北斗二代观测值质量分析及随机模型精化

对北斗观测值进行了质量分析,包括观测值的信噪比、多路径和解算的单差残差时间序列随高度角的变化情况。北斗载波相位单差残差随高度角的统计可为高度角加权和信噪比加权进行模型精化,从而获得适合北斗卫星载波观测的随机模型。实验分析表明,北斗系统的观测值质量要稍优于GPS观测值质量,尤其是在卫星高度角较小时表现明显。同时北斗观测值的残差分析为北斗定位中随机模型的建立提供依据。     

考虑随机模型精化的精密GPS动态定位新方法

GPS动态定位要求建立函数模型和随机模型。函数模型描述的是观测值和待估参数之间的物理和几何关系，随机模型描述了GPS观测值的统计特征，并通过观测值的方差协方差给定了每个观测值对最后的定位结果的贡献。正确给定函数模型和随机模型对于GPS定位结果的估计和观测值的粗差探测均至关重要。由于有各种误差存在于伪距和载波相位观测值中，一般GPS动态定位模型均采用双差观测值来构建函数模型。有时候，仔细地使用单差观测值，较之双差观测值有更多的优点，给出了选用单差观测值的理由。但是单差观测值给函数模型带来了接收机钟差，如果直接使用单差观测方程，设计矩阵是奇异的。为了解决这个问题，将伪距观测值中接收机钟差项和接收机延迟项合并为一个新的未知参数。至于载波相位观测值，首先选定一个参考卫星，然后在观测方程的右端同时增加一正一负的参考卫星单差整周模糊度，将正项与接收机钟差项和接收机延迟项合并为一个新的未知参数，将负项和原观测方程中的单差整周模糊度项合并为双差整周模糊度，而参考卫星观测方程的模糊度项则为零，这样无须组建双差观测值，软件实现较容易，也可以直接使用LAMBDA法求整周模糊度，最终也解决了观测方程奇异的问题。准确理解观测值的统计特征是建立GPS随机模型的基础，长期以来GPS商业软件均采用简化模型。关于GPS随机模型的研究远没有函数模型那样受到广泛关注，静态GPS定位可以采用方差协方差分量估计等严密的方法，而动态定位无法承担方差协方差分量估计的计算负担。GPS观测值的信噪比(SNR)是GPS接收机观测过程中的副产品，影响SNR值的因素，如大气层、多路径、接收机内部电路等，也正好是GPS观测值的误差源，因此GPS观测值的方差与SNR存在一定的对应关系。利用这个对应关系来精化GPS随机模型。为了验证本文采用的函数模型的正确性和随机模型的有效性，我们对1999年的一次实测数据(包括零基线和短基线)进行了试算。与零基线的真值和GPSurvey 2．35处理的短基线静态结果比较，表明使用的函数模型是正确的。简化随机模型和精化随机模型处理的结果比较说明精化模型提高了基线处理的精度，同时说明了研究GPS随机模型精化的必要性。     

基于残差统计的三类北斗卫星随机模型估计与特性分析

基于北斗卫星的几何观测模型,处理3种型号接收机的4组短基线和零长度基线北斗观测数据,通过与MINQUE方法估计的随机模型进行比较,验证直接利用残差估值计算北斗观测值随机模型的可行性;在此基础上分析北斗卫星观测值高度角相关的精度、交叉相关性、空间相关性和时间相关性;结果表明北斗对地静止轨道(GEO)卫星的观测误差、空间相关性、时间相关性均大于倾斜同步轨道(IGSO)卫星和中轨道(MEO)卫星;北斗卫星的同类型观测值之间均具有较强的交叉相关性,不同类型观测值间的交叉相关性较弱,且随机模型的估计结果受接收机的内部误差和测站的外部误差影响.     

Galileo导航系统观测值的质量分析

从信噪比、伪距多路径效应、单差残差和非差观测值精度等方面对进入初始服务初期Galileo导航系统观测值的质量进行了对比分析,最后简要评估了Galileo导航系统的单点定位精度。结果表明:在信噪比方面,Galileo E5最高,E1、E5a和E5b次之且基本相当;在伪距多路径方面,Galileo E1最大,其次分别为E5b和E5a,而E5最小;在单差残差方面,Galileo导航系统单差相位残差基本在±4 mm内,单差伪距残差基本在±0.3 m内;在非差观测值精度方面,Galileo导航系统相位观测值精度E1最高,E5a、E5b和E5次之且基本相当,而伪距观测值精度E5最高,E5b最差;整体上而言,Galileo导航系统观测值的数据质量略优于GPS和BDS;Galileo导航系统单频伪距单点定位的水平精度约为2.2 m,与GPS和BDS的水平定位精度基本相当,而高程精度约为5.2 m,稍差于GPS和BDS,这与可观测卫星数和PDOP有很大的关系。     

等精度观测粗差检测的优化模型

分析了２σ准则、３σ准则、Ｃｈａｕｖｅｎｅｔ准则与等精度观测粗差检验中的表现特点，指出Ｇｒｕｂｂｓ准则是目前等精度观测中粗差检测的最优模式。     

析观测值平差改正数的精度

本文从观测值、改正数、估值的基本定义出发,引导出了它们方差间的关系和改正数应具备的精度,并对控制网的平差计算提出一些建议。     

顾及卫星钟差插值误差的GPS精密单点定位观测值随机模型

针对GPS精密单点定位中观测值随机模型中没有考虑卫星钟差插值误差,提出了一种顾及卫星钟差插值误差的观测值随机模型。实验结果表明,对于精密单点定位中使用的卫星钟差节点时间间隔较大的产品(如5 min),考虑钟差插值误差的观测值随机模型能够显著地削弱卫星钟差插值引起的误差,而对于使用卫星钟差节点时间间隔较小的产品(如30 s),效果就不明显,符合GPS卫星钟差插值误差的特性。     

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。     

实时估计不同类型北斗卫星观测值的随机模型

为分析北斗卫星观测值随机特性,估计了地球静止轨道、倾斜地球同步卫星轨道、中地球轨道卫星载波相位观测值的方差分量。发现不同接收机和不同类型卫星观测值方差分量的大小和时变特性具有明显差异。为构建更切实际的方差结构随机模型,提出利用迭代最小二乘和最小范数二次无偏估计相结合的方法,实时估计不同类型北斗卫星观测值方差分量。为评估实时估计随机模型的性能,对243 m、645 m、10 137 m三条不同长度基线进行精密相对定位测试,结果表明:实时估计随机模型能有效改善北斗卫星精密单历元动态相对定位性能,尤其当站间距离较长时改善更显著。10 137m基线测试结果表明,1h数据单历元解在北、东、高方向,平均定位精度分别提高了41.3%、54.5%、51.6%,稳定性分别提高了38.4%、17.7%、39.7%。     

GPS多普勒观测值测速的精度分析

讨论了利用多普勒观测值进行单点测速的观测方程,分析了其误差来源和各误差源对测速精度的影响。用自编软件计算了静态和动态条件下GPS测速的精度,其中动态测速的参考速度采用GrafNav Version7．00软件计算得到,比较结果表明在静态和动态条件下测速精度都可以达到cm／s级     

基于随机过程的格网DEM精度场模型

针对目前DEM格网精度从理论上难于统一量化描述问题,提出一种基于随机过程的格网DEM（grid digital elevation model, grid DEM）精度场模型,该模型从随机过程理论入手,借助DEM的统一插值模型,建立了DEM两类误差（噪声误差和逼近误差）的数学表达,并分析了构成DEM误差的各个分量的数学意义。与已有的模型相比,该模型实现了传统DEM两类误差的统一描述,此外,该模型适用任意插值方式生成的格网DEM的精度评价。     

GEO导航卫星定轨观测模型

根据GEO导航卫星的轨道特性,给出了严密的伪距观测和载波相位观测数学模型;讨论了其轨道和星钟差的解算条件,以及多星组差定轨的可行性.结果表明:在利用伪距时,如果测站钟差已知,需要4个以上站的数据才能进行定轨和星钟解算;如果站钟、星钟钟差已知,需要3个以上站的数据才能确定轨道.在利用站间组差伪距时,须有4个以上测站的钟差信息才能进行轨道和星钟解算;利用GEO卫星与MEO(IGSO)卫星组差定轨时,需要GEO卫星钟差已知且有3组星间组差数据.利用GEO卫星载波相位观测资料,不能单独解算轨道.     

北斗GEO卫星载波相位单差观测值的周期性分析

高精度的卫星定位测量中,由于卫星在测站上空的重复周期性运动,周期性误差是影响测量精度的重要误差源。恒星日滤波利用周期性误差的特点,提取前一天的周期性误差来改正后一天的定位结果,可滤波处理诸如多路径误差。本文从北斗GEO卫星载波相位观测值站间单差的角度来探讨其周期性特点,通过前后两天站间相位单差观测值进行对比,采用相关性分析方法,验证北斗GEO卫星载波相位单差观测值的周期性特征。     

GEO导航卫星定轨观测模型

根据GEO导航卫星的轨道特性,给出了严密的伪距观测和载波相位观测数学模型;讨论了其轨道和星钟差的解算条件,以及多星组差定轨的可行性。结果表明:在利用伪距时,如果测站钟差已知,需要4个以上站的数据才能进行定轨和星钟解算;如果站钟、星钟钟差已知,需要3个以上站的数据才能确定轨道。在利用站间组差伪距时,须有4个以上测站的钟差信息才能进行轨道和星钟解算;利用GEO卫星与MEO(IGSO)卫星组差定轨时,需要GEO卫星钟差已知且有3组星间组差数据。利用GEO卫星载波相位观测资料,不能单独解算轨道。     

基于沉降观测及精度的分析

沉降观测是建筑物或构筑物在施工乃至使用过程中不可或缺的工作,也是技术资料中不可缺少的内容,它不仅关系到建筑质量,更关系到建筑物的安全。现对沉降观测工作中存在问题进行了浅析,提出了做好沉降观测的基本要求和建议,在对影响沉降观测精度诸多因素分析的基础上,结合实践阐述了如何提高沉降观测精度的建议,仅供同行参考。     

陀螺经纬仪逆转点观测数据随机模型的研究

逆转点观测方法是陀螺经纬仪传统观测方法之一，并已被应用到高精度自动观测陀螺经纬仪中。运用动态数据处理方法，对逆转点观测数据进行分析，得出二阶自回归（ＡＲ）模型能够较好地描述逆转点观测数据中的随机干扰误差的影响，为自动观测陀螺经纬仪数据处理提供了理论依据。     

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。     

基于卫星高度角的GPS观测量随机模型分析

本文主要研究了等权法和基于卫星高度角的GPS观测量随机模型确定方法,由此确定权矩阵应用于GPS基线解算中以检验其效果,并通过对模型试验结果的比较,分析说明了采用卫星高度角定权对整周模糊度搜索和基线解算结果的影响。     

基于卫星高度角的GPS观测量随机模型分析

主要研究了等权法和基于卫星高度角的GPS观测量随机模型确定方法,由此确定权矩阵应用于GPS基线解算中以检验其效果,并通过对模型试验结果的比较,分析说明了采用卫星高度角定权对整周模糊度搜索和基线解算结果的影响。