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GPS精密单点定位和高精度GPS基线网平差研究及其软件实现

作　者: 黄观文
导　师: 张勤
学　校: 长安大学
专　业: 大地测量学与测量工程
关键词: 精密单点定位卫星钟差卡尔曼滤波序贯最小二乘 GPS网平差基准模型系统参数独立基线
分类号: P228.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

随着空间技术的发展,GPS定位技术应用越来越广泛,人们对GPS的定位精度要求也越来越高,因此,研究精密单点定位(PPP)和高精度GPS网平差的数据处理方法具有重要的理论和实际价值。对于本文的研究内容,主要包括两大部分:一是精密单点定位模型和卫星钟差研究及P3TEXT软件实现;研究涉及利用频谱分析法分析精密星历卫星钟差精度;精密单点定位数学模型的建立,以及基于自适应滤波的PPP算法,并编写相应的软件P3TEXT等。二是高精度GPS网平差数据处理方法研究,其中包括采用附加系统参数和附加基准条件的平差处理方法,编制了相应的高精度GPS网平差软件HPGPSADJ。概括起来,本文主要做了以下几方面的工作:(1)论述了GPS单点定位的观测模型以及线性组合。分析了各种误差源以及相应的改正模型,总结了精密单点定位中的主要关键技术。(2)利用频谱分析的方法对IGS精密星历钟差产品进行了精度分析,得出了卫星钟差精度不均匀的结论。(3)研究了GPS精密单点定位的数学模型,包括函数模型和随机模型。针对卡尔曼滤波容易发散的缺点,引入了三种自适应滤波模型,并将其运用于精密单点定位中。(4) GPS动态定位中,如采用序贯平差求解,模糊度参数变化以及参考星升降时,前后历元的承接关系异常复杂,这使得序贯平差模型变得十分复杂,针对这个问题,本文详细推导了序贯平差统一模型,并通过算例验证了模型的正确性和高效性。(5)论述了高精度GPS网的四种平差方法和三种参考基准,并分析了不同参考基准的几何意义。同时,当参考基准不一致时,需要在基线处理阶段或网平差处理阶段统一基准。(6)重点研究了高精度GPS形变监测网的平差数学模型,包括平差函数模型、随机模型以及附加系统参数的平差基准模型等。推导了系统参数对坐标估值的影响公式,提出形变监测网数据处理时,应在平差模型中考虑系统参数的影响,同时须选择合适的基准模型。(7)编制了精密单点定位软件P3TEXT和高精度GPS网平差软件HPGPSADJ,展示了软件的基本思路以及程序框架。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-12
第一章绪论  12-16
  1.1 引言  12
  1.2 研究背景及现状  12-13
  1.3 课题来源及研究意义  13-14
  1.4 主要研究工作  14-16
第二章 GPS 精密单点定位基础  16-28
  2.1 IGS 轨道和钟差产品概述  16-17
  2.2 GPS 的观测模型及其线性组合  17-21
    2.2.1 GPS 观测方程  17-18
    2.2.2 观测值的线性组合  18-21
  2.3 PPP 的主要误差源及改正模型  21-26
    2.3.1 与卫星有关的误差  21-23
    2.3.2 与信号传播有关的误差  23-24
    2.3.3 与接收机有关的误差  24-26
  2.4 精密单点定位的基本原理及其关键技术  26-28
第三章 IGS 精密星历卫星钟差精度分析研究  28-36
  3.1 引言  28
  3.2 常规卫星钟差模型分析  28
  3.3 频谱分析  28-30
    3.3.1 频谱分析原理及过程  28-29
    3.3.2 对拟合模型进行显著周期项改正  29-30
    3.3.3 白噪声检验  30
  3.4 算例及结论  30-36
    3.4.1 算例分析  30-35
    3.4.2 结论与建议  35-36
第四章 GPS 精密单点定位数学模型研究  36-53
  4.1 引言  36
  4.2 参数估计方法  36-39
    4.2.1 序贯最小二乘法  36-37
    4.2.2 卡尔曼滤波参数估计  37-39
  4.3 PPP 的观测模型和随机模型  39-42
    4.3.1 观测模型  39-40
    4.3.2 随机模型  40-42
  4.4 PPP 的数据预处理  42-43
  4.5 几种自适应滤波模型及其在PPP 中的应用  43-46
    4.5.1 基于预报残差的附加衰减因子动态卡尔曼滤波  43-44
    4.5.2 自适应选权滤波  44-45
    4.5.3 抗差自适应滤波  45-46
  4.6 算例分析  46-52
    4.6.1 算例1  46-48
    4.6.2 算例2  48-50
    4.6.3 算例3  50-52
  4.7 本章小结  52-53
第五章 GPS 动态定位序贯平差统一模型  53-61
  5.1 引言  53
  5.2 序贯平差数学模型  53
  5.3 GPS 动态定位中的序贯平差模型  53-57
    5.3.1 观测方程  53-54
    5.3.2 固定参数序贯模型  54-55
    5.3.3 变参数的序贯平差模型  55-57
    5.3.4 参考星变化的序贯平差模型  57
  5.4 推导序贯平差统一模型  57-58
  5.5 算例分析  58-60
  5.6 结论  60-61
第六章高精度GPS 基线网概述  61-68
  6.1 背景  61-62
  6.2 国内外高精度GPS 基线网的概况  62-64
  6.3 国内外高精度GPS 网数据处理方法的研究现状  64-65
  6.4 本文高精度GPS 网数据处理研究的意义和主要内容  65-68
第七章高精度GPS 网的平差方法和参考基准研究  68-78
  7.1 概述  68
  7.2 高精度GPS 网的数据处理方法  68-71
    7.2.1 经典平差  68-69
    7.2.2 伪逆平差  69-70
    7.2.3 拟稳平差  70-71
    7.2.4 顾及参数先验信息的平差  71
  7.3 高精度GPS 网的平差基准及其几何意义  71-75
    7.3.1 固定基准（又称经典基准）  72
    7.3.2 重心基准（又称伪逆基准）  72-74
    7.3.3 拟稳基准  74-75
  7.4 高精度GPS 网参考基准统一及其转换关系  75-77
    7.4.1 基线处理阶段统一基准  76-77
    7.4.2 网平差处理阶段统一基准  77
  7.5 本章小结  77-78
第八章高精度GPS 形变监测网平差数学模型  78-95
  8.1 高精度GPS 形变监测网平差的函数模型  78-79
  8.2 同步环基线相关性讨论及独立基线选择方案  79-82
    8.2.1 同步环基线相关性讨论  79-80
    8.2.2 同步环独立基线选择方案  80-82
  8.3 随机模型  82-83
    8.3.1 同步环的随机模型  82
    8.3.2 整网的随机模型  82-83
  8.4 附加系统参数的平差基准模型  83-88
    8.4.1 带有系统参数的重心基准  83-85
    8.4.2 带有系统参数的固定基准  85-86
    8.4.3 带有系统参数的拟稳基准  86-87
    8.4.4 其他情况  87-88
  8.5 附加系统参数的秩亏自由网平差  88
  8.6 系统参数对坐标估值的影响  88-89
  8.7 系统参数显著性检验  89-90
  8.8 高精度GPS 网平差中的粗差分析与处理  90-94
    8.8.1 GPS 基线网的粗差分析  90-92
    8.8.2 GPS 基线网的抗差估计  92-93
    8.8.3 GPS 网整体平差中的方差分量估计  93-94
  8.9 本章小结  94-95
第九章高精度GPS 网平差算例结果与分析  95-105
  9.1 算例数据描述  95-96
  9.2 分析方案选取  96
  9.3 算例分析  96-103
    9.3.1 算例1  96-97
    9.3.2 算例2  97-98
    9.3.3 算例3  98-99
    9.3.4 算例4  99-101
    9.3.5 算例5  101-103
  9.4 本章小结  103-105
第十章软件设计与实现  105-112
  10.1 P3TEXT 精密单点定位软件  105-108
    10.1.1 基本思路及主界面  105-106
    10.1.2 程序框架  106-107
    10.1.3 主要菜单项展开  107-108
  10.2 HPGPSADJ 高精度GPS 网平差软件  108-111
    10.2.1 基本思路及主界面  108-109
    10.2.2 程序框架  109-110
    10.2.3 主要菜单项展开  110-111
  10.3 本章小结  111-112
总结与展望  112-114
  本文总结  112-113
  工作展望  113-114
参考文献  114-120
攻读学位期间取得的研究成果  120-122
致谢  122-123

GPS精密单点定位和高精度GPS基线网平差研究及其软件实现

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