桥梁变形观测中GPS数据处理方法的研究

对桥梁变形体利用GPS进行变形监测,并通过GPS接收机随机软件进行外业观测数据的解算,研究GPS数据处理中解算基线向量时观测历元、截止高度角参数的最佳设置方法及平差模型的选择,以提高解算精度,为其他同类工程提供一定的参考.     

不同解算条件下PANDA软件静态精密单点定位分析

分析了PANDA软件精密单点定位的数据处理策略,并采用SDCORS网 81个测站2012年第一周的GPS观测数据进行静态精密单点定位处理,通过得到的各测站年积日001～007的单天解进行统计分析,验证了该软件在山东区域进行精密单点定位的精度及可靠性。通过对比分析,研究了不同卫星截止高度角、不同对流层映射函数、不同星历钟差产品以及不同观测数据时长对其精密单点定位精度的影响。结果显示,当卫星截止高度角设置为10°、采用GMF对流层映射函数、利用精密星历和钟差、观测数据时长超过18 h时,PANDA软件静态精密单点定位的精度能够达到2 cm.      

GPS基线解算方案的选择

针对基线解算质量的提高,除了在野外观测时必须按要求采取相应措施减少各种不利因素的影响外,还需要在必要时通过一定的手段来改进基线向量成果,提高网平差精度。通过南方测绘GNSS数据处理软件对不同卫星高度截止角、历元间隔、参考卫星的选择进行了研究,重点对比分析了各种基线解算方案对基线解算结果的影响,为使用者进行GPS基线解算提供有益的参考。通过实验数据的对比分析可知:在用软件进行基线解算时,需要综合考虑卫星数目的多少、同步观测时间,以及卫星的追踪总结图等。     

病态与稳健总体最小二乘平差方法若干关键问题研究

经典测量平差方法通常是假设观测向量仅含有随机误差,在观测向量残差范数最小的准则下求模型参数的最优估值。而实际上,由于数据采样大小、模型化以及测量等原因,在测量数据处理中观测向量和模型系数矩阵同时含有误差的情形屡见不鲜。此时,若仍然利用最小二乘方法进行平差,其结果将是有偏的。为了提高参数估值的精度,研究新的测量数据处理理论与方法势在必行。总体最小二乘方法能同时顾及观测向量和模型系数矩阵的误差,近年来得到了测绘工作者的广泛关注和研究。     

水平角和高度角测量值的二维倾斜改正算法

在进行常规的水平角和高度角测量时,都需要将测量仪器精确整平或通过仪器的自动补偿功能对观测值进行改正。但是部分设备如普通光学经纬仪、测量相机等测量仪器不具备精确整平或自动补偿的功能,影响了水平角和高度角的观测。本文提出了一种水平角和高度角测量值的二维倾斜改正方法。利用倾角传感器检测测量仪器的二维倾角,并根据倾角值对水平角和高度角的观测值进行改正。实验表明:利用该方法只需将测量仪器概略整平,即可将水平角和高度角观测值从测量平面改正到水平面;并且能够估计其精度。     

利用智能手机GNSS信噪比反演三维地图的方法

本文利用智能手机GNSS信噪比观测值在建筑物周围的变化特征,分析其与建筑物对GNSS信号遮挡的关系,提出了一种二维概率地图的概率消减反演算法和建筑高度的邻近边界点体素化反演算法,进而采用大量观测数据反演三维地图,并对反演精度进行分析。试验结果表明,在5m栅格地图上,取高度角为5°以上卫星的GNSS信噪比数据,达9000历元时各项精度趋于稳定,超过12000历元时反演的建筑物中心坐标、建筑面积、角点点位及建筑高度综合效果最佳。其中心点位误差为1.16~1.74m,面积误差为1.12%~2.39%,角点误差绝对均值为5.00~5.30m,均方根误差为5.82~6m,建筑高度误差为0.04~2.1m,基本实现了利用智能移动终端GNSS信噪比数据反演三维地图的目标。     

地基GPS倾斜路径水汽计算方法研究

介绍了倾斜路径水汽的计算原理及微波辐射计探测水汽的方法,利用GPS与微波辐射计WVR的并址观测站2002年5月26日的观测数据进行实验,证明利用地基GPS可以实现倾斜路径上可降水汽量(SWV)的计算,其与WVR观测值的偏差平均值为1.83 mm,均方根误差为4.23 mm.实验同时证明:倾斜路径水汽含量与卫星高度角有很强的关系,高度角较低时,误差较大,高度角较低时,误差较小.     

基于观测值质量指标的GPS观测量随机模型分析

卫星高度角、载噪比及信号强度是反映GPS观测值质量的重要指标,基于这些指标的随机模型可进一步削弱GPS残余大气延迟、衍射以及多路径效应等误差的影响,但这些随机模型对不同误差的处理效果具有一定差异.为合理利用这些随机模型,利用实际观测数据进行了比较计算,结果表明信号强度和载噪比随机模型的效果基本一致,当观测数据中载噪比输出时,可用信号强度代替载噪比建立随机模型;信号强度和载噪比随机模型对削弱衍射误差十分有效,而高度角随机模型能更有效地削弱残余对流层延迟误差.     

矿区地表沉陷监测数据处理系统设计

结合Excel和VBA等功能编制一套适合矿区开采沉陷地表移动观测数据的处理系统。该系统可自动化处理地表移动观测数据,改进了Excel绘制带平滑线散点图坐标轴标注的功能,并完成相应的移动变形曲线图的绘制,最后利用实测数据进行角值参数求取及概率积分法参数求取。实践证明,该处理系统兼容性高、操作简单、自动化程度高,完全能够满足矿区开采沉陷监测数据处理的需要。     

GPS网观测时间对观测精度的影响分析研究

利用实测GPS网数据制定了不同的观测时间的数据处理方案，对观测时间对计算精度的影响进行了细致的分析研究，通过大量的统计分析给出了不同观测时间所能够达到的精度范围。     

VLBI中性大气折射延迟的研究进展——天顶延迟的改正模型

大气传播延迟是空间大地测量技术的主要误差源,特别是在低高度角的观测情况下尤其如此。因此,大气折射改正的研究仍然是当代新空间技术研究的重要课题之一,完善大气折射理论不仅可以改善新技术的归算精度,而且有希望降低仪器的观测截止角,提高仪器的使用效应。详细地综述了对流层大气折射延迟研究的基本概念和理论方法,探讨了对不同精度要求和不同高度截至角的VLBI观测可以采用的大气折射延迟模型的计算方法。     

卫星摄影三线阵CCD影像的EFP法空中三角测量(一)

系统地介绍了EFP法空中三角测量的基本思想、EFP像点坐标计算、平差的数学模型和卫生摄影测量的数字模拟,并以模拟数据进行了自由网＋控制点平差、外方位元素量测值参与平差、外方位元素量测值常差的分离以及区域平差等实验计算和实验结果分析。通过研究分析得出结论：（1）三条基线的航线可以保证三线阵CCD影像光束法平差的几何强度;（2）控制点可以布设在航线首末端,二线交会区的高程精度比三线交会区仅低约1.4因子;（3）外方位元素观测值是三线阵CCD影像光束法平差不可缺少的数据,经过平差可以不同程度地提高平差的高程精度。即使外方位元素观测值达到现代的精度,光束法平差的高程精度仍比直接前方交会高,所以三线阵CCD相机比单线阵、双线阵相机在全球性无控制卫星摄影测量或外星球摄影测量方面有更大的优势。     

基于GPS和北斗信噪比观测值的雪深反演及其误差分析

利用GNSS反射信号反演雪深具有全天时、全天候、数据量大、成本低等突出优点。本文围绕基于信噪比观测值的雪深反演方法,利用参加中国北极科学考察的机会在黄河站设计了GNSS-R试验,采集了GPS和北斗的双频信噪比观测数据,详细讨论了高度角范围、弧段长度、卫星数量、方位角、时间尺度、星座结构、信号频率、信噪比强度等多种因素对雪深反演结果的影响。通过大样本、质量控制、误差分析等手段,雪深反演精度和可靠性得到有效提高。根据误差分析的结果,本文推荐的反演策略如下：选择高度角范围为5°~25°、信噪比强度较高的L1和B1I观测值,充分利用多颗卫星和4个方位角的大量观测数据,在一天的时间尺度上,可以实现5 cm的反演精度。另外,弧段长度、星座结构、信号频率等对反演结果的精度影响较小。     

卫星摄影三线阵CCD影像的EEP法空中三角测量（三）

4 平差方案及模拟数据平差实验4.1 自由网+控制点空中三角测量由前方交会(2.1)式,后方交会(2.2)式以及外方位元素平滑制约条件(2.3)式,可以构成类似经典的光束法空中三角测量,但由于EFP像点坐标是推算出来的,所以控制点不宜直接参与平差过程.于是平差要分成自由网平差及利用控制点作三维线性变换两个步骤.另一方面,卫星摄影中起始角元素大约在±0.5°左右,对于经典空中三角测量,角元素起始近似值均可按零处理.但在EFP平差中,φ角起始值φ0对空中三角测量,像元素起始近似值均可按零处理.在EFP平差中,φ角起始值φ0对整条航线的几何状态影响很大,必须采用特殊的程序预先加以确定.我们采用不断步进φ角值,比较由前方交会及(1.2)式计算的Y视差的均方根值最小者,即作为φ的最佳起始值.平差框图见图4.     

在线精密单点定位性能分析

对在线精密单点定位技术进行测试,分析了它的动态、静态定位精度和收敛速度,以及多系统卫星观测对这两者的影响。结果表明,在线PPP静态定位单天解的精度在水平方向可达mm级,高程方向可达mm~cm级,可在10~20 min内收敛;静态数据模拟动态解算的精度水平方向为2~3 cm,高程方向为4~5 cm,而实际动态数据的解算精度略低于此精度。GPS/GLONASS组合系统能加快定位收敛速度,尤其在GPS系统观测条件较差的情况下,能够同时显著提高收敛速度和定位精度。     

On optimal filtering of GPS dual frequency observations without using orbit information

The concept of optimal filtering of observations collected with a dual frequency GPS P-code receiver is investigated in comparison to an approach for C/A-code units. The filter presented here uses only data gathered between one receiver and one satellite. The estimated state vector consists of a one-way pseudorange, ionospheric influence, and ambiguity biases. Neither orbit information nor station information is required. The independently estimated biases are used to form double differences where, in case of a P-code receiver, the wide lane integer ambiguities are usually recovered successfully except when elevation angles are very small. An elevation dependent uncertainty for pseudorange measurements was discovered for different receiver types. An exponential model for the pseudorange uncertainty was used with success in the filter gain computations.     

基于一阶模型补偿的GNSS RTK参考站数据预报策略

针对相对定位过程中基准站通信中断的情况,本文作者提出了一种对基准站数据进行高精度预报,维持向参考站提供延迟差分修正信息的思路. 对影响全球卫星导航系统(GNSS)观测值预报的卫星星历误差、电离层、对流层等误差源进行分析,比较了各类误差源对延迟时长的敏感程度. 实验结果显示:预报误差随着预报时长增加线性累积,且与卫星高度角负相关;当高度角低于10°时,预报5 min造成的误差可达174.6 cm. 同时,为提高数据预报精度,利用一阶线性模型计算误差累积速率,并补偿至预报观测值. 补偿后,上述预报累积误差削弱至64.4 cm. 定位结果表明:当基准站数据缺失1 min时,经一阶线性模型补偿预报后,零基线实时定位(RTK)定位结果在,东(E)、北(N)、天(U)三个方向均方根误差(RMSE)分别为0.37 cm、0.41 cm、0.86 cm,较未补偿时提升71.1%、77.2%和90.0%;当预报延迟为5 min时,仍能保持cm级解算精度.      

基于比例整体最小二乘的GPS高程拟合

针对GPS高程拟合过程中GPS基线观测量和水准高程观测量含有误差且残差中误差不相同的情况,在整体最小二乘(TLS)基础上引入比例因子λ来确定残差中误差的大小,即比例整体最小二乘(STLS)。实例计算表明,STLS比TLS和LS能够得到更好的估计参数,高程异常值拟合精度也相应提高。     

GPS双频非差周跳探测修复SET法

分析了TurboEdit方法中MW组合和GF组合的缺陷,提出了GPS双频非差周跳探测修复SET（satellite elevation TurboEdit）法。设计了自适应滑动窗口模型对MW组合进行改进,避免了在低高度角时引入多径误差和噪声误差对后续处理精度的影响,增强了对小周跳的探测与修复能力。对GF（geometry-free）组合中引入的伪距误差采用历元间求差法进行替换,同时在卫星低高度角时,对其探测阈值引入高度角加权系数,有效剔除虚假周跳,提高周跳探测成功率与可靠性。在探测出周跳后,联合两种方法组合进行周跳修复。实验结果表明,SET法能够有效地抑制低高度角时的多径效应和观测噪声,降低周跳误探率,并对周跳进行有效修复。     

利用嫦娥一号激光高度计数据制作月球DEM的方法研究

本文结合嫦娥一号卫星(CE-1)激光高度计产品数据,研究卫星激光测距数据处理和数字高程模型(DEM)制作的方法。通过滤波实验分析,构造了符合月球地形特征的经验滤波器,并确定了适合LAM数据的滤波窗口大小和地形滤波参数。结合实验结果改进了滤波流程,并对实验区滤波。利用滤波后的数据对八种基本的插值方法进行实验,通过计算插值精度、比较地形晕渲图以及地形剖面细节,评价和比较各方法的插值结果,由此得到结论,克里金插值方法较其他七种方法更适用于月球地形规则格网的生成。最后结合月海和高地两个典型区数据,验证了该套DEM提取方案对不同地形特征区域的适用性。从而,为利用CE-1激光高度计数据开展月球科学研究的科研人员,提供一套行之有效的地形数据处理参考方案。