单频GPS快速定位计算中的病态性研究

摘要

在单频GPS快速定位基线求解中,依据载波数据的解算结果精度较好,具有较高的应用价值。但载波定位在求解时需要固定整周模糊度,这要求较好的浮点解、模糊度初值和相应的方差-协方差阵。但是根据单频GPS接收机短时间的观测数据而列立的相位观测方程,呈现病态性的特点,影响了浮点解和模糊度初值的精度,使基线解的质量降低。
　　 本文主要针对单频GPS快速定位中载波观测方程的病态性问题进行研究,探讨解决其病态性的主要方法。首先从单频GPS相位观测方程的病态性特点开始,对岭估计在处理这个病态问题时能达到的效果进行了分析。然后研究了能够融合先验信息的修正岭估计,及常见的高程信息已知时的计算方法,得到了一些有益的结论。
　　 文中主要研究内容包括以下几个方面:
　　 1.对单频GPS载波相位解算中的病态性研究状况进行了简单总结,系统分析了单频GPS相位观测方程的病态性特点,认为它有一定的规律性。
　　 2.介绍了岭估计处理病态性的原理和计算过程,及各种确定岭参数的方法。探讨了岭估计在GPS单频数据处理中的应用,用统计的方法求出使结果最接近真值的最佳岭参数,分析了岭估计在单频GPS解算中所能达到的最优效果。计算表明,统一化的最优岭参数可以提高解的稳定性,但效果有限。
　　 3.利用修正岭估计作为一种引入基线先验信息的方法,提高单频GPS的基线解算效果。首先对GPS伪距定位结果进行简单分析,并假设这个定位结果为先验信息,作为修正岭估计的参数加入到计算中。然后使用不同的方法确定修正岭估计的岭参数,这些方法包括Course提出的公式、方差分量估计法等。最后对计算结果进行了分析,认为Course公式和方差分量估计都可以得到较好的效果,前者不需要循环计算。
　　 4.鉴于附加先验信息可以显著改善解算方程的病态性,讨论了两种附加高程约束的GPS基线解算方法。一种是在站心坐标系下解算基线,在添加高程约束条件后,可以减少一个未知数;另一种是在WGS-84坐标系下,通过附加高程约束方程的方式添加约束条件。分析了这两种方法的特点,通过计算,证明了两者都具有较好的效果:在观测时间较短的情况下,可以改善相位观测方程的病态性,提高基线解算的浮点解精度和固定整周模糊度的正确率。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 快速定位中方程病态性的研究意义和研究现状

1.2.1 研究意义

1.2.2 研究现状

1.3 本文的研究内容

第二章 GPS定位基本理论

2.1 常用的参考系统

2.2 GPS定位误差及处理方法

2.3 GPS定位数学模型

2.3.1 GPS伪距定位函数模型

2.3.2 GPS载波相位定位函数模型

2.3.3 GPS载波相位定位随机模型、解算及短时间观测方程病态原因分析

2.4 本章小结

第三章 单频GPS快速解算中的病态性分析

3.1 引言

3.2 单频GPS快速解算中的病态性

3.2.1 方程病态性原理与诊断方法

3.2.2 单频GPS基线解算中的病态性特点

3.3 岭估计及在单频GPS解算中的效果分析

3.3.1 岭估计基本原理

3.3.2 岭估计在单频GPS数据解算中的应用效果

3.3 本章小结

第四章 修正岭估计在单频GPS快速解算中的应用

4.1 引言

4.2 修正岭估计的原理

4.3 确定修正岭估计中岭参数的各种方法

4.4 修正岭估计在单频GPS快速解算中的效果

4.4.1 伪距观测值推算模糊度

4.4.2 算例分析

4.5 本章小结

第五章 附高程约束的单频GPS基线解算

5.1 引言

5.2 常用的高程系统

5.3 附高程约束的单频GPS基线解算数学模型

5.3.1 在站心坐标系下附加高程约束

5.3.2 在WGS-84空间直角坐标系下附加高程约束

5.4 算例分析

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 内容总结

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间主要的研究成果