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关键词： 北斗卫星导航系统   北斗系统   智能交通   导航定位系统   地图匹配   道路拓扑  

摘要： 随着GNSS的全面发展，卫星导航系统已经应用到各行各业，尤其中国的北斗卫星导航已实现了三步走战略的第二步，随着不断的完善和发展，在卫星导航领域中北斗系统将起到愈来愈重要的作用。并且智能交通(ITS)、车辆监控及车联网对无间断、全天候位置服务信息的需求给北斗系统的发展提供了巨大空间，但是城市峡谷地区由于卫星被遮挡，存在由于卫星数量不足而无法定位的问题。单纯依靠提高接收的灵敏度已经无法解决此类问题，必须换种思路，把车辆和道路联系起来。现有的地图辅助算法是把导航定位系统得到的定位值经二次匹配，得到车辆相对于道路的位置，这种方法能提高定位精度，但是是把定位系统和地图匹配当作两个相互独立的模块，当无法实现定位时，算法也随之失效。近几年，有学者利用观测值和地图信息进行融合定位，并从实践上证明了采用观测值和地图融合定位的可能性。本论文利用道路拓扑对载体运动状态的约束，研究了基于模糊逻辑的方法在观测值域对卫星信号和道路拓扑的融合定位方法，即使在可见星不足的情况依然能够定位。\n 论文的主要工作和取得的成果有:\n 1.深入阐述了卫星信号以及导航电文的结构特性以及GNSS定位原理，分析了测量值中的误差成分，利用最小二乘法求解定位方程组，得到用户位置;\n 2.分析了常用的几类地图匹配算法，在此基础上阐述了利用模糊逻辑进行地图匹配的原理和方法，设计了用于确定最佳路段的模糊逻辑规则，建立了每个模糊输入在不同规则下的隶属度函数;\n 3.在观测值域提出了一种新的载体和道路矢量的融合定位算法，建立道路模型，针对不同的可见星数目分别建立定位模型，并且给出仿真结果，验证了算法的可行性。

关键词： 北斗卫星导航系统   空中交通管理  

摘要： 为保证飞行安全，建立以北斗卫星导航系统为核心的航空导航基础设施是中国民航的必然选择。空管应用标准体系是北斗卫星导航系统的民航空管应用的基础。本文分析了国外卫星导航系统空管应用标准体系及其支撑条件，提出了适合我国特殊国情的北斗卫星导航系统的民航空管应用标准体系和监测体系，并给出了指导性的建设建议，为北斗卫星导航系统在我国民航空管的应用提供支撑。

关键词： 叠层微带天线   需求分析   系统设计   北斗卫星导航系统  

摘要： 北斗卫星导航系统是我国目前正在实施的具有自主研发、独立运行的全球卫星导航系统，其发展具有重要的意义。天线作为卫星导航系统最前端的关键器件，对系统的发展起到极为重要的作用。针对高度集成、以高精准需求为目的的北斗导航系统天线需求，我们借鉴了国内外在GPS体系天线的成功经验，将重点放在了多频特性、圆极化特性、宽频特性及低仰角特性等瓶颈问题上。首先，论文讨论了国内外一些具有代表性的研究成果，分析了成功案例的规律，并归纳了可能改进的方面，进行了系列的研究。其次，论文系统地分析了三种类型的北斗卫星导航系统终端天线:双模双频三角形微带天线、低仰角三角形叠层微带天线、双频双圆极化叠层微带天线。使用传输线理论、腔模理论以及引向天线理论等进行建模分析。最后，总结全文，并指出下一步工作的改进思路。\n 论文的主要工作包括以下三个方面:\n 1、半双工多模多频三角形微带天线的分析与设计。针对目前多频卫星导航终端天线存在的频点之间耦合干扰大的问题，论文设计了半双工多模多频三角形微带天线。在等边三角形的基础上，结合微波网络的分析方法，通过加载对称缝隙的方式改变天线的谐振频率比值，设计出单层双频微带天线。采用双馈半双工的方式，避免两个频点同时工作造成的相互耦合干扰。利用腔模理论给出该天线的等效模型，分析和讨论辐射贴片结构中的关键参量对天线性能的影响。仿真结果表明，该天线覆盖北斗导航终端天线的发射频段（L频段:1616±5MHz）和接收频段（S频段:2492±5MHz），基本满足北斗导航系统对终端天线的指标要求。\n 2、低仰角高增益叠层耦合微带天线的分析与设计。针对目前卫星导航系统终端天线对低仰角特性研究较少的情况，论文设计了一款低仰角高增益叠层耦合微带天线。采用叠层结构的设计理念，解决单层多频天线存在的耦合干扰强与调谐难度大的问题。引入引向振子和介质天线，改善了该天线的低仰角特性。主辐射贴片上加载三条对称缝隙，实现尺寸控制和带宽扩展。仿真结果表明，该天线具有半全向辐射特性、低仰角补偿特性、结构简单、回波损耗低等优点。\n 3、高性能多频多极化叠层耦合微带天线的分析与设计。针对北斗导航系统终端天线对强抗干扰性的需求，论文设计了高性能多频多极化叠层耦合微带天线。采用Minkowski分形结构和互补金属开口谐振环(CSRR)，优化天线的带宽特性和辐射方向图，并实现小型化设计。仿真结果表明，该天线具有轴比小、带宽大、隔离度高、尺寸适中、结构新颖等优点。其中，上行L频段实现左旋圆极化;下行S频段实现右旋圆极化。基于该天线的多频多极化特性，其适用于各种复杂的电磁环境。因此，该天线具有很强的实用价值。

关键词： 北斗卫星导航系统   回传通道   跟踪定位   通信系统   终端开发  

摘要： 随着北斗二代导航系统的正式运行,北斗二代定位系统可以为用户提供全天候的精确定位服务,设计和开发基于北斗二代的定位导航应用系统将成为北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)一个重要的应用领域。北斗导航定位应用系统,除了采用北斗二代定位技术外,位置状态等信息的无线回传技术也极为关键。目前,回传方式主要单一采用2G/3G、数传等技术,受通信地形环境和网络覆盖质量的影响较大,使得在某些应用环境下系统运行的稳定性不高;而且回传的内容主要是地理位置信息,无法满足物联网应用环境下多种感知信息回传的要求。　　针对当前定位导航应用过于依赖 GPS,回传手段单一,回传质量不高,回传信息种类过少等问题。本文提出一种基于多回传通道的北斗定位跟踪通信一体化系统的设计方案,并在 Linux-ARM11嵌入式软硬件平台上,完成了一体化终端的设计与开发。考虑到北斗卫星导航系统处于建设初期,系统以北斗系统为主,GPS系统为辅,采用双模定位体制。为了确保系统适应各种实际应用环境下信息回传的要求,系统灵活采用包括:2G/3G、VHF/UHF数传和卫星通信等多种通信技术手段,建立多回传通道,按照多通道回传机制,自适应检测当前信道环境,选择合适的回传通道。采用时分复用方式,回传信道可以满足终端采集的各种信息回传的通信需要,实现系统定位、跟踪和通信的一体化。采用被动查询式和主动自报式结合的混合工作体制,根据需要,控制与数据中心可以选择点播、组播和广播方式查询相关终端的状况并回传信息;也可以选择自报方式,由控制与数据中心临时设置相关终端为自报工作模式,终端按要求定时回传信息,实现控制与数据中心对指定指定的跟踪与监控。基于北斗卫星定位系统的定位、跟踪与通信一体化的应用平台的开发,不仅可以摆脱对GPS的高度依赖,推动北斗产业的发展,而且可以克服当前系统存在问题,具有较好的工程应用价值。　　在对当前国内外应用背景和现状分析的基础上,针对存在的问题,本文提出基于多回传通道的北斗定位、跟踪与通信一体化系统的设计方案,确定了系统总体结构和主要功能,对涉及到的关键技术进行了分析和选择,完成了系统的通信协议和多通道切换机制的设计。通过对一体化终端的总体结构和功能的分析,提出终端的硬件和软件设计方案,采用 Linux-ARM11软硬件平台,完成了一体化终端的软硬件开发。终端硬件设计以S3C6410处理控制模块为核心,集成北斗定位模块、3G通信模块和无线数传模块,并保留多种通信接口作为扩展接口。终端软件完成了Linux操作系统和图形界面的移植和开发,以及收发软件模块、控制模块、通信协议模块和多通道切换模块的开发和调试。最后,对终端进行了软硬件的联合调试,并结合自行开发的控制与数据中心简易通信软件(仅用于测试)对整个系统进行功能测试。测试结果表明,一体化终端定位准确,信息回传正常,多通道切换可靠,操作界面良好,实现了预期的功能,可以满足用户对定位、跟踪与通信一体化的应用需求。

关键词： GPS全球定位系统   油气田及管道工程测量   应用需求  

摘要： GPS是全球定位系统的英文缩写形式，是上世纪五十年代末美国军方使用的一个项目，并在六十年代投入使用。上世纪七十年代，美国的陆军、空军与海军一起联合研制出了新一代的卫星定位系统GPS，可以提供有效的、实时的、全天候的全球性导航服务给陆海空三大领域收集情报、应急通讯、检测核爆等。而后随着全球社会经济以及科学技术的不断发展，在长达二十多年的不断研究实验中，GPS已经被逐渐普及化，并被广泛地应用于各个领域。就油气田及管道工程测量来说，运用GPS可以对工程测量中的作业流程以及内容展开合理的梳理，从而有效地提升油气田及管道工程的生产水平。本文对GPS在油气田及管道工程测量中的应用现状进行了分析与研究，并对GPS在油气田及管道工程测量中的应用需求进行了研究与探讨，旨在满足在油气田及管道工程测量工作中用户对GPS的需求，提升GPS的利用率以及生产水平。

关键词： 地形测图   城市规划   数字化  

摘要： 近几年来，由于计算机网络技术的不断进步，数字化地形测图技术也得到了飞速发展和广泛应用，给我国社会主义现代化建设的进行提供了有力的技术支持。其中，数字化地形测图在城市建设的应用中表现出了明显优势，能够有效满足城市规划建设的需要，对于确保数据信息的可靠性有着重要的意义。目前，数字化地形测图技术受到了相关单位的高度重视，在经济建设和城市发展中发挥着举足轻重的作用。

关键词： 移动机器人   BDS定位   GPS定位   地图创建  

摘要： 移动机器人是机器人大家族中最重要的成员。准确定位是其核心技术,是实现其任务的关键,长期以来是研究的热点,并在理论和实际应用中取得了丰硕的研究成果。目前全球卫星导航系统(GPS)是应用在移动机器人上实现自主导航最常用的方法。我国的北斗卫星导航系统(BDS)正式已经投入使用,实际应用需求不断增加,但研究还不够深入。本课题使用实验室自主研发的智能巡逻机器人研究移动机器人的定位技术。设计了基于BDS的移动机器人定位系统和上位机移动机器人监控软件,在此基础上进行了定位性能测试。本文研究了 BDS的组成、信号结构、导航电文,从理论上推导了卫星定位原理,进行了精度分析。从误差的来源入手分析影响定位精度的三大主要原因。还介绍了移动机器人坐标转化、建立方法以及本课题所使用的NMAE协议语句。本文完成了基于BDS移动机器人定位系统总体设计,分别从硬件和软件两方面进行设计。硬件方面,着重介绍了为了实现巡逻机器人定位的模块,包括无线影音模块、卫星导航模块、数字传输模块、微处理器模块以及其他功能模块。软件方面,设计软件体系的总体设计,把软件系统按照结构划分为三大部分:BDS定位子系统、传感器子系统和上位机监控软件(主要功能是实现电子地图)。设计了 BDS定位程序,包括定位接收算法模块和定位信息解析模块,成功获得了移动机器人实时的经度、纬度、时间、海拔高度、机器人速度以及卫星的空间分布情况等等信息。分析了串口通讯和地图创建的关键实现方法,实现了友好的人机交互。采用无线数字传输的方式实现移动机器人的上位机监控软件通讯,并以此控制移动机器人。通过设计的无线数字传输协议与上位机电子地图定位软件进行数据通讯,实现了地图上的时时显示。在此基础上进行了 BDS静态定位与动态定位分析,得出基于BDS移动机器人定位系统的实际精度。最后,基于移动机器人定位系统进行了 BDS与GPS对比研究。从可视卫星数、卫星空间分布情况、精度因子、静态定位准确性和精密性、静态测速、动态定位等六方面进行BDS与GPS的对比,得出了 BDS优点与不足。分析了造成BDS与GPS定位差异的主要原因。本文所做工作提高了该轮式机器人的自动化水平,为后续的研究打下了良好的软硬件基础。

关键词： 区域封锁子弹药   北斗卫星导航系统   数据压缩  

摘要： 智能化、网络化的区域封锁子弹药系统是未来地雷场的发展方向。指挥控制中心要实现对封锁区域内子弹药分布的监控,首先要获取子弹药的经纬度信息,然后将经纬度信息传输回控制指挥中心。区域封锁子弹药工作环境复杂,采用北斗二代/GPS双模接收机来获取足够精度的子弹药定位数据。为了实现指挥控制中心与封锁区域内的子弹药进行通信,在封锁区域内设立网关子弹药和功能子弹药,网关子弹药通过无线局域网的方式采集功能子弹药的定位数据,然后通过北斗一代短报文将各功能子弹药的定位数据传输到控制指挥中心。 封锁区域内的子弹药数量较多,而北斗一代短报文的报文长度和通信频度有限,为了实现定位数据的高效传输,对各功能子弹药的定位数据进行详细的分析,删除冗余数据,采用半字节压缩算法对定位数据进行压缩。主要完成的工作和创新点有： 1)提出了采用普通北斗二代/GPS双模接收机来获取功能子弹药的定位数据。采用双模接收机一方面可以提高定位精度,另一方面提高定位数据的可靠性,另外通过分析和实验表明,普通接收机具有较高的相对定位精度。 2)提出采用北斗一代短报文通信功能来实现指挥控制中心对封锁区域的监控。相比其它无线通信方式,北斗一代短报文通信在服务区域内不受通信距离的限制。 3)针对定位数据量大而北斗一代短报文通信的报文长度和频度受限的矛盾,根据系统的应用范围和定位数据输出语句的特点,提出了只传输网关子弹药的全部经纬度信息,其它功能子弹药的定位信息只传输经纬度小数点后四位的数据提取方法,并采用半字节压缩算法实现定位数据的压缩。 通过本课题的研究,一方面扩展了北斗一代短报文通信的应用领域,另一方面,为解决北斗一代短报文通信瓶颈所采用的基于GNSS定位数据RMC语句的数据预处理和压缩算法也可广泛应用于其他领域。

关键词： 北斗卫星导航系统   伪距单点定位   数据处理   加权最小二乘算法  

摘要： 随着美国GPS的现代化,俄罗斯GLONASS系统的积极改进与完善,欧盟GALILEO系统以及中国北斗卫星导航系统BDS的兴起,使得全球卫星导航系统不断发展和壮大,中国的北斗导航系统在2012年年底已经形成了区域导航系统,并正式开始向亚太地区提供全天候的区域导航、定位和授时服务。　　本文在此背景下,针对目前北斗卫星导航系统5GEO+5IGSO+4MEO的星座图下所提供的静态定位服务,在桂林组建了北斗监测装置,分析了北斗系统在桂林的定位精度。首先阐述了GPS精密单点定位中的主要误差源及其改正模型,利用GPS精密单点定位算法,在桂林处理采用Novatel ProPak-V3接收机连续一周接收的GPS静态观测数据,解算出了桂林测试点的标准站标。　　其次,对已知站标利用基本北斗伪距单点定位算法,通过桂林在8月、9月、10月连续三个月的静态数据定位性能测试,分别得出在桂林95％置信度的定位精度B1频点为水平6.13m、高程7.84m和三维9.75m;B2频点水平7.67m、高程10.16m和三维12.77m;B1+B2频点为水平5.91m、高程9.12m和三维10.82m。。　　最后,为了更真实的反映BD2在桂林所能提供的定位精度,本文对北斗基本伪距单点定位算法进行了优化,加入了数据的预处理算法、一种基于互差中值原理的接收机自主完好性监测算法以及一种基于伪距残差的加权最小二乘算法,对同样的数据进行分析,得出其定位精度在B1频点下为水平4.39m、高程6.22m和三维7.69m;B2频点的定位精度为水平5.22m、高程7.35m和三维9.05m;B1+B2的定位精度为水平5.00m、高程6.95m和三维8.60m。从而进一步说明了目前北斗卫星导航系统的静态服务无论是单频用户还是双频用户在桂林均已能提供较为稳定的三维优于10m的定位精度。

关键词： 山区地形测量   全站仪   RTK  

摘要： 由于山区地形的一些特点，在山区大比例尺地形图测量时，测量仪器、测量方法的选择对成图质量和成图效率的影响极为重要，传统的全站仪测图在山区测量确有一些困难，本文通过实例阐述了在山区地形测图过程中的一些经验，利用RTK测量技术弥补了全站仪测图的不足之处，并取得了很好的效果。