单频GPS快速定位计算中的病态性研究

论文摘要

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。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 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
• 3.4 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