一种顾及卫星几何分布的GPS/北斗组合定位定权方法

在GPS/北斗组合单点定位中,观测值定权通常采用两种方法:一种是先验定权,即利用两卫星系统观测值的先验方差来定权;另一种是验后定权,如Helmert方差分量估计。先验定权方法简单,但不精确;验后定权方法严密,但需要足够多的多余观测。由于位置精度因子(PDOP)能很好地反映卫星的几何分布状况,文中提出一种考虑PDOP信息的观测值定权方法,即在先验定权的基础上,进一步考虑了观测卫星空间几何分布情况。利用开阔环境和遮挡环境下的静态观测数据和动态观测数据进行分析。结果表明:在开阔环境下,考虑PDOP信息定权方法的定位精度和验后定权方法相差不大,并且二者均优于先验定权方法;在遮挡环境下,考虑PDOP信息定权方法的定位精度优于先验定权和验后定权方法。     

部分变量误差模型的整体抗差最小二乘估计

部分变量误差模型(partial EIV model)的加权整体最小二乘(weighted total least-squares,WTLS)估计不具备抵御粗差的能力。鉴于粗差可能同时出现在观测值和系数矩阵中,本文在提出部分变量误差模型WTLS估计的两步迭代解法的基础上,运用抗差M估计的等价权方法,发展了一种整体抗差最小二乘(TRLS)估计方法,并采用一致最大功效统计量确定降权因子。针对WTLS估计两步迭代解法的特点,设计了两个不同的降权方案:第1个方案是在估计系数矩阵元素时,不对观测值降权,仅对系数矩阵降权;第2个方案是在估计系数矩阵元素时,既对系数矩阵降权,同时也对观测值降权。通过对模拟2D仿射变换和线性拟合实例进行计算和分析,结果表明第1方案优于第2方案,并且优于基于残差和验后单位权方差的抗差估计和现有的变量误差模型抗差估计。     

北斗伪距单点定位的随机模型影响评估

北斗卫星导航系统包含3种不同类型的空间星座,相对应卫星的高度角存在一定的差异,对北斗卫星单点定位的影响也不同。针对这一问题,研究了等权模型、基于卫星高度角和信噪比的北斗卫星观测量随机模型确定方法。利用MGEX站提供的观测数据,通过比较不同模型的实验结果表明:相对于等权模型,基于卫星高度角和信噪比定权模型可以提高单点定位的精度,并且信噪比模型优于高度角模型;在基于信噪比确定权阵的随机模型中,选择不同的参数,对解算结果精度会产生相应的影响。     

GPS/BDS组合系统伪距单点定位模型精度分析

合理确定观测值权阵对于应用GPS/BDS组合系统提高单点定位的精度和稳定性十分重要.文章对GPS/BDS常用的几种定权模型等权模型、高度角随机模型、基于Helmert验后方差估计模型、顾及PDOP值的定权模型等进行了实验与分析.结果表明:基于Helmert的定权方法精度最高,进一步对其观测值的分类根据高度角进行改进并利用PDOP值的选星思想后,模型精度再次提高.研究结果可以为提高GPS/BDS组合系统伪距单点定位的精度提供参考.     

组合GPS／GLONASS精密定位的观测值随机模型

为了获得组合GPS／GLONASS精密定位结果，该文从理论和数值实例两方面分析了研究组合GPS／GLONASS观测值随机模型的重要性，提出了两种利用观测值的误差残差估计随机模型的方法，即验后估计法和方差－协方差迭代法。理论和数值结果表明，这两种随机模型估计方法与采用经验随机模型相比，可以提高整周模糊度解算的可靠性和定位精度，所提出的观测值随机模型估计方法理论上更严格，实践上可行，并建议采用方差－协方差迭代法估计组合GPS／GLONASS精密定位的观测值随机模型。     

GPS随机模型最优不变二次无偏估计算法及实现

目前GPS基线解算通常采用简化的等权随机模型,在复杂观测环境下采用该模型将影响定位结果的精度和可靠性。本文结合方差-协方差分量估计理论,论述了利用最优不变二次无偏估计(BIQUE)方法建立GPS精密随机模型的迭代算法,并进行了相应的软件模块设计。算例分析结果表明,该算法用于GPS随机模型精化是可行的,与等权随机模型比较,所建立的GPS双差观测值方差-协方差阵更符合实际,能有效地提高整周模糊度的可靠性和定位精度。     

利用卫星高度角和信噪比提高GPS定位精度的试验分析

GPS基线解算通常基于观测值独立且同精度的假设建立等权随机模型,在复杂环境下采用该模型往往无法满足高精度的定位要求。文中从研究卫星高度角、信噪比与GPS观测值质量之间的关系出发,利用卫星高度角、信噪比信息分别建立相应的精密随机模型。通过对试验结果分析对比,验证了基于卫星高度角和信噪比的随机模型的可靠性和其提高GPS定位精度的有效性。     

单目视觉Tukey权因子模型室内位置测量

面向室内导航和定位的需求,本文提出了一种基于编码图形和单目视觉传感器相结合的室内移动载体位置测量方法。首先,优化设计了一系列用于移动载体空间位置计算的编码影像,利用轮廓匹配、矩计算和映射匹配相结合的方式实现空编图形的识别与定位。其次,针对编码图形中心像方坐标观测值提取残差,构建了基于单位权和Tukey权因子模型的空间后方交会方法,基于两种权重因子分别计算了移动载体的观测值残差权重,分析了不同残差的观测值对结果的影响程度。然后,构建了4组实验环境,从不同角度获取了观测影像,并进行了数据处理与分析。最后,通过实验验证,表明基于2种权因子模型的方法均能够实现载体位置的计算,但基于Tukey权因子方法具有更高的精度,平面精度提高了29.76%—49.42%,高程精度提高了29.17%—74.07%。本文方法能够为室内空间移动载体提供高精度的导航和定位测量服务。     

全国天文大地网各类方向观测值之权的检定

为了检验和评定我国天文大地网各类方向观测值之权的合理性和正确性,本文给出了两种方法: 1、由赫尔默特的简化计算公式,以估算各类方向观测值的方差和它们的权的最佳估值(?); 2、在一定精度要求下求定各类方向观测值的权的选取范围。 通过计算和分析,我们认为:我国天文大地网平差时给出的各类方向观测值的权P_i是较为合理的。     

稳健初值的选权迭代法剔除DEM数据粗差

本文将抗差估计的思想融入到数字高程模型粗差探测的算法中,设计出对模型误差、特别是粗差具有抵抗能力的粗差探测算法.稳健初值的选权迭代法即为抗差估计的一种,首先是通过线性规划的单纯形解法来计算观测值的残差,然后再根据残差和有关的参数,按所选择的权函数,计算每个观测值的权,经过迭代计算求得观测值的残差,然后按照统计检验的方法...     

基于最优权组合方法的采矿区沉降预测

针对现有单一模型只能满足1个点预测的要求,缺乏采矿区整体下沉研究与精度评价的问题。本文利用组合预测的思想,以成熟的神经网络模型与非等间隔灰色模型为预测单模型,并以某矿区全倾向观测数据与半走向观测数据为基础,以最优权组合思想实现两种单模型的有效结合。采用概率积分法求参的方法验证工作面沉陷预测精度,采用预测值与实际值求参时所得结果相差指标在合理范围内,验证了最优权组合预测方法在矿区沉降预测中的可行性与适用性。     

卫星观测值精度分析及随机模型精化

通过MGEX观测网CUT0测站连续10天的观测数据,采用零基线单差模型方法求解单差残差序列,并推导出北斗GEO／IGSO／MEO卫星观测值噪声。统计观测值噪声随高度角变化的情况,采用最小二乘拟合的方法建立精化的高度角随机模型。结果表明:北斗三类卫星的观测精度略有差别,精度从高到低依次为MEO、IGSO、GEO;B1频率相位观测精度约为伪距的129倍,B2频率约为118倍;北斗卫星伪距观测值的精度要稍优于GPS,相位观测值的精度与GPS相当。最后,基线测试结果表明,精化后的随机模型提高了单历元动态定位的精度,平均点位精度提高了42.1％,N、E、U方向各分量RMS改善的百分比分别为:31.6％、15.3％、31.4％。      

基于多观测量组合的北斗系统伪距方差自适应估计方法

北斗卫星导航系统是我国自主研发的卫星导航系统,具有地球静止轨道、倾斜地球同步轨道及中圆轨道三种卫星的混合星座,同时播发B1、B2和B3三个频点观测值,传统确定观测值向量权矩阵的方法已无法满足北斗卫星导航系统定位的需求,需要探索研究确定北斗卫星导航系统观测值向量方差-协方差矩阵的新方法,以合理使用北斗卫星导航系统观测量,提高系统服务性能。为此,提出了一种基于伪距和相位线性组合的北斗卫星导航系统伪距方差实时自适应估计方法:首先,基于北斗卫星导航系统载波相位和伪距观测值,利用观测值线性组合,构造伪距方差统计量模型;其次,充分考虑北斗卫星导航系统卫星星座特点和多路径影响,引入渐消因子,分别统计伪距均值和方差;最后,基于伪距方差统计值,构造观测值向量权矩阵。新方法克服了传统确定方差-协方差矩阵方法的局限性,能够较真实地反映北斗卫星导航系统伪距观测值向量的随机特性,可有效提高伪距单点定位精度和载波相位模糊度固定效率。北斗卫星导航系统用户机实测数据计算结果表明,基于伪距方差自适应估计的北斗卫星导航系统单点定位精度可提高约3m,模糊度成功固定时间缩短至18个历元。     

一种顾及观测质量信息的自适应抗差Kalman滤波方法

针对观测数据含有异常粗差且无多余观测的应用情形,提出一种顾及观测质量信息的自适应抗差Kalman滤波方法。该方法两步计算得到自适应因子和抗差等价权矩阵,即首先利用顾及观测质量信息的抗差Kalman滤波得到消除观测粗差影响的参数估计值,然后根据该值构造动力学模型误差判别统计量并计算自适应因子。以某边坡GPS变形监测数据序列处理为例,利用RPDOP(Relative Position Dilution of Precision)值作为观测质量信息进行处理分析,结果表明该方法能够有效控制动力学模型误差和观测粗差对滤波估值的影响。     

多参数信息扩散估计的精度评定

作为一种稳健估计方法,同选权迭代估计一样,信息扩散估计也是通过对粗差观测值降权达到抗差效果,由于不需迭代,信息扩散得到的权就相当于迭代稳定后的权.在此思想基础上,讨论高斯-马尔柯夫模型下多参数信息扩散估计的精度评定方法.     

再生权最小二乘法

稳健估计方法能在观测值中不可避免地存在粗差时有效地消除或减弱它们对参数估计的影响,稳健估计方法也是测量数据处理的常用方法。本文充分利用独立观测值改正数之间应满足的条件方程提供的有效信息构造观测值的权,提出了一种稳健估计方法—再生权最小二乘法（Self-born Weighted Least Squares（SBWLS））。不同观测值数量、不同粗差数量（1-3）和不同粗差数值（5和10倍的中误差）的三个水准网仿真实验结果说明,再生权最小二乘法比常用的13种稳健估计方法能更有效地消除或减弱粗差对参数估计的影响。     

GNSS/里程计组合定位抗差估计法

利用Kalman滤波进行GNSS/里程计组合定位难以实现两种传感器的最优利用。针对轮轨相对运动时里程计数误差增大的情况,提出了对GNSS位置导出里程、速度导出里程和里程计输出里程使用抗差最小二乘求取最优里程;并使用中位数求取抗差迭代初值。增加GNSS测速里程观测值,提高了观测冗余,有利于计算抗差初值。抗差等价权能够平衡3种观测值的比重,增强鲁棒性。计算结果表明,引入速度信息的抗差解法优于单一传感器定位解;也优于传统滤波解法。     

顾及海面多路径的PPP自适应选权随机模型

针对适合ZWD估计的Cosine平方PPP随机模型存在仅考虑大气对GNSS观测值的影响,而认为多路径误差对观测信号影响权重一致的问题,该文由舰船横纵摇作用下海面多路径效应的变化规律入手,结合海浪反射面对反射信号影响的研究,对Cosine平方PPP随机模型进行了改进,提出基于舰载GNSS使用的顾及动态海面多路径效应的PPP自适应选权随机模型。实验表明,基于自适应选权随机模型求解的ZWD精度较改进前误差减少30%左右,且海面多路径效应越强,精度提高效果越好。在基于舰载GNSS反演海上水汽含量的应用中,利用该模型可有效减少舰船摇摆情况下海面强多路径效应对ZWD反演精度的影响,保证ZWD满足水汽含量转换的精度要求。     

利用基于抗差垂直向方差分量估计的GPS-InSAR数据融合方法反演三维形变场

GPS-InSAR数据融合解算三维形变场模型易受观测值粗差影响,且基于方差分量估计的定权方法不具备抵御粗差能力,计算效率低下。鉴于此,本文提出了一种基于抗差垂直向方差分量估计的GPS-InSAR融合解算模型,利用方差分量估计方法及抗差估计理论,通过对观测值最优化分类并进行选权迭代,精确分配权重,进而有效计算三维形变场。试验结果表明,该方法能有效抵御观测值粗差不利影响,提高三维形变场反演精度,提升逐点式计算的三维形变场效率。     

再生权最小二乘法研究

稳健估计方法能在观测值中不可避免地存在粗差时有效地消除或减弱它们对参数估计的影响,稳健估计方法也是测量数据处理的常用方法。本文充分利用独立观测值改正数之间应满足的条件方程提供的有效信息构造观测值的权,提出一种稳健估计方法——再生权最小二乘法(SBWLS)。不同观测值数量、不同粗差数量(1~3)和不同粗差数值(5和10倍的中误差)的3个水准网仿真试验结果说明,再生权最小二乘法比常用的13种稳健估计方法能更有效地消除或减弱粗差对参数估计的影响。