地基GPS反演大氣水汽關(guān)鍵問題的理論與方法研究.pdf

1、研究利用地基GPS反演大氣水汽不僅對(duì)天氣變化的預(yù)報(bào)有重要意義，而且可以促進(jìn)GPS定位精度的提高，從而發(fā)揮GPS在應(yīng)用方面的潛力?；诖?，本文對(duì)地基GPS反演大氣水汽所涉及的主要問題進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，整個(gè)論文的主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)概括如下:
　　1.概述了影響GPS反演大氣水汽各主要問題的研究現(xiàn)狀，并指出了本文的研究目標(biāo)，對(duì)GPS的觀測(cè)模型及估計(jì)方法進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，從而為本文后續(xù)數(shù)據(jù)處理奠定基礎(chǔ)。
　　2.分析了廣播星歷外推

2、衛(wèi)星軌道的精度，并給出了Lagrange插值、Neville插值、Chebyshev多項(xiàng)式擬合和Legendre多項(xiàng)式擬合進(jìn)行精密星歷加密的方法，通過對(duì)實(shí)際精密星歷數(shù)據(jù)的計(jì)算，分別從內(nèi)插和擬合的階數(shù)、計(jì)算精度、計(jì)算效率進(jìn)行了比較分析，并給出了最佳階數(shù)插值算法和擬合算法計(jì)算衛(wèi)星軌道的點(diǎn)位誤差對(duì)比圖、所有衛(wèi)星軌道的精度對(duì)比效果圖。隨后，分別以實(shí)例對(duì)衛(wèi)星信號(hào)發(fā)射時(shí)刻的兩種計(jì)算方法與影響衛(wèi)星軌道的地球自轉(zhuǎn)誤差進(jìn)行了探討分析。
　　3.基于

3、TurboEdit方法對(duì)GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行周跳探測(cè)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了固定弧段長度的滑動(dòng)窗口擬合模型，對(duì)其中的Geometry-Free組合法進(jìn)行改進(jìn)，在探測(cè)出周跳后，提出利用最小二乘Chebyshev多項(xiàng)式擬合來修復(fù)周跳。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:改進(jìn)后的TurboEdit算法可以探測(cè)出等周的1周小周跳、等周的大周跳和連續(xù)的小周跳、大周跳，同時(shí)，最小二乘Chebyshev多項(xiàng)式擬合可以精確修復(fù)以上周跳對(duì)。
　　4.根據(jù)雙差相位觀測(cè)序列在相鄰歷元間

4、求差后，周跳能真實(shí)地以粗差形式反映出來的特點(diǎn)，在利用Chebyshev多項(xiàng)式擬合雙差觀測(cè)量時(shí)，顧及抗差估計(jì)的思想、Chebyshev多項(xiàng)式擬合階數(shù)、擬合弧段長度，提出基于移動(dòng)窗口的抗差Chebyshev多項(xiàng)式擬合算法來探測(cè)與修復(fù)周跳，應(yīng)用采樣間隔為60s和15s的L1頻率的載波相位數(shù)據(jù)測(cè)試表明，該算法可有效的探測(cè)多歷元間隔周跳及連續(xù)周跳，能對(duì)周跳進(jìn)行準(zhǔn)確的修復(fù)。
　　5.針對(duì)不存在先驗(yàn)信息時(shí)常規(guī)GPS單歷元數(shù)據(jù)處理中存在的問題，提

5、出了一種新的GPS整周模糊度單歷元算法。該算法先采用一個(gè)歷元的碼觀測(cè)值進(jìn)行最小二乘定位，求取初始模糊度，并根據(jù)解的中誤差來構(gòu)造模糊度原始搜索空間。再采用兩種不同線性組合的擴(kuò)波方法進(jìn)行模糊度變換，使原模糊度的搜索空間變小。在模糊度的新搜索空間確定后，通過線性組合的逆變換求取模糊度N1及N2，并以模糊度函數(shù)法進(jìn)行真值的搜索，實(shí)現(xiàn)單歷元解算。采用基線長度不同的兩組數(shù)據(jù)作為實(shí)例進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果表明了本文方法的可行性和正確性。
　　6.針

6、對(duì)單頻GPS動(dòng)態(tài)定位中常用模糊度求解方法存在的問題，提出了一種新的整周模糊度快速解算方法。該方法先通過對(duì)雙差觀測(cè)方程中坐標(biāo)參數(shù)的系數(shù)陣進(jìn)行QR分解變換以消除坐標(biāo)參數(shù)，從而僅對(duì)模糊度參數(shù)建立Kalman濾波方程進(jìn)行估計(jì)，然后利用排序和雙Cholesky分解對(duì)濾波得到的模糊度進(jìn)行降相關(guān)處理，并結(jié)合收縮模糊度搜索空間的思想來搜索固定整周模糊度。以實(shí)測(cè)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)為例對(duì)該方法進(jìn)行測(cè)試，其分析結(jié)果表明，該方法不但可以改善模糊度浮點(diǎn)解精度，而且具有良

7、好的模糊度降相關(guān)效果，可正確有效地實(shí)現(xiàn)整周模糊度的快速解算。
　　7.通過考慮模糊度的整數(shù)特性及相位波長與基線非參考站初始坐標(biāo)誤差之間的約束條件，提出了一種基于梯級(jí)遞推的無模糊度基線解算方法。該方法不受周跳的影響，并且在基線求解過程中不用考慮模糊度參數(shù)。分別以單個(gè)歷元和移動(dòng)窗口的多歷元兩種求解方案驗(yàn)證了該方法的可行性和正確性，并且基線解算結(jié)果具有較高的精度。
　　8.利用參考站坐標(biāo)已知的先驗(yàn)信息，基于組合后的超快星歷，提出了

8、一種參考站對(duì)流層濕延遲近實(shí)時(shí)估計(jì)的三步Kalman濾波算法，該方法先利用Kalman濾波分離寬巷模糊度與偽距多路徑誤差，再基于電離層無關(guān)組合模型，啟動(dòng)Kalman濾波器進(jìn)行L1模糊度與相對(duì)對(duì)流層濕延遲的分離，然后利用將正確固定的L1雙差模糊度進(jìn)行回代的方法，重新構(gòu)建Kalman濾波器來估計(jì)準(zhǔn)確的相對(duì)對(duì)流層濕延遲參數(shù)，通過實(shí)例驗(yàn)證了該方法的可行性和正確性。隨后，利用該方法獲取的近實(shí)時(shí)對(duì)流層濕延遲計(jì)算了相應(yīng)的近實(shí)時(shí)可降水量，并與GAMIT解