GPS水准拟合优化方法研究

DANG Jintao;MA Guoyuan(Troops 63883, Luoyang 471322, China)     

改进的GNSS水准地球重力场模型评价

利用GNSS水准进行地球重力场模型精度评价是一种常用的外符合精度评价方法。针对GNSS水准与模型大地水准面高常存在较大的偏差,且常用的数学拟合方法会掩盖造成系统偏差的因素这一问题,该文分析了GNSS测量大地高的时变影响、全球大地水准面与水准测量起算面之间的区域性基准差,同时提出了顾及时变影响的GNSS水准地球重力场模型评价方法。     

适用于工程测量三、四等水准要求的GNSS水准方法研究

针对传统水准测量效率不高而全球卫星导航系统（GNSS）静态测量所得大地高又被闲置的问题,给出了提高高程测量精度的方法和相应措施.通过对模型组合的选定,开发了双模型高程异常计算软件.基于三、四等水准测量的技术标准,提出在卫星定位静态测量中相应的观测要求,经过在全国多个不同地方的施工现场验证,实现了卫星静态测量达到三等水准测量的精度.研究实验结果表明:对工程测量中三等及以下的高程控制测量任务,按文中静态测量要求,并运用双模型高程异常计算软件,可以与平面控制测量同时轻松完成.      

GPS水准移动曲面法及其改进方法的研究

在简要分析了GPS水准拟合几种主要方法优缺点的基础上,重点探讨了移动曲面法和顾及重力似大地水准面模型（地球重力场高程异常模型）的改进移动曲面法的特殊优点,指出了GPS水准拟合有待进一步研究的内容。     

利用GNSS/水准实现长大隧道群高程传递的方法研究

针对长大隧道群工程的特点, 对利用GNSS/水准数据实现长大隧道群高程传递的方法进行了研究。首先根据工程实际情况建立隧道独立坐标系;然后忽略垂直隧道延伸方向高程异常变化, 并综合考虑GNSS/水准数据、地球重力场模型及数字地形模型, 基于移去-恢复法实现高程传递;最后利用某一长大隧道群高精度的GNSS/水准数据进行了精度分析, 计算结果表明, 二、三次曲线拟合模型或二、三阶切比雪夫多项式拟合模型比较适合长大隧道群的高程传递。本试验中高程传递方法能达到较高精度, 可满足较复杂测区长大隧道群工程对正常高的需要。     

大范围GNSS水准与重力场模型间的系统偏差校正

大范围GNSS水准数据是评估重力场模型精度的重要独立数据源,通常大范围GNSS水准数据与地球重力场模型所对应的大地水准面不一致,导致两者间会存在系统偏差,该系统偏差会影响直接利用GNSS水准数据评估重力场模型精度的效果。本文以利用美国24 152个GNSS水准数据评估EIGEN-6C4重力场模型精度为例,提出采用分区常系统偏差校正法和四、五、七参数校正法校正两者间的系统偏差。试验结果表明,分区常系统偏差校正法和四、五、七参数校正法均可以有效校正两者间的系统偏差,系统偏差校正后,2160阶次的EIGEN-6C4模型在美国区域内的高程异常精度优于10 cm。     

GNSS高程代替五等水准在既有铁路改造工程勘测项目中的应用

全球卫星导航系统实时动态(GNSS-RTK)技术已广泛应用于各工程领域测量中,文中简述了GNSS-RTK技术在铁路改造项目中应用的原理和优点. 利用区域控制网对水准点进行采集,将成果添加到点校正集中进行后校正. 将既有铁路改造项目与水准测量高程成果数据进行对比,得出通过增加一定数量的高程点、参与点进行校正. RTK高程能够达到五等水准高程的精度,在平原或山区地带类似项目应用中具有一定的借鉴意义.      

GPS水准移动曲面法功能新探

在简要分析了GPS水准拟合几种主要方法优缺点的基础上,重点探讨了移动曲面法和顾及似大地水准面模型的改进移动曲面法的特殊优点,指出了GPS水准拟合今后有待进一步研究的内容。     

基于EGM2008模型的区域GNSS高程拟合分析

针对水准测量工作较为繁重的问题,本文采用一种基于重力场模型的GNSS高程拟合方法。通过采用已知GNSS水准点计算高程异常,与EGM2008模型计算的高程异常求差值。利用二次多项式拟合方法求出待定参数,将其他GNSS水准点作为检核点,求出EGM2008模型拟合的GNSS高程,与检核点水准高程比较验证,得出不同地形区域GNSS高程拟合时所能达到的精度都优于3 cm。实验结果表明:该方法只用少量的GNSS水准点就能满足工程应用所需的厘米级精度,可为一般工程测量工作提供理论研究与工程应用参考。     

似大地水准面拟合中已知点的选择

似大地水准面的拟合是测绘中的一个热点问题,其中已知点的选择对似大地水准面拟合结果有显著影响。文中探讨似大地水准面拟合中已知点的选择问题,分析比较传统手工方法、全组合法与逐点剔除法选择已知点,并用实际算例验证逐点剔除法的优点,所得结论对实际工程应用具有一定的参考价值。     

GNSS水准自适应联合平差

将水准高差观测值与GNSS垂直运动速度作为观测值,利用联合平差方法实现GNSS水准自适应数据融合。均匀选取大地高变化与正常高变化一致的GNSS水准点作为约束点,实现GNSS垂直运动与水准垂直运动的有效匹配;利用方差分量估计方法自适应整体调整水准高差观测值权阵与GNSS垂直运动速度观测值权阵之间的比例关系;采用相关等价权函数抑制异常观测值的影响,提高联合平差的精度。以山东境内二等水准网及GNSS控制点数据为例,该方法能够实现GNSS与水准高程变化的有效融合,提高高程变化分析的可靠性。     

重力场模型及GNSS/水准的区域似大地水准面精化

针对现有地球重力场模型综合利用研究较少的情况,该文利用实测全球导航卫星系统/水准数据分析GOCO03S、ITG-GRACE2010S、GO_CONS_GCF_2_DIR_R4、GO_CONS_GCF_2_TIM_R4和EGM2008等地球重力场模型不同谱域位系数对应的高程异常精度,提出对多类重力场模型进行简单谱组合和加权谱组合,并进行精度分析;然后利用这两类组合重力场模型,结合全球导航卫星系统/水准数据对区域似大地水准面的精化展开研究。计算结果表明:在实验区域,与EGM2008模型相比,采用简单谱组合法和加权谱组合法均能提高模型高程异常的精度,标准差最优分别可达0.081m和0.084m,对应精度提高幅度分别为40.9%和38.5%;以多类重力场模型为基础,经简单谱组合法或加权谱组合法得到组合重力场模型,并利用全球导航卫星系统/水准数据进行精化,可获得较高精度的区域似大水准面,精度最优可达0.048m。     

Mutual validation of GNSS height measurements and high-precision geometric-astronomical leveling

The method of geometric-astronomical leveling is presented as a suited technique for the validation of GNSS (Global Navigation Satellite System) heights. In geometric-astronomical leveling, the ellipsoidal height differences are obtained by combining conventional spirit leveling and astronomical leveling. Astronomical leveling with recently developed digital zenith camera systems is capable of providing the geometry of equipotential surfaces of the gravity field accurate to a few 0.1 mm per km. This is comparable to the accuracy of spirit leveling. Consequently, geometric-astronomical leveling yields accurate ellipsoidal height differences that may serve as an independent check on GNSS height measurements at local scales. A test was performed in a local geodetic network near Hanover. GPS observations were simultaneously carried out at five stations over a time span of 48 h and processed considering state-of-the-art techniques and sophisticated new approaches to reduce station-dependent errors. The comparison of GPS height differences with those from geometric-astronomical leveling shows a promising agreement of some millimeters. The experiment indicates the currently achievable accuracy level of GPS height measurements and demonstrates the practical applicability of the proposed approach for the validation of GNSS height measurements as well as the evaluation of GNSS height processing strategies.     

改进的GNSS/SINS组合导航系统自适应滤波算法

GNSS/SINS(global navigation satellite system/strapdown inertial navigation system)组合导航系统已得到广泛的应用与研究,当处于复杂环境时,GNSS输出容易出现误差均方差突变、误差均方差缓变、硬故障和软故障4种现象,进而影响组合导航系统滤波精度及载体的导航安全。为了解决上述问题,提出了一种改进的GNSS/SINS组合导航系统自适应滤波算法。首先,利用滤波过程中的观测异常检验统计量与滤波器门限值构建观测因子,然后,将变分贝叶斯原理与抗野值滤波方法结合,设计了改进的组合导航系统自适应滤波算法。仿真实验表明,相较于传统算法,当GNSS输出误差均方差发生变化时,所提算法可将位置精度及速度精度提高11.8%及13.7%;在GNSS输出发生硬故障时,所提算法可将位置精度及速度精度提高70.8%及69.6%。实验结果表明,所提算法具有较强的自适应性,可提升复杂环境下组合导航系统的精度和连续可用性。     

一种顾及几何精度因子的GNSS控制网构型选站方法CSCD

在相对定位基线解算过程中,控制网约束点坐标位置的选取对数据解算精度有一定的影响.讨论了顾及最小几何精度因子(GDOP)值控制网构型选站方法,对全球MGEX(Multi-GNSS Experiment)测站进行6个约束点基准站的选择,利用北斗二号/北斗三号(BDS2/BDS-3)的实测数据,对全球18个连续监测评估系统(iGMAS)观测站的站坐标进行解算,并与全球格网化随机选站法选站结果的解算精度进行对比.实验结果表明:相较于格网化随机选站法,采用顾及GDOP值选站法进行相对定位基线解算时,6000 km以上的基线长度标准差值能够提高约7 mm;长基线在东(E)、北(N)、天顶(U)三方向的标准差值精度提升约5 mm;待定点的点位精度能够提升约40%.可以看出采用GDOP法选站可以提高BDS-2/BDS-3相对定位解算精度.     

一种改进的GNSS／INS非相干深组合导航

针对GNSS／INS非相干深组合导航中通道滤波器状态模型中信号幅值估测不准而导致跟踪环路观测噪声较大的问题,提出了一种改进的GNSS／INS非相干深组合导航方法。该方法通过去除通道滤波器中信号幅值状态变量,增加载波相位变化率加速度误差,重新设计了通道滤波器数学模型。仿真结果表明：相比于传统的非相干深组合导航方法,这种滤波器的跟踪性能与导航精度有了进一步提高。