高频GPS动态监测地表形变的试验与研究

设计了位移形变模拟试验场并进行位移形变模拟试验,利用Bernese 5.0软件的单历元单点定位功能,处理并分析了位移模拟形变试验获取的1 Hz GPS数据.并以2008年5月12日汶川地震为例,获取了震中附近3个GPS站(成都、简阳和郫县)震前的短临位移过程及震后短时间的动态时变序列,结果显示各站的形变结果在时间上具有很好的一致性.利用动态时序的地震波到时和震中距离估计地震波地壳平均速度为3.17 km/s.     

对流层模型评估及其在GNSS精密单点定位中的应用

以水汽辐射计（WVR）精确测定的天顶方向延迟值作为参考,评估Saastamoinen、GPT2、EGNOS、UNB3M四种常用对流层模型在上海地区的改正精度;并将WVR观测值及以上4种对流层模型计算的对流层延迟值作为真值应用到GNSS精密单点定位（PPP）中,评估其对定位精度的影响。比较发现,GPT2模型的对流层改正精度比其余3种要好,其天顶干延迟（ZHD）的偏差均值与中误差分别为-0.11 cm、±0.75 cm,天顶湿延迟（ZWD）的平均偏差与中误差分别为-2.34 cm、±7.67 cm;和传统的PPP结果相比,采用WVR对流层观测值的定位精度提高了16%。     

GNSS流动观测水平速度精度评估

利用GNSS连续观测数据评估了GNSS流动观测水平速度精度,并分析了相邻两期观测时间差、每期观测时长、观测周期对水平速度精度的影响。结果表明：按照目前的观测模式,流动观测与连续观测得到的水平速度值之差的绝对值在3 mm/a以内;相邻两期观测时间不一致会影响流动观测水平速度的精度,如果绝对值在3 mm/a以内的速度差为可接受值,那么建议相邻两期观测时期差应控制在25天之内;延长每期观测时间和缩短观测周期能提高流动观测水平速度精度。     

非组合PPP算法估计天顶对流层延迟及精度分析

为提高天顶对流层延迟的估计精度和可靠性,利用非组合精密单点定位(UPPP)模型估计了WUHN和BJFS站的天顶对流层延迟,将结果与传统的精密单点定位(PPP)模型的计算结果进行对比,结果表明:UPPP计算的天顶对流层延迟的内符合精度为2.75 mm,偏差为0.19 mm,该结果与IGS产品一致,外符合精度分别为8.58 mm,6.51 mm;以IGS的高精度对流层产品为真值,传统PPP模型和非组合PPP模型估计ZTD的精度(STD)分别为7.7 mm和5.9 mm;UPPP方法不仅在精度上和传统PPP方法保持相当甚至更高的精度,而且它还提供电离层产品以减弱噪声影响,提高数据利用率。     

GNSS精密单点定位成果的框架与历元转换方法

虽然GNSS精密单点静态定位精度可达cm级,但其定位成果一般是某一ITRF框架下的平均观测历元时刻的坐标,通过框架及历元转换可获取地面点在任意ITRF框架及历元时刻的坐标。利用APPS、CSRS、GAPS、magicGNSS以及AUSPOS等在线GNSS数据处理软件对93 d的单CORS站数据进行解算,并采用框架及历元转换方法将定位成果转换为CGCS2000坐标（ITRF97框架,2000.0历元）。结果表明,24 h PPP定位结果的平均精度为1.7 cm;采用中国大陆构造环境监测网络提供的ITRF2008框架下的速度场,并利用自然邻点插值法获得该测站点的速度场,再将PPP结果转换为CGCS2000坐标后的精度为1.6 cm。     

对流层延迟对GNSS单点定位影响的全球评估

为研究对流层延迟时空差异性引起的单点定位偏差的不确定性,首先利用IGS ZPD产品分析其最大值、最小值、均值和STD与测站空间分布的相关性,结果显示,ZPD均值约为2.4 m,其存在随纬度增加而减小的总体趋势,但沿赤道不完全对称,在北半球离散度较大;然后针对单点定位模型,推导对流层延迟对定位参数解算的影响公式,并评估其对单点定位的影响,结果表明,对流层延迟对U方向的影响最大（可达7~15 m）,对N方向的影响居中（在±0.6 m以内）,对E方向的影响最小（在±0.2 m以内）。     

考虑卡尔曼滤波伪观测值的Helmert方差分量估计及其在GPS/BDS组合PPP中的应用

在GPS/BDS组合PPP中,引入基于卡尔曼滤波的Helmert方差分量估计来确定PPP中各类观测值的权重,针对卡尔曼滤波预报值权阵与观测值权阵验前单位方差不一致的情况,将卡尔曼滤波预报值作为伪观测值,与观测值一并进行Helmert方差分量估计处理。实验证明,该方法能够在合理确定当前历元各类观测值权重的基础上,有效平衡观测信息与预报信息对参数估计的贡献,可显著改善GPS/BDS组合PPP的收敛速度与定位精度。     

高频GNSS资料的强震震相识别与震中确定

利用2011日本东北Mw9.0地震和2008汶川Mw7.9地震若干台站的高频（1 Hz）GNSS观测资料,通过精密单点定位方法解算出地震发生时的位移形变波形。对位移波形一阶差分得到震时高频GNSS速度时间序列,采用S变换谱的方法对该速度时序进行地震波到时的拾取,即震相识别。将地震波拾取结果用于震中位置和发震时刻反演,并与美国地质调查局USGS公布的资料对比。结果发现,两者日本地震震中位置相差约16 km,发震时刻相差约0.7 s;汶川地震震中相差约4 km,发震时刻相差约0.4 s。     

BDS/GNSS精密单点定位性能分析

首先采用国际上通用的德国地学中心（GFZ）与武汉大学（WHU）精密产品,对GNSS精密卫星轨道和精密钟差产品精度进行初步评估;然后基于WHU精密轨道和钟差产品对18个分布于东半球的MGEX地面站进行多系统定位测试,同时也对BDS的B1I/B3I与B1C/B2a两组新、旧频点的精密单点定位性能进行对比分析。结果表明：1）四大导航系统（GPS、GLONASS、BDS、Galileo）的卫星轨道产品精度均在cm级,精密钟差内符合精度均优于0.1 ns,北斗三号（BDS-3）卫星钟精度相比北斗二号（BDS-2）有显著提升。2）亚太地区BDS的定位精度优于其他3个系统;在其他地区,GPS定位精度最优（与Galileo基本相当）,优于BDS和GLONASS的定位结果。3）BDS PPP平均收敛时间静态模式约为50.33 min、动态模式约为77.83 min,收敛速度略低于GPS、Galileo,优于GLONASS。4）B1C/B2a与B1I/B3I双频消电离层组合PPP定位性能基本相当。     

一种GNSS大网数据快速高效处理策略

针对当前大型GNSS网络数据处理需求与现有处理策略和能力的矛盾,介绍基于不动点理论所建立的Ambizap网解新算法,将分布式计算技术引入到GNSS数据处理中,设计并利用.NET框架下的分布式技术实现分布式环境下基于Ambizap算法的大型GNSS网数据分布式处理流程,通过多个算例验证了Ambizap算法的精度和其分布式应用的高效性。     

GNSS多系统组合PPP解算方法与成果分析

研究GPS、GLONASS和BDS三系统组合精密单点定位（PPP）,包括函数模型、对流层延迟参数和差分码偏差(DCB)参数的解算方法。利用C++语言编制3系统组合PPP程序,分析MEGX网12个连续跟踪站1周观测数据,结果表明,无电离层组合模型和非组合模型的收敛速度和定位精度相当,同一测站在不同时间的收敛速度无明显差异,但非组合模型采用先验电离层信息约束可提高定位的收敛速度。多系统组合定位能改善PDOP值,提高收敛速度和定位精度;3系统组合PPP的水平坐标精度约3 cm,高程精度约5 cm,优于3个系统单独定位或2个系统组合定位的精度;当卫星遮挡较大时,多系统PPP结果较单系统更为稳定。     

极地地区北斗三号单点定位精度分析

为分析BDS-3在极地地区的定位精度,选取两极地区10个MGEX站连续7 d的观测数据进行SPP和PPP实验。结果表明,BDS-3在两极地区可见卫星数及PDOP基本一致,平均可见卫星数约为9颗,PDOP约为2.3。BDS-3各频点间定位精度相差不大,南极地区SPP定位精度略优于北极,特别是U方向。北极地区E、N、U方向定位精度分别优于1 m、1 m和5 m,南极地区E、N、U方向定位精度分别优于1 m、1 m和2 m。BDS-3在两极地区PPP定位精度相当,与GPS定位精度基本一致,各频点组合定位精度在E、N、U方向均优于2 cm。     

GNSS广播星历精度评定与对比

以gbm精密星历和钟差作为参考真值,对GPS、BDS、Galileo以及GLONASS四大系统2017-02-01~02-28的广播星历、钟差以及卫星空间测距误差（SISRE）的精度进行对比分析。结果表明,GPS轨道径向、切向、法向的精度为1 m、0.4 m、0.8 m左右,钟差约为2 ns,卫星信号测距误差（SISRE）约0.4 m;BDS不同类型卫星表现出很大差异;Galileo卫星的径向、切向、法向的精度为0.3 m、0.3 m、0.2 m,钟差约3 ns,SISRE约1 m;GLONASS卫星的径向、切向、法向精度为0.4 m、1.0 m、0.4 m,钟差约7 ns,SISRE约2 m。     

一种基于Tikhonov正则化的改进多面函数拟合法

多面函数拟合法的平滑系数取值问题一直没有得到很好的解决,为此,提出一种基于Tikhonov正则化的改进多面函数拟合法。该方法引入正则化替代平滑系数,根据泛化误差极小化原则确定正则化系数,规避了平滑系数的不确定性,并去除了原方法核函数个数的约束条件。通过GPS水平速度场拟合的实例对改进方法进行验证,并与原方法的结果进行比较。结果表明,改进方法拟合效果稳定,拟合精度和泛化能力较原方法均有明显提高。     

顾及观测质量的多系统融合PPP三维凸包选星算法

从卫星空间构型出发,构建多系统融合PPP的三维凸包选星算法;为进一步改善多系统融合PPP的定位性能,提出顾及观测质量的三维凸包选星思路;最后结合实测数据验证并分析各自的选星效果和定位性能。     

GPS/Galileo实时精密单点定位精度分析

在组合PPP函数模型分析的基础上,采用CNES提供的多系统实时轨道和钟差信息,实现GPS/Galileo组合单双频实时静动态PPP,并选取10个MGEX站10 d的观测数据进行解算分析。结果表明,单双频实时静态PPP中,GPS/Galileo组合的定位精度略优于单纯的GPS;单双频实时动态PPP中,GPS/Galileo组合具有较好的定位效果。相较于单纯的GPS,GPS/Galileo组合单频PPP在E、N、U方向平均精度为10.6 cm、9.8 cm、22.5 cm,分别提高了5.4%、4.9%、10.4%;双频PPP在E、N、U方向平均精度为4.3 cm、2.9 cm、7.0 cm,分别提高了6.5%、6.5%、5.4%。同时,GPS/Galileo组合PPP较GPS在收敛时间方面也有一定的改善。     

川江航道BDS/GNSS船舶精密位速监测性能分析

采用精密单点定位和相位历元间差分法分别评估普通航段和库区航段BDS/GNSS的定位和测速性能。结果表明,在普通航段,BDS-2定位精度为0.1~0.2 m;GPS、BDS-3、BDS全系统的定位精度相对较高,水平方向优于0.07 m,垂直方向优于0.09 m,测速精度相当,均在mm/s级;BDS/GPS、GPS/GLONASS/BDS/Galileo组合后,定位和测速精度相较于单系统提升约30%。在库区航段,GPS定位精度严重下降,水平方向为0.6 m;BDS-3与BDS全系统定位精度略有下降;多系统组合后,定位和测速精度受周围环境影响程度较低,与普通航段基本相当。     

Galileo卫星导航系统初始运行阶段单点定位性能评估与分析

基于多GNSS实验跟踪网（the multi-GNSS experiment,MGEX)的实测数据,对当前Galileo单系统标准单点定位（SPP）和精密单点定位（PPP）性能进行评估与分析。结果表明：1）Galileo双频标准单点定位的水平精度优于2 m,垂向精度优于4 m;2）GAL-201、GAL-202可用于SPP解算,引入二者之后,平均定位可用率提升10%,达到80%以上;3）当观测时长为3 h时,Galileo静态PPP可达到水平方向优于5 cm、垂向优于7 cm的定位精度;而随着观测时长的增加,其精度逐步提高,当观测时长为24 h时,水平精度优于1 cm,垂向精度优于3 cm。