本文从谱分析的角度出发,基于唐家会煤矿GNSS观测数据,通过傅立叶变换将其转换到频域空间,经过谱分析可提取各种周期项信息,分析这些周期变形的激发机制,同时对监测过程中数据突变产生奇异点的信号,通过使用小波,可以更好的监测煤矿安全开采过程中的变化状况。文中主要的研究内容如下:
  (1)总结了GNSS变形监测的一些优点和使用现状,而且对当前使用比较广泛的数据处理方式方法进行了很好的的介绍。
  (2)联系唐家会煤矿自动化监测系统,全流程的叙述了其数据采集处理程序,并对GNSS系统进行了较为具体的的说明。
  (3)对唐家会煤矿监测数据进行低频谱分析。首先通过傅立叶变换将时域数据变换到频率域中,计算出其一些峰值对应频率及相关的振幅和初相,对一些影响比较大的量的全周期波以及半日波信号,运用多方面分析,而且针对半日波产生的一些因素不能很好的具体指出,建立四参数模型进行具体讨论。得出全周期波的影响因素主要是地下开采作业导致的,且变形的量与地下作业推进量成正相关。温度对沉降变化低频部分产生影响且影响量在5.5cm左右,多路径影响可以忽略不计,只在降雨天气产生一定的影响。
  (4)对监测数据的高频部分的奇异点利用小波对出奇异点进行精确定位,得出影响的数据点位为[123,213,402,501,781,1110,1440,2150,3010,3415,3790,4875,5415,5670,6820,8255,9700,10290]这些点位所在的时间都分布煤矿0时到上午8时,8时到14时的共5个放炮工作段,找出导致产生奇异点的影响因子为煤矿的放炮作业。
[硕士论文] 耿加伟
测绘工程 安徽理工大学 2017(学位年度)
摘要:自上个世纪60年代美国建立GPS以来,GNSS发展迅猛,现在已经初步形成了以GPS、Glonass、BDS、Galileo为代表的的多系统共同鼎立的局面,我国自主研发的北斗卫星导航系统已经覆盖亚太,并且逐步应用在国防信息化建设、国家地理国情调查、工程测量、智能交通等多个领域,目前仍然处于发展的阶段。相位平滑伪距差分定位具有很多优点,无论是在车载导航还是交通监控等方面都发挥着不可替代的作用。而采用GPS加BDS的方式可以解决单GPS定位脆弱的问题,保证导航定位的准确和稳定。
  本文主要研究工作:
  1)首先根据GPS与BDS在时间系统和坐标系统方面的差异,研究了GPS/BDS系统融合的方法
  2)研究并建立了伪距单点定位、伪距差分定位以及相位平滑伪距差分的数学模型,并分析了各项误差。
  3)研究并实现了相位平滑伪距差分定位中的一些关键问题:周跳探测、平滑窗口的选择、以及定位中权阵的确定问题。
  4)最后基于VC++实现了文中的算法,开发了一套伪距差分定位后处理软件,并设计了实验对算法进行验证。
  本文以GPS/BDS系统在车载导航中的应用为例,主要对比了伪距单点定位、伪距差分定位和相位平滑伪距差分定位利用GPS、BDS及其组合系统的精度。得出了伪距差分定位精度明显优于伪距单点定位,相位平滑伪距差分定位基线长度60km以内,双系统定位精度和定位稳定性要优于单系统,载波相位对P2码平滑得到的定位结果精度要优于C/A码。观测条件较好的情况下,双系统相位平滑伪距差分动态定位点位精度在0.74米左右。
[硕士论文] 张计凯
测绘工程 安徽理工大学 2017(学位年度)
摘要:随着全球导航定位系统的迅速发展,其应用的领域也越来越广,用户对全球导航定位系统的导航和测量的精度也提出了更高的要求。而GNSS接收机天线相位中心的偏差和相位中心变化对高精度导航定位和测量具有一定的误差影响,因此在高精度的导航和测量应用中需加以考虑。GNSS接收机天线相位中心偏差是由于接收机天线的电气中心和几何中心不一致而引起的。不同类型的接收机,以及接收到不同的信号频率其接收机天线相位中心偏差和变化都是不一样的,而且接收机天线相位中心变化会随着卫星的高度角和方位角的变化而变化,并不能通过差分的方式加以清除,因此需要通过建立测定模型加以改正。
  本文研究总结了GNSS接收机天线相位中心偏差和变化产生的原因以及国内外学者对GNSS接收机天线相位中心偏差和变化测定的理论方法。在此基础上,通过野外短基线的实验数据采集,用旋转观测法测定GNSS接收机天线相位中心在水平方向上的偏差,交换天线法测定GNSS接收机天线相位中心在垂直方向上的偏差,此方法只需两台GNSS接收机,实验操作简单,并对测定的结果进行精度的评定。
  GNSS接收机天线相位中心变化的测定是在接收机天线相位中心偏差的基础上进行的,目前GNSS接收机天线相位中心变化测定的方法有微波暗室法,自动机器人法和相对天线相位观测的方法。本文运用相对天线相位观测的方法和理论,建立一套接收机天线相位中心变化测定的方法,利用野外的观测数据测定GNSS接收机天线相位中心的变化,并将测定的结果与参考的标定值比对进行精度评定,结果表明建立测定方法是可行的,并用此测定方法测定我国北斗卫星导航系统接收机天线相位中心的变化值,对提高我国北斗卫星导航定位的精度具有一定的参考价值。
[硕士论文] 李金阁
测绘科学与技术 重庆交通大学 2017(学位年度)
摘要:随着人类对大自然的改造进程逐渐加快,原有自然地貌不断遭受破坏,造成地质条件失稳,引发山体滑坡。滑坡灾害会毁坏城镇、村庄、铁路、公路、航道、房屋、矿山企业等,造成人员伤亡和财产损失;更为甚者,滑坡形成的堰塞湖和泥石流等次生灾害,造成更为严重的破坏损失,因此有滑动隐患的边坡都应进行变形监测以判断其稳定性,最大限度减少和避免灾害损失。徕卡TS30测量机器人是徕卡公司研发的高精度测量设备,搭载多测回测角机载软件,广泛应用于边坡监测项目中。本文主要根据定期边坡监测特点并结合工程实际情况,基于徕卡TS30测量机器人进行边坡监测系统研发,实现了数据导入、数据质量检查、差分计算、平差计算、三维地形图显示、点位查询、数据分析、生成报表、边坡稳定性预报等功能,可在野外现场观测后很短的时间内进行边坡坐标计算以获得监测点变形量,准确获取边坡的稳定情况,为边坡治理提供决策依据。
  本研究主要内容包括:①原始数据格式分析与数据库设计;②工程项目信息管理研究;③数据处理方法研究;④数据分析方法研究;⑤边坡安全预警方式研究;⑥边坡安全监测系统开发。通过工程应用,该系统可以实现边坡监测数据的自动化处理与分析,具有较大应用潜力,成果在西部落后山区边坡监测工作中具有一定推广价值。
[博士论文] 杨珍
地图制图学与地理信息工程 长安大学 2017(学位年度)
摘要:常规的断层活动监测手段(如水准测量和全球定位系统等)只能监测有限的离散点,而合成孔径雷达干涉测量是一种基于面观测的形变监测手段,具有空间分辨率高,全天时全天候观测的特点,弥补了基于点观测的低空间分辨率形变监测的不足,为研究地震活动提供了有利条件,也为基于大地测量技术的断层滑动反演研究提供了精细的观测数据。
  在研究断层活动方面,多采用的是位错理论模型,但此模型对一些观测到的位移场旋转运动不能进行解释。对于具体的断层活动与地面大地形变场问题,向错理论描述了在弹性介质中断层面之间的相互转动与地表面变形之间的理论关系。本文采用一种新的模型向-位错组合模型,以位错理论和向错理论为基础,同时考虑断层的滑动和转动,选择地壳旋转变形的典型区域川西地区,分别以龙门山断裂和鲜水河断裂为例,利用InSAR数据获取汶川同震形变场和鲜水河断裂西北段的时间序列及年平均形变速率,并基于向-位错组合模型对两条断裂的滑动与转动进行反演计算。本文主要研究内容和贡献如下:
  (1)针对位错理论模型无法描述断层的转动问题,本文采用一种新的模型—向-位错组合模型,模拟断层的滑动和转动,建立了断层滑动和转动与地面变形的关系。该模型结合描述断层滑动的位错模型和描述断层转动的向错模型两大模型的优势,能有效模拟断层的活动方式。该模型成功模拟了单一断层的转动特征。
  (2)针对汶川同震 C波段的雷达卫星在龙门山上盘山区得到的卫星信号很大程度上不可用的问题,本文选用波长可达23.6cm的ALOS PALSAR L数据,采用覆盖汶川地震前后6个轨道的影像,利用D-InSAR的二轨法进行差分干涉测量;为了确保各轨道之间、轨道内数据的连续性,本文分别采用加权拼接羽化、最底层拼接羽化、基于几何的拼接羽化三种方法进行拼接,最终通过加权拼接羽化方法拼接的汶川同震形变场拼接处形变连续,影像的整体感增强。
  (3)为了降低 InSAR数据的数据量、数据噪声、冗余数据对反演计算效率的影响,本文提出了一种改进的立方卷积重采样方法,该方法是在主要形变区域采样点密集,在非主要形变区域,采样点稀疏,解决了传统立方卷积方法均匀采样且数据量大的问题,较好地保存了InSAR数据的细节信息。利用该方法实现了汶川同震形变场和鲜水河断裂西北段年平均形变速率图的降采样。
  (4)针对龙门山断裂在同震过程中发生转动的特点,本文基于向-位错组合模型,采用粒子群算法,首次利用GPS和InSAR数据联合反演龙门山断裂带的滑动和转动,并与GPS数据反演的龙门山断裂带的滑动和转动进行比较,结果表明:基于向-位错组合模型反演的龙门山断裂带活动特征,相比位错模型反演结果,更加符合龙门山断裂带的倾滑面是铲状曲面的特点;GPS和InSAR联合反演相比GPS反演,走滑速率、倾滑速率略微偏小,转动角较大,断层的转动特性表现得更明显。
  (5)为了研究汶川地震对鲜水河断裂活动的影响,针对鲜水河断裂形变缓慢的特点,本文采用汶川地震后约一年的覆盖鲜水河断裂西北段的8景 Envisat ASAR C波段影像,利用SBAS_InSAR方法,成功获得鲜水河断裂西北段的时间序列,使用Stacking技术成功获得鲜水河断裂西北段的年平均形变速率。
  (6)针对鲜水河断裂存在转动的特点,本文基于向-位错组合模型,采用粒子群算法,首次利用 InSAR数据实现了鲜水河断裂西北段的滑动和转动反演,结果表明:汶川地震后,鲜水河断裂的张裂速率、走滑速率相比已有结果数值上略微偏大;断层转动的分段性特征较滑动更明显。
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