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GPS非差相位精密单点定位研究

作 者: 阮仁桂
导 师: 郝金明
学 校: 解放军信息工程大学
专 业: 天体测量与天体力学
关键词: 精密单点定位 二次Kalman滤波 平方根信息滤波与平滑 递归最小二乘 DCB改正 汶川地震 运动分析
分类号: P228.4
类 型: 硕士论文
年 份: 2009年
下 载: 228次
引 用: 5次
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内容摘要


本文全面展示了作者关于GPS非差相位精密单点定位所做的研究,内容涵盖了数学模型,误差改正模型,数据预处理方法和参数估计方法以及相关的实验、分析与应用。文中简要介绍了精密单点定位的数学模型、误差改正模型和数据预处理方法。重点研究了精密单点定位参数估计方法。针对传统Kalman滤波的缺陷,提出了适合动态精密单点定位事后处理的二次Kalman滤波方法。详细推导了平方根信息滤波与平滑算法的公式并给出了参数分类的方法。推导了通用的递归最小二乘公式,新公式基于正交变换解法,是递归最小二乘和平方根信息滤波与平滑的统一表示。为了进一步开展研究,作者开发了具有静态和动态事后处理功能的精密单点定位软件。软件综合考虑了各种误差改正,同时实现了二次Kalman滤波,平方根信息滤波与平滑和递归最小二乘三个参数估计模块。三个模块都采用了灵活的参数消去和恢复技术。静态和动态实测数据解算实验表明,软件可以实现2-3厘米的静态定位精度和10-20厘米的动态定位精度,其中动态数据来源包括陆地、空中和海上的运动载体。基于这个软件平台,作者进行了相关的实验和分析,得出了以下结论。1.二次Kalman滤波能有效克服传统Kalman滤波的缺陷,取得了较好的动态定位精度。2.三个参数估计模块的定位结果非常接近;Kalman虑波用于静态定位效率最高,平方根信息滤波与平滑用于动态定位耗时最少。3.不同轨道和钟差产品的静态定位精度相当,采用30秒钟差产品的动态定位精度要比5分钟钟差产品的定位精度提高约50%。4.忽略DCB会引起精密单点定位结果系统性误差并且主要体现在接收机钟差上。DCB对静态定位的影响可以忽略;对动态定位的影响较大,应该认真加以考虑。最后,作者有机会获得了汶川地震时中国天津地区12个GPS连续运行站的1秒采样观测数据,采用精密单点定位技术进行了地震期间地表运动分析实验。实验结果令人鼓舞,能够分辨出地震期间测站在东西和南北方向的周期性运动。

全文目录


摘要  7-8
Abstract  8-10
第一章 绪论  10-14
  1.1 引言  10-11
  1.2 精密单点定位技术研究现状  11-12
  1.3 IGS及其产品介绍  12-13
  1.4 本文研究目的和主要研究内容  13-14
第二章 精密单点定位数学模型和误差改正  14-28
  2.1 观测模型  14-16
    2.1.1 GPS观测量方程  14-15
    2.1.2 观测方程线性化  15-16
  2.2 随机模型  16-19
    2.2.1 观测量随机模型  16-17
    2.2.2 参数随机模型  17-19
  2.3 精密单点定位中的模型改正  19-28
    2.3.1 与卫星有关的改正  19-22
    2.3.2 与信号传播有关的改正  22-24
    2.3.3 与接收机有关的改正  24-25
    2.3.4 与测站有关的改正  25-28
第三章 精密单点定位参数估计  28-40
  3.1 Kalman滤波  28-30
    3.1.1 Kalman滤波基本过程  28-29
    3.1.2 模糊度参数变化的处理  29-30
    3.1.3 二次Kalman滤波  30
  3.2 平方根信息滤波与平滑  30-37
    3.2.1 最小二乘问题的正交化解法  30-32
    3.2.2 动态线性系统的平方根信息滤波  32-34
    3.2.3 动态线性系统的平滑算法  34-35
    3.2.4 模糊度参数变化的处理  35-36
    3.2.5 参数分类处理  36-37
  3.3 通用的递归最小二乘  37-39
    3.3.1 全局参数的递推估计  38-39
    3.3.2 后向平滑和局域参数的求解  39
  3.4 本章小结  39-40
第四章 精密单点定位软件及其精度分析  40-50
  4.1 数据预处理  40-41
    4.1.1 周跳与粗差探测的TurboEdit方法  40-41
    4.1.2 探测周跳的电离层残差法  41
  4.2 数据处理策略和软件结构  41-42
  4.3 软件定位精度分析  42-48
    4.3.1 IGS观测站数据静态定位精度分析  43-45
    4.3.2 车载GPS数据动态定位精度分析  45-46
    4.3.3 机载GPS数据动态定位精度分析  46-47
    4.3.4 海上测量GPS数据动态定位精度分析  47-48
  4.4 本章小结  48-50
第五章 基于精密单点定位软件的有关分析与实验  50-63
  5.1 参数估计方法的讨论和分析  50-57
    5.1.1 二次Kalman滤波方法用于动态精密单点定位参数估计  50-52
    5.1.2 参数估计方法的应用分析  52-55
    5.1.3 参数估计方法的比较  55-57
    5.1.4 结论  57
  5.2 轨道和钟差产品对精密单点定位的影响  57-59
    5.2.1 对静态定位结果的影响  57-59
    5.2.2 对动态定位结果的影响  59
    5.2.3 结论  59
  5.3 DCB对精密单点定位的影响  59-63
    5.3.1 DCB对静态定位的影响  60
    5.3.2 DCB对动态定位的影响  60-62
    5.3.3 结论  62-63
第六章 基于精密单点定位技术的汶川地震远场地运动分析  63-69
  6.1 数据资料介绍  63-64
  6.2 静态数据单历元解算实验  64-65
  6.3 PPP解算得到的汶川地震远场地运动  65-68
  6.4 本章小结  68-69
第七章 总结  69-71
参考文献  71-74
附录1 对流层延迟映射函数系数  74-75
附录2 参数估计中有关矩阵算法  75-77
作者简历 攻读硕士学位期间完成的主要工作  77-78
致谢  78

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中图分类: > 天文学、地球科学 > 测绘学 > 大地测量学 > 卫星大地测量与空间大地测量 > 全球定位系统(GPS)
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