单站GPS测速在实时地震监测中的应用

本文提出一种利用单站GPS载波相位或多普勒观测数据,基于单站GPS测速法实时确定地震监测台站运动状态(速度)的新方法.针对2010年4月4日发生于墨西哥Baja California(32.259°N,115.287°W)北部的M_w7.2级EI-Mayor-Cucapah地震事件,选取震中邻近区域(200 km内)若干采样率为5 Hz的高频GPS观测站数据进行实验.结果表明:基于新方法所得测站速度结果能够很好地反映出地震期间监测台站的瞬时运动状态,测站P496和P744计算的速度结果与其并置强震仪观测结果具有很好的一致性.     

参数自主学习的车辆运动约束新模型及其惯性推算误差抑制分析

准确、连续、可靠的位置信息是车载导航应用的基础条件,在不增加额外传感器的前提下,集成GNSS与MEMS及车载CAN总线传感器,并融入车辆运动约束信息,是最为简单有效且低成本的车载多源导航方案。在车辆运动约束中,合理配置相关参数是约束条件能否充分发挥作用的关键,本文重点针对车辆非完整性约束,采用多元回归和深度学习方法,构建了参数自主学习的车辆运动约束模型。同时,提出了在观测域直接学习侧向/垂向速度参数的新思路,相比原有方差域调参方法具有更好的约束效果。实测分析表明,相比于方差域调整参数的传统方法,在观测域进行参数自主学习的新模型具有显著的精度提升,采用多元回归模型的惯性推算误差在水平位置上减小了69.6%~81.2%,而利用深度学习则减小了60.0%~77.3%,同时,水平相对定位精度分别改善了75.2%和65.0%,新模型能够有效提升GNSS失效时车载定位精度维持能力。     

GNSS非组合PPP部分模糊度固定方法与结果分析

在精密单点定位(precise point positioning,PPP)技术中,模糊度固定错误将导致严重的定位偏差,为保证PPP模糊度实现更可靠的固定,需对模糊度子集的选取方式进行优化。提出了一种将质量控制与施密特正交化相结合的PPP部分模糊度固定方法。在全球导航卫星系统（global navigation satellite system,GNSS）多系统融合条件下, 选取多模GNSS实验数据,在非差非组合PPP模型中对比分析施密特正交化方法与高度角选星方法,并进行模糊度固定及定位性能验证。结果表明,施密特正交化方法相比高度角选星方法,各天与各站平均历元固定率在静态模式下分别提高了7.74%与11.46%,在仿动态模式下分别提高了7.90%与7.78%;各天与各站的首次固定时间在静态模式下分别提高了22.30%与25.42%,在仿动态模式下分别提高了20.44%与19.65%。在PPP模糊度固定和定位精度方面,多系统融合相比单BDS(BeiDou navigation satellite system)提升效果明显,在95%分位数条件下,水平和高程方向收敛时间分别平均减少20.00 min和19.00 min,水平和高程方向定位精度分别平均改善了1.50 cm和1.12 cm。在非差非组合PPP模型中,采用施密特正交化PPP部分模糊度固定方法可以显著提升模糊度固定性能,改善定位精度。     

城市场景智能手机GNSS/MEMS融合车载高精度定位

智能手机凭借其普遍性、便携性和低成本等优势,已成为大众用户导航与位置服务的主流终端载体,其多频多系统GNSS（global navigation satellite system）观测值的开放进一步激发了手机高精度定位的研究。然而,受限于消费级GNSS器件性能,手机卫星观测值呈现出信号衰减严重、伪距噪声大、粗差周跳多等问题;并且受城市复杂环境影响,手机GNSS定位的连续性、可靠性也难以保证。提出一种城市场景手机GNSS/ MEMS（micro-electro mechanical system）融合的车载高精度定位方案。首先,构建了速度约束的GNSS差分定位模型;然后,通过手机内置MEMS与车辆运动约束,在挑战环境下进行GNSS/MEMS融合精密定位。实验结果表明,在开阔和树荫场景下,速度约束方法可达到分米至米级定位精度,相比于常规方法分别提升了35.2%和78.9%;在高架场景下,GNSS/MEMS融合定位的精度和连续性均提升显著;在隧道场景下,MEMS推算位置累积误差约为2.5%。实验结果初步表明,手机GNSS具备开阔环境下的车道级定位能力,手机GNSS/MEMS融合可提升城市复杂环境下车载定位的精度和连续可用性。     

顾及分段相似性的同震形变时间序列恒星日滤波优化算法

在常规恒星日滤波的基础上,提出一种顾及分段相似性的恒星日滤波优化算法。在构建滤波算子之前,首先确定用于构建滤波的坐标残差时间序列与地震当天坐标残差时间序列的分段相似性,然后根据相似性度量指标的大小确定权重后再进行滤波。研究结果表明:利用本文提出的顾及分段相似性的恒星日滤波优化方法能够显著改善单历元定位的精度和可靠性,克服常规滤波方法存在的缺陷,有利于恒星日滤波的无人工干预批处理。尤其是通用影像质量评价指数UIQI方法顾及了时间序列间的相关系数以及序列自身的均值和方差,比其他相似性度量更加科学合理,建议采用UIQI作为恒星日滤波优化算法的相似性度量。     

非组合与组合PPP模型比较及定位性能分析

使用2011-10-10全球随纬度均匀分布的10个IGS测站的观测数据,分别采用非组合、组合PPP(precise point positioning)模型进行定位解算,详细对比分析了两种PPP模型的静态和动态定位精度和收敛速度,以及ZPD估计精度。实验结果表明,两种PPP模型均可实现水平方向mm～cm级,高程1～3cm的静态定位精度;水平方向1～3cm,高程方向4cm左右的模拟动态定位精度,非组合L1和L2载波相位观测值残差只有传统模型中组合相位观测值残差的1/3～1/5,内符合精度更高。对于30s采样率的观测数据,组合PPP静态定位平均收敛时间为23min,动态为38min;非组合PPP静态定位平均收敛时间为29min,动态为71min,后者的收敛时间均普遍长于前者。在ZPD估计方面,两种模型的估计精度相当,均可达6mm左右。     

利用GPS掩星弯曲角确定对流层顶高度

利用COSMIC提供的GPS无线电掩星观测数据,从掩星弯曲角廓线出发确定对流层顶高度,并分别与对应的掩星温度廓线确定的温度最低点对流层顶(cold point tropopause,CPT)和温度递减率对流层顶(lapse rate tropopause,LRT)、无线电探空(距离掩星事件300km以内、观测时间差异3h以内)温度廓线确定的CPT和LRT进行了对比。     

北斗短基线三频实测数据单历元模糊度固定

基于北斗实测三频数据,通过分析比较选取了三组线性独立的超宽巷组合,采用无几何模式(geometry-free)和几何模式(geometry-based)相结合的方法对其进行单历元模糊度固定,然后恢复各频率上的原始模糊度,最后进行定位解算。实验结果表明,对于短基线,组合系数的合理选取是模糊度成功固定的关键;在选用合适(长波长、弱电离层、低噪声)的组合时,对于静态和动态短基线,其原始载波模糊度单历元固定成功率分别为99.75%和95.08%,从而可以避开传统解算中周跳探测等复杂的数据预处理过程,单历元取得cm级定位精度。     

滤波降阶和等效性操作的捷联惯导静基座精对准

推导了捷联惯导静基座精对准方程,阐明了精对准模型和机械编排之间的等效性操作原理,并进行了可观测性分析,以此给出了精对准简化模型实现的关键技术,通过舍去科氏力项,消除不可观测量,将犫系零偏转为狀系等效零偏估计,三个步骤改进了零速条件下的Kalman滤波自对准模型。试验结果表明,简化模型不仅使得模型大大简化,减轻了计算负担,加快了运行速度,并且保持了原有的快速收敛性和较高的估计精度,是一种优化的静基座精对准方法。     

利用澳洲北斗GEO数据改进Klobuchar模型

利用澳大利亚科廷大学双频北斗GEO数据,分析了2013、2014年该地电离层VTEC的日变化、季节变化特性。在此基础上,针对Klobuchar模型在计算穿刺点VTEC上存在的不足提出一种改进模型。最后利用1 a的数据对改进模型计算VTEC的精度进行评估。结果表明,改进模型计算VTEC的精度明显高于原模型,绝大部分月份精度提高超过10%,总体精度达到64%以上。