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关键词： 无人机   倾斜摄影测量   三维建模   精度分析   大比例尺地形图   质量评价   模糊综合评价  

摘要： 随着国家“十四五”规划纲要中各项重大工程的稳步推进,大比例尺地形图无论是在项目规划建设、自然资源的实时监测还是自然灾害的应急处理等方面都发挥着越来越重要的作用。目前,传统地形图绘制工作存在低效率、高成本、受环境因素影响大等问题,难以满足当前实际生产需要。倾斜摄影测量技术是近年发展起来的一种新兴的航空摄影测量技术,该技术能在较短时间内构建高精度三维模型,针对目前大比例尺地形图绘制中存在的问题,本文提出使用倾斜摄影测量技术进行大比例尺地形图绘制工作,借助于无人机飞行平台进行技术实施,对最终成果进行质量评价,论文主要研究内容如下:（1）从理论上分析倾斜摄影三维建模的主要误差来源,设计无人机倾斜摄影测量实验。使用中海达iFly-D5五镜头无人机和DJI Phantom 4pro消费级单镜头无人机进行倾斜摄影外业数据采集,基于Context Capture软件构建实验区三维模型,依据相应规范从模型精细度、空三解算精度、三维重建精度三个方面分析三维模型精度,最终分析结果表明使用以上两种无人机飞行平台进行倾斜摄影数据采集,基于Context Capture软件重建的三维模型精度均满足1:500大比例尺地形图绘制要求。（2）基于EPS地理信息平台,结合三维模型进行大比例尺地形图绘制,从平面、高程、长度、面积四个方面分析大比例尺地形图成图精度,精度分析结果表明:使用三维模型基于EPS地理信息平台绘制大比例尺地形图精度要求满足1:500地形图成图精度要求,即使用EPS地理信息平台结合三维模型绘制大比例尺地形图是一种高效率、低成本且精度有保障的新方法。（3）针对最终成图质量这一模糊概念,提出使用模糊综合评价法结合最大隶属度原则进行质量评价,构建模糊综合评价体系。结合三维模型精度、地形图精度两个类别指标对最终成图进行质量评价,最终评价结果表明:安理工测区地形图成图质量为优级品,李家巷测区地形图成图质量为优级品。图[35]表[31]参[81]

关键词： 无人机   倾斜摄影测量   三维立体模型   精度分析   土石方测量  

摘要： “十四五”已将“实景三维中国”列为基础测绘规划的重点研究方向,倾斜摄影测量技术以其特殊的优势实现了快速发展,成为测量行业中一项非常重要的测量手段,具有极高的市场价值和应用价值。倾斜摄影测量拍摄的多组影像具备更加丰富的纹理信息,可以实现实景三维模型的构建,使三维模型成为摄影测量的数据承载形式,通过三维模型提取地物地貌信息并进行地形图的绘制就成为了一种新的测图方式,这种地形图绘制方式极大地提高了生产效率,减少了人工成本,具有很高地测绘生产实践价值。三维模型的数字化过程对模型精度和数字信息采集精度都有极高的要求。本文结合工程实践数据同时参考了大量国内外相关文献,开展了无人机倾斜摄影测量实验:借助MapMatrix 3D软件分析了无人机倾斜摄影空中三角测量的精度,并分析了倾斜摄影测量获得的密集点云数据在土石方量计算中的精确度。论文研究的主要内容如下:(1)详细介绍了无人机低空数字摄影测量系统的技术理论和无人机低空数字摄影测量系统的组成,并对倾斜摄影测量的稀疏匹配、空中三角测量、密集匹配、构建三角网和纹理映射等五个关键技术流程做了详细的介绍和分析。(2)从理论上分析了倾斜摄影测量三维建模精度的主要误差来源,设计了具体的实验方案,开展了倾斜摄影测量实验,并对实验数据进行了精度分析,结果表明在丘陵地区无人机倾斜摄影测量空中三角测量的精度满足1:500三维模型生产的精度指标要求:定向点平面中误差为0.069m,小于限差0.13m,高程中误差为0.12m,小于限差0.2m;检查点平面中误差为0.128m,小于限差0.175m,高程中误差为0.131m,小于限差0.28m;(3)利用不同软件计算传统土石方测量的点云数据得到的填挖方结果相对误差最大可达12.33%,相比之下,利用倾斜摄影测量构建三维模型提取密集点云的方式来计算的填挖方结果相对误差最大仅为2.64%,结果更加准确可靠,这种倾斜摄影测量方式具有更好的应用价值和实践意义。

关键词： 北斗卫星导航系统   星载原子钟   卫星钟差   卫星钟差预报   实时精密单点定位  

摘要： 实时精密单点定位(Real-Time Precise Point Positioning,RT-PPP)是当前全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System)领域研究热点和重要发展方向之一,在导航、定位与授时(Positioning,Navigation and Timing,PNT)领域有着广泛的应用。随着中国北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)全球星座部署工作的完成,开始正式提供全球服务,基于BDS的实时精密定位服务对于经济发展和国防建设具有重要意义。一般地,RT-PPP的实现依赖于外部实时精密产品的获取,如超快速精密轨道、实时精密卫星钟差、大气延迟改正和卫星硬件延迟等,其中实时精密卫星钟差产品质量对RT-PPP定位性能影响巨大;并且目前包含BDS的公开实时产品较少,一定程度上制约了 BDS实时PPP的应用拓展。因此,本文以建立BDS实时精密单点定位服务系统为主要研究目标,着重展开了对于BDS-3卫星原子钟性能分析、钟差数据建模预报以及BDS RT-PPP的定位性能的评估与研究。本文主要研究工作和贡献如下:1)利用连续550天解算的BDS精密卫星钟数据,基于卫星钟差二次多项式拟合模型分析了 BDS-3卫星钟的相位、频率、频漂及钟差模型噪声等物理指标的长期变化特性;同时采用频谱分析方法对BDS不同轨道不同原子钟的周期特征进行了分析;利用Hadamard方差对卫星钟的频率稳定性指标进行计算,讨论了频率稳定度的长期变化特征。综合上述实验结果,全面地评估了 BDS-2/BDS-3星载原子钟的长期性能。2)多角度分析了 BDS卫星钟差预报精度,探讨了 BDS-3氢钟及新型铷钟对于不同模型的适用性问题。文章基于BDS精密钟差数据,对不同预报时长下线性模型(Linear Polynomial model,LPM)、二次多项式模型(Quadratic Polynomial model,QPM)、灰色模型GM(1,1)(GM)和整合移动平均自回归模型(Autoregressive Integrated Moving Average model,ARIMA)模型的预报精度进行统计分析,比较BDS 卫星铷钟(Rb)、新型铷钟(Rb-Ⅱ)及被动氢钟(PHM,passive hydrogen maser)在各个模型下的预报精度。结果表明,BDS-3氢钟在预报精度和预报稳定度上均具有最优的结果,12h预报结果仍处于0.5ns;此外,BDS-3氢钟适合使用LPM进行钟差数据预报,而BDS-3新型铷钟更适合使用QPM进行钟差数据预报,此结论可为BDS钟差模型的进一步精化提供有利的参考。3)针对CNES提供的实时服务产品,分析了 CLK93 BDS实时卫星轨道及钟差产品的质量;基于质量分析,研究了 BDS、GPS以及BDS/GPS组合三种方案下静态、动态实时PPP定位性能,并以真实动态数据呈现BDS动态RT-PPP定位性能。实验表明,BDS MEO和IGSO实时轨道产品精度均能保持在10cm内,实时钟差产品精度为0.3ns,精度与GPS相当;而GEO轨道精度达到m级,钟差精度在1ns量级。在BDS实时PPP定位性能方面,静态和仿动态情况下,BDS收敛时间在50min左右,定位精度为分米级;真实动态下,BDS在E、N、U三方向上定位精度分别为1.3m、1.6m和1.7m。由于CNES只播发了 BDS-2卫星实时产品,仅BDS-2参与RT-PPP参数估计使得定位性能稍差,将来BDS-3实时产品的加入会进一步提高BDS实时服务性能。图[35]表[20]参[103]

关键词： 北斗卫星导航系统   盲信号分离   捕获算法   多普勒频率  

摘要： 目前,全球导航卫星系统GNSS(Global Navigation Satellite System)主要包括美国的GPS导航系统、俄罗斯的GLONASS系统、欧盟的GALILEO系统,以及中国的北斗导航系统。GPS导航系统在军事、商业和生活领域占有超过九成的市场份额,为了打破其垄断地位,我国必须研发自己的导航系统。北斗卫星导航定位一般需要经过三个阶段的信号处理模块:信号捕获、信号跟踪锁定以及信号解算,而信号捕获是导航定位的第一步,也是非常重要的一步。因为卫星信号捕获算法的性能好坏直接影响导航定位的精度与速度,所以研究如何快速、精确的捕获卫星信号有着重要的现实意义,这也正是本论文的研究目标。北斗卫星信号的捕获实质上是粗略估计卫星信号多普勒频率和码相位,但是常用的捕获算法,如时域串行捕获和基于傅里叶变换的并行搜索捕获算法,普遍存在捕获速度不高,精度低等不足,无法满足现实情况中高精度快速的导航定位要求。本文介绍一种基于盲分离模型的北斗卫星信号捕获算法,通过构建出卫星信号盲分离模型精确求解多普勒频率和码相位,实现卫星信号的快速捕获。以下是本文的主要研究思路:(1)首先研究北斗卫星信号结构,利用MATLAB平台搭建北斗卫星信号源,作为下一步仿真中的数字中频信号,通过对伪随机码进行仿真可知伪随机码具有良好的自相关和互相关性,这为接下来提出基于盲分离算法的北斗卫星信号模型奠定基础。(2)其次,由于北斗卫星源信号和卫星传输信道均未知,所以本文利用盲信号分离理论知识推导建立北斗卫星信号盲分离模型。在北斗卫星混叠信号盲分离之前先进行预处理,从而增强盲信号分离算法的性能,为下一步提出快速高精度的北斗卫星信号捕获算法奠定理论基础。(3)最后在卫星信号传统捕获算法的基础上,提出一种改进的北斗卫星信号快速高精度捕获算法,利用所提算法对北斗卫星信号个数、多普勒频率以及码相位进行盲估计,恢复出不可观测的源信号。另外,利用虚警概率、检测概率和常用的判决策略这些指标来评判所提捕获算法的可靠性。本文提出新的捕获算法理论:一种基于盲分离的北斗卫星信号高精度快速捕获算法,并通过MATLAB仿真平台验证所提算法的可行性和有效性。实验结果表明,对比传统的捕获方法,本文提出的新捕获算法对北斗卫星信号能够实现高精度快速捕获,克服现有的捕获方法无法同时实现对北斗卫星信号的快速精确捕获的技术缺陷,可以更加有效的满足北斗卫星捕获的实际需求,该算法具有良好的学术研究价值和工程应用前景。

关键词： 普通水准测量   外业观测   高差闭合差   测量误差  

摘要： 在理论教学中完成普通水准测量的外业观测及内业计算方法后,通过实训教学让学生掌握水准测量方法,将所学理论知识予以强化巩固。然而部分学生测量后高差闭合差超限,文章针对这一问题做出一些分析,以帮助学生规范仪器操作、减小测量误差,使其测量结果满足相应测量规范要求。

关键词： 皮纳卫星   北斗卫星导航系统   星载GNSS接收机   实时定轨  

摘要： 北斗三号卫星导航系统是我国自主研发的全球卫星导航系统,目前发射卫星数量已达到28颗,预期于2020年全面建设完成。北斗系统具有多频信号结构,采用了GEO、IGSO、MEO混合轨道星座,应用了长期稳定性更优的被动型氢原子钟,相比于其他导航系统具有一定优势,逐步成为我国星载接收机研究领域的热点。在北斗全球导航系统即将建设完成的历史机遇下,研制搭载于低轨皮纳卫星的低功耗高精度BDS导航接收机,对于保障我国航天任务具有十分重要的意义。本文的主要内容与贡献包括:(1)针对浙江大学皮星二号(ZDPS-2)任务搭载的浙江大学自研GNSS导航接收机存在的支持频点少、功耗高、跟踪通道数少等问题,结合皮纳卫星导航接收机设计的实际工程指标需求,在软件设计层面设计并实现了支持北斗B1I、B3I导航信号的星载接收机。(2)使用赛灵思Kintex 7系列FPGA芯片作为星载接收机的基带处理器芯片,提高了处理能力,降低了整机功耗。接收机在得到自定位结果的同时,实现了对伪距、载波相位等原始观测量的高精度测量,并通过模拟器半实物仿真、室外场地测试等手段对接收机的各项指标进行了全面验证。(3)为验证原始观测量的可靠性以及提高定轨精度,基于卫星简化动力学模型开展高精度实时定轨应用的验证研究。分析了北斗三号系统下双频伪距组合及GRAPHIC消电离层组合方式下的定轨精度差异,尤其是利用了B3I频点伪码速率高(10.23 Mcps)、抗噪声性能强的优势,验证了B3频点的GRAPHIC组合方式在实时定轨中的工程应用价值。本文设计并实现的低功耗星载GNSS接收机支持GPS L1 C/A、L2C、北斗B1I、B3I导航信号,实测结果表明,接收机各频点捕获灵敏度均达到-131 dBm,跟踪灵敏度-133 dBm,整机功耗6.88 W。在北斗三号系统下进行的实时定轨仿真结果表明:BDS的双频伪距组合定轨精度与同等条件下的GPS定轨精度相近;在GRAPHIC消电离层组合方式下,B3I信号的定轨精度显著优于B1I信号,并且与L1 C/A、L2C的定轨结果相接近。B1I、B3I双频伪距组合的三轴位置精度分别达到4.60 m、5.66 m、5.59 m,B1I信号GRAPHIC消电离层组合的三轴位置精度分别达到2.15 m、1.80 m、2.46 m,B3I信号GRAPHIC消电离层组合的三轴位置精度分别达到1.31 m、1.12 m、1.85 m,能够满足皮纳卫星实时定轨的应用需求。

关键词： 北斗导航卫星系统   多频段融合定位   卡尔曼滤波   平方根平淡卡尔曼滤波   蚁群优化算法  

摘要： 北斗卫星导航系统（Bei Dou navigation satellite system,BDS）是我国着眼国家战略安全和社会经济发展需要而自主研发、独立运行的全球导航卫星系统。截至2019年12月,BDS三号已基本完成系统建设,准备向全球提供服务。近二年来,北斗系统陆续发布了B2a（替代原有不稳定的B2I）、B1C、B3I三个频段的北斗系统空间信号接口控制文件,加上传统的B1I频段,目前用户可以接收四个频段的公开信号,使北斗多频段融合定位成为可能。相比于基于单频段卫星信号的定位,多频段融合定位具有定位精度高、定位稳定性强、覆盖面更广的优点,因此近年来成为国际卫星导航领域的研究热点。以进一步提高BDS单系统定位的准确性和稳定性为目标,本文开展北斗系统的多频段融合定位方法及其技术应用的研究。全球导航卫星系统较常用的定位估计算法是非线性卡尔曼滤波算法,包括扩展卡尔曼滤波（extended Kalman filter,EKF）和平淡卡尔曼滤波（unscented Kalman filter,UKF）等。然而EKF算法计算复杂,且针对高度非线性系统会导致估计结果发散;而UKF算法过程中存在协方差矩阵非正定的可能,从而导致滤波过程中随时间迭代的进程无法正常流转。本文在UKF的基础上,提出在滤波器中采用状态量协方差矩阵的平方根形式来迭代计算,即平方根UKF（square-root UKF,SRUKF）算法来保证迭代过程和状态更新的稳定性。由于滤波算法需要首先确定过程噪声和量测噪声的协方差矩阵,而这容易受到环境因素的影响难以准确得出,从而制约了SRUKF算法的应用,本文引入蚁群优化（ant colony optimization,ACO）算法来有效地确定出噪声协方差,结合SRUKF提出了一种新型的定位估计算法（ACO＿SRUKF）以进一步优化滤波性能,并通过实验来验证了该算法在BDS定位估计中的优越性。由于多频段信号融合定位基于同一颗卫星,可以获取更多的观测数值以便建立模型来抵消信号传递过程中电离层引起的延迟,具有单频段单机定位所不具备的优势,以获得更好的定位结果。本文在ACO＿SRUKF算法的基础上,选取B1I和B3I信号进行多频段融合定位,并通过实验加以验证,应用该方法可获得更高的定位精度和更强的稳定性。本研究可为BDS多频段融合定位方法提供理论基础,为扩展应用场景、优化使用模式、提升定位性能、加强安全可控提供技术参考。

关键词： 大比例尺   地形图测绘   新技术  

摘要： 地图在我国的地质勘探事业中有着非常重要的地位,地理环境会随着时间的流逝和变化发生改变,在实际的地质勘探和测绘过程中,技术人员一定要将这种变迁在地图上显示出来。鉴于此,本文主要分析大比例尺地形图的概念以及相关的测绘技术。

关键词： 卫星技术   陆上交通   GPS   北斗卫星导航系统   短报文通信   气象卫星云图   量子通信技术  

摘要： 2016年,中国航天事业创建60周年,从这一年起,4月24日正式成为"中国航天日",中国航天人有了属于自己的节日。"中国航天日"为何选在4月24日呢?1970年4月24日21时35分,中国第一颗人造卫星"东方红一号"成功发射升空,拉开了中国人探索宇宙、和平利用太空、造福人类的序幕。这次历史性的卫星发射,让中国成为继苏联、美国、法国、日本之后,第五个通过自制火箭发射国产卫星的国家。新加

关键词： 北斗卫星导航系统   星间链路   自主时间基准维持   ALGOS算法   Kalman滤波算法   KPW算法   Allan方差  

摘要： 卫星导航系统对一个国家的政治、经济、军事等方面有非常重要的意义。在国家发生战争以及不可预知的自然灾害等特殊的情况下,敌方很容易使用导弹等高精度远程武器对地面的控制系统（OCS）进行军事打击。一旦OCS被摧毁,整个卫星导航系统将很快陷入瘫痪。为保证卫星导航系统在缺少地面站的情况下正常运行,美国GPS在建立之初便提出了自主导航的概念。自主导航可在卫星导航系统长期得不到地面运控支持情况下,基于星间链路的测量和通讯功能,通过星座的自主运行和星历更新,确保导航系统长期、稳定、自主的运行并提供服务。卫星在自主导航模式下,由于没有外部钟差的输入,会导致卫星导航的系统时间偏离真实时间,严重影响用户的授时精度。因此,卫星导航系统自主时间维持是卫星自主导航的一个重要部分。自主导航模式下,如何利用星间链路数据实现星上自主时间维持是北斗建设的过程中的一个重要问题。近年来,国内对自主时间基准维持有了一定的研究,得到了一些有意义的结果,但基本都采用的是仿真数据,实测的星间链路数据用于自主时间维持的结果还很少。因此,本文旨在对自主时间维持的相关技术进行研究,并将其运用到基于北斗三号实测星间链路的自主时间维持上,希望可以为我国北斗系统建立自主时间基准提供技术支持和参考。本文的主要工作和贡献如下:（1）开展了北斗三号基本导航星座18颗MEO星钟的频率稳定度分析,结果表明:各卫星的稳定度都呈现下降后上升趋势,氢钟的整体天稳定度为2.2×10-14,除C19外,铷钟的整体天稳定度为2.9×10-14,C19卫星的天稳定度为1.7×10-13。（2）梳理总结了建立时间尺度算法的基本理论与方案,分析了不同算法的特点,详细推导了基于星间双向链路观测值进行自主时间基准维持的数学模型,并以此设计了基于星间链路的北斗三号自主时间基准维持方案。（3）分析了北斗三号Ka波段星间双向测距数据的测量特性,结果表明:星间双向测距数据的测量噪声水平优于0.3ns。（4）利用仿真星间链路、轨道和钟差数据,分别用ALGOS算法、Kalman滤波算法、KPW算法建立了星上自主时间系统,实现了连续60天的自主时间维持。结果表明,ALGOS算法连续运行60天的星上自主时间系统最大偏差为16.2ns,天稳定度为3.0×10-15;Kalman滤波算法和KPW算法建立的星上自主时间基准相对参考时间的最大偏差约为8ns,天稳定度分别为4.7×10-15和3.7×10-15。（5）基于仿真结果结论,利用北斗三号实测的星间链路数据,采用所设计的ALGOS算法和KPW算法,实现了连续30天的星上自主时间维持。结果表明:对于ALGOS算法,利用18颗星进行自主时间维持的时间偏差的绝对值最大为62ns,时间基准天稳定度为0.96×10-14;对于KPW算法,利用18颗星的建立的星上自主时间基准的时差偏差的绝对值最大为10.4ns,天稳定度为1.08×10-14;利用8颗基本导航氢钟建立的星上自主时间基准的时差偏差最大为10.6ns,天稳定度为1.07×10-14;利用10颗在轨铷钟建立的星上自主时间基准时差偏差绝对值最大为45ns,天稳定度为1.23×10-14。