准天顶卫星系统广播星历精度评定和拟合精度分析

实时导航定位中需要利用广播星历实时计算卫星位置,日本建设的准天顶卫星系统(QZSS)计算卫星位置时通过不断迭代提高计算精度,导致实时解算效率降低. 为了保证QZSS广播星历坐标计算精度且提高运算效率,提出利用切比雪夫多项式拟合卫星轨道. 首先,使用原有方法计算卫星位置,以精密星历为参考,验证QZSS广播星历的卫星坐标精度为米级;然后,针对卫星三维(3D)坐标使用切比雪夫多项式进行拟合,并讨论影响拟合精度的因素,在拟合时间间隔固定时,最优拟合阶数随节点个数增多而增大;不同时间间隔下,不同轨道类型的最优拟合阶数不相等,同一轨道最优拟合阶数相等,但随时间间隔的增大拟合误差也逐渐增大. 结果表明:使用切比雪夫多项式拟合QZSS广播星历时,针对不同的轨道类型选择合适的拟合时间间隔和拟合阶数,其拟合精度和运算效率均可满足需要.      

一种利用加窗LSSVM拟合GPS在轨卫星钟差的算法

利用最小二乘支持向量机(least squares support vector machine,LSSVM)来对GPS在轨卫星钟差数据进行拟合,针对LSSVM拟合钟差两端发散的现象,利用加窗的方法进行抑制。采用IGS提供的精密钟差进行算例分析,发现加窗LSSVM钟差拟合算法比现有的钟差拟合算法精度更高,且基于多项式的核函数比较适合加窗LSSVM钟差拟合。     

基于LWR-Pettitt算法的GNSS变形信息的识别与预警

针对GNSS变形监测的数据通常无特定的分布特性,不利于建立具有普遍性的统计量,本文引入非参数检验中的Pettitt检验方法建立统计量,进行GNSS监测序列中变形信息的识别与预警。同时,针对Pettitt检验方法中存在统计量振幅波动较大,并且只能识别单个变形信息的问题,基于局部加权回归法LWR,对Pettitt检验中统计量与阈值判断方法进行优化,提出一种新的LWR-Pettitt算法,并用于GNSS变形信息识别与预警。试验结果表明,对于不同的测试数据,新方法均可有效地识别变形信息的发生位置,特别对于趋势型变形;而对于突变型变形,新方法可有效地识别2倍标准差以上的连续变形信息。     

基于半参数最小二乘核估计的卫星精密钟差预报方法

研究半参数最小二乘核估计模型在精密钟差预报中的应用问题,提出一种基于时间自变量差值累加的窗宽参数计算模型,并通过实验验证该模型的有效性,讨论在不同预报时间长度和已知数据量的情况下模型预报精度。实验表明,与常规模型相比,半参数最小二乘核估计模型在预报精度与稳定性方面都取得较好的效果,可以满足精密单点定位对于精密钟差预报的精度要求。研究成果对于精密单点定位技术的推广普及具有一定的促进作用。     

基于SIFT的宽基线立体影像密集匹配

提出基于对极几何和单应映射双重约束及SIFT特征的宽基线立体影像多阶段准密集匹配算法。算法包括三个阶段：①基于特征点的空间分布和信息熵选取一定数量的最优SIFT特征点集并进行最小二乘初始稀疏匹配及立体像对的基本矩阵和单应矩阵估计;②对于其余特征,利用同名核线倾斜角及SIFT特征的尺度信息对匹配窗口的仿射变换参数进行迭代优化及变形改正、提取仿射不变SIFT特征描述符,并基于双重约束信息及欧氏距离测度进行匹配;③考虑宽基线立体影像较低的特征提取重复率,对第②步左右影像中未能成功匹配的特征点,基于双向搜索策略,采用基于盒滤波加速计算的SSD测度在变形改正后的双重约束区域中进行匹配,并对匹配结果进行加权最小二乘拟合定位。实际的宽基线立体影像试验结果证明了算法的有效性,可为后续的三维重建提供较为可靠的密集或准密集匹配点。     

一种三维激光扫描点云拟合的抗差加权整体最小二乘法

针对三维激光扫描中点云不等精度且易受粗差影响的问题,提出了一种基于入射角定权的抗差加权总体最小二乘的拟合方法。该方法在采用入射角定权的基础上,进行基于标准化残差和中位数的抗差加权整体最小二乘估计,获得待定参数估值,并通过Gauss-Newton迭代算法,推导了模型的迭代计算方法。以平面拟合和球面拟合为例,分别通过仿真数据和实测数据对算法进行验证,结果表明,对于含有粗差的点云,新方法可以获得更为理想的参数估值,其性能优于抗差整体最小二乘和加权整体最小二乘,可以更好地进行三维激光扫描的点云拟合。     

基于BDS广播星历的卫星坐标拟合精度分析

针对利用广播星历计算卫星位置时,需反复计算、效率较低的问题。提出利用切比雪夫多项式对广播星历进行卫星轨道拟合,即先计算部分固定时间间隔的卫星坐标作为已知节点,利用不同的拟合阶数,将拟合点与直接法求出的对应点求差,分析其拟合精度。实例表明,只要采取合适的拟合时间间隔和拟合阶数,广播星历拟合精度就可以满足要求。      

利用加权联合协方差矩阵拟合进行干涉相位估计

提出一种基于加权联合协方差矩阵拟合的干涉相位估计方法。该方法充分利用包含在联合协方差矩阵中的相干信息,并采用加权联合协方差矩阵拟合代替特征分解进行干涉相位估计,避免了相位估计过程中信号子空间扩散的影响。通过给出干涉相位闭式解的形式,解决了角度搜索导致的大运算量问题。仿真数据和实测数据的处理结果证明了该方法的有效性和稳健性。     

一种局部多项式时空地理加权回归方法

基于加权最小二乘估计的时空地理加权回归方法,在随机项方差相同且最小的假设条件下估计回归参数和拟合值,由于没有考虑时空分析中异方差影响而导致估计结果存在一定偏差。局部多项式估计是一种消除异方差影响的非参数估计方法。本文在局部多项式估计原理基础上,提出了局部多项式时空地理加权回归方法。它是采用三元一阶泰勒级数展开式重构时空回归系数和自变量矩阵,进而建立满足高斯-马尔可夫独立同分布假定要求的新模型,利用新模型回归系数估计值、拟合值以及新模型与原模型的关系,可得到原模型回归系数估计值和拟合值。本文采用模拟数据和真实数据进行试验,以GTWR与局部线性地理加权回归作为对比方法,从方法适用性、整体估计效果、回归系数估计偏差和拟合优度、整体估计偏差等方面分析了LPGTWR方法性能,有效证明了LPGTWR方法能消除异方差影响提升估计精度。     

一种新的城市电缆隧道变形监测方法研究

传统的城市电缆隧道变形监测方法易受到监测点数量、观测时间、劳动强度、观测条件等多方面因素的制约,且属于单点式监测模式,无法对隧道整体变形趋势进行有效监测。针对上述问题,根据矩形城市电缆隧道的特点,结合三维激光扫描技术,本文提出一种新的基于正交整体最小二乘平面拟合的城市电缆隧道变形监测方法,通过计算拟合平面之间夹角及距离的变化,进行隧道净空水平位移及拱顶下沉趋势的分析。实例结果表明,该方法具有较高的可行性。     

大气负荷响应计算误差估计模型

用数理统计技术，建立格林函方法计算大气变化引起重力和形焦等效应的精度评定模型，并利用中国及其邻区的大气观,蛭大气误差常数和一个计算方案的精度估计，其结果与固体潮汐检测在不同气候条件下的响应情况相一致，该系统也可应用于格林函数积分形式的其它物理模型的误差估计。     

基于卫星双向时间频率传递进行钟差预报的方法研究

用多项式拟合、谱分析、改进的AR模型三种方法对由卫星双向时间频率传递得出的钟差时间序列进行了拟舍和预报分析。为了抵制钟差时间序列中异常值的影响，引入了“抗差等价权”，利用卫星双向时间频率传递得到的1d的钟差，按不问采样率、不同时间跨度进行计算分析。结果表明，抗差估计的预报精度明显高于最小二乘估计；平滑值的预报精度高于采样值；由于钟差时间序列中有明显的周期变化，多项式进行钟差预报的精度不可靠；用谱分析进行钟差预报的精度不高，但可以发现钟差时间序列中的主要周期变化；改进的AR模型预报精度最高，预报6h钟差的RMs在1ns左右。     

GNSS测站速度估计模型重建

获取准确的GNSS测站速度对于研究全球板块运动、地壳形变、地震活动及其地球动力学过程至关重要。为此,以GNSS基线解算后的基线向量作为观测值,重建了最小二乘综合速度解算模型和卡尔曼滤波速度估计模型。模型中,考虑了测站坐标、运动速度、年、半年周期项一同作为参数,在基线解网平差的同时,一并求解获取速度估值。同时,利用坐标时序分析的方法,顾及白噪声和幂律噪声的影响,对单日解坐标时间序列重建了时序速度拟合估计模型,以获取长期趋势项作为速度值。基于3种模型,对川滇地区中国地壳运动观测网络2010—2014年21个GPS基准站的观测数据进行了速度估计与对比分析。结果表明:3种模型所估计测站速度非常接近,差异基本处于0~1mm/a范围之内;速度估值中误差均在亚毫米水平。由此得出,3种速度估计模型具有本质的一致性,均可正确估计测站运动速度,能够满足高精度地壳形变研究的需要。     

Numerical prediction methods for clock deviation based on two-way satellite time and frequency transfer data

Three functional models, polynomial, spectral analysis, and modified AR model, are studied and compared in fitting and predicting clock deviation based on the data sequence derived from two-way satellite time and frequency transfer. A robust equivalent weight is applied, which controls the significant influence of outlying observations. Some conclusions show that the prediction precision of robust estimation is better than that of LS. The prediction precision calculated from smoothed observations is higher than that calculated from sampling observations. As a count of the obvious period variations in the clock deviation sequence, the predicted values of polynomial model are implausible. The prediction precision of spectral analysis model is very low, but the principal periods can be determined. The prediction RMS of 6-hour extrapolation interval is 1 ns or so, when modified AR model is used.     

进化多核相关向量机的大坝变形预测

针对大坝变形系统的非线性、复杂性以及不确定等特点,提出一种优化多核相关向量机的大坝变形预测模型方法。通过对实验数据进行归一化处理,核函数的加权组合以及遗传算法对模型参数的优化,建立遗传算法优化多核相关向量机的大坝变形预测模型。实验结果表明:数据归一化能归纳统一样本的统计分布性,加快梯度下降求解最优解速度和提高预测精度;优化的加权核函数能有效提高模型预测精度;各项精度指标值均优于BP神经网络方法、多项式核相关向量机方法预测精度,证实优化的多核相关向量机模型是一种精度较高的大坝变形预测方法。     

基于卫星双向时间频率传递进行钟差预报的几种方法

Three functional models, polynomial, spectral analysis, and modified AR model, are studied and compared in fitting and predicting clock deviation based on the data sequence derived from two-way satellite time and frequency transfer. A robust equivalent weight is applied, which controls the significant influence of outlying observations. Some conclusions show that the prediction precision of robust estimation is better than that of LS. The prediction precision calculated from smoothed observations is higher than that calculated from sampling observations. As a count of the obvious period variations in the clock deviation sequence, the predicted values of polynomial model are implausible. The prediction precision of spectral analysis model is very low, but the principal periods can be determined. The prediction RMS of 6-hour extrapolation interval is Ins or so, when modified AR model is used.     

跨海桥梁GPS高程拟合方法

针对跨海桥梁高程基准传递的技术难题,该文阐述了GPS高程拟合的基本原理,分析了高程拟合中的几个关键技术问题,总结出了GPS高程拟合的技术要点及提高拟合精度的措施。提出了基于二次多项式曲面的跨海桥梁工程GPS高程拟合方法,利用港珠澳大桥工程区域内的21个高精度GPS水准点建立二次多项式曲面拟合模型,并用另外7个点进行检核。结果显示:模型的内符合精度为±8.7mm,外符合精度为±12.4mm,2个海中测量平台控制点的拟合高程达到二等水准测量精度要求。     

Precise geoid determination over Sweden using the Stokes–Helmert method and improved topographic corrections

 Four different implementations of Stokes' formula are employed for the estimation of geoid heights over Sweden: the Vincent and Marsh (1974) model with the high-degree reference gravity field but no kernel modifications; modified Wong and Gore (1969) and Molodenskii et al. (1962) models, which use a high-degree reference gravity field and modification of Stokes' kernel; and a least-squares (LS) spectral weighting proposed by Sj?berg (1991). Classical topographic correction formulae are improved to consider long-wavelength contributions. The effect of a Bouguer shell is also included in the formulae, which is neglected in classical formulae due to planar approximation. The gravimetric geoid is compared with global positioning system (GPS)-levelling-derived geoid heights at 23 Swedish Permanent GPS Network SWEPOS stations distributed over Sweden. The LS method is in best agreement, with a 10.1-cm mean and ±5.5-cm standard deviation in the differences between gravimetric and GPS geoid heights. The gravimetric geoid was also fitted to the GPS-levelling-derived geoid using a four-parameter transformation model. The results after fitting also show the best consistency for the LS method, with the standard deviation of differences reduced to ±1.1 cm. For comparison, the NKG96 geoid yields a 17-cm mean and ±8-cm standard deviation of agreement with the same SWEPOS stations. After four-parameter fitting to the GPS stations, the standard deviation reduces to ±6.1 cm for the NKG96 geoid. It is concluded that the new corrections in this study improve the accuracy of the geoid. The final geoid heights range from 17.22 to 43.62 m with a mean value of 29.01 m. The standard errors of the computed geoid heights, through a simple error propagation of standard errors of mean anomalies, are also computed. They range from ±7.02 to ±13.05 cm. The global root-mean-square error of the LS model is the other estimation of the accuracy of the final geoid, and is computed to be ±28.6 cm. Received: 15 September 1999 / Accepted: 6 November 2000     

基于BDS广播星历的卫星轨道拟合精度分析

在实时定位导航中,为了提高利用BDS广播星历计算卫星位置的效率,提出将卫星轨道拟合为一个多项式.首先利用切比雪夫多项式拟合法,将拟合时段固定为1 h,拟合间隔固定为5 min,每30 s选取一个检验点,利用不同的拟合阶数,分别对GEO、IGSO、MEO三类不同类型的北斗卫星轨道进行拟合分析;然后将拟合阶数固定为9,利用2～6 min的拟合时间间隔,将三类卫星作为整体进行轨道拟合分析.算例表明,只要选取合适的拟合阶数,三类不同类型的北斗卫星轨道拟合精度都较高,拟合误差最大值在厘米级,误差均值在毫米级,满足精度要求;固定9阶拟合多项式时,2～6 min时间间隔的拟合精度都可以满足精度需求.切比雪夫多项式拟合法适用于BDS广播星历的卫星轨道拟合.