GPS测站坐标非线性变化的统计改正模型与作用机制研究

发布时间：2020-09-27 11:30

　　随着各类空间大地测量技术的迅猛发展,以及为了满足人类生产生活中对位置精度的更高要求,毫米级地球参考框架正逐步地建立并应用于大地测量领域中。由于测站的非线性运动是测站真实运动的反映,因此通过建立统计改正模型,研究测站的非线性运动机制来削弱测站的非线性运动,是维持与精化毫米级地球参考框架的重要手段。本文主要围绕构建全球GPS测站坐标非线性变化的统计改正模型以及非线性变化作用机制展开研究,论文的主要工作与结论如下:1.从时间序列插值与拟合的角度介绍了目前处理效果较好的数据预处理方法,其次说明了目前最准确高效的周期项探测手段——频谱分析,最后根据谐波分析的思想,推导得出了基于最小二乘拟合的周期项参数提取方法。2.利用频谱分析的方法探测并统计了全球范围内461个测站三维方向的周期项,结果显示周年项普遍存在于所有测站三维方向坐标时间序列中;发现了三维周年振幅随纬度增加呈现先增大后减小的规律,南北半球测站的三维周年初始相位随纬度的增加呈现了相反的变化规律,其中南北半球中纬度测站三维初始相位相差约180度,并拟合得出了GPS测站三维方向周年振幅与初始相位的全球分布规律函数。3.首次构建了基于分布规律函数的全球GPS测站三维周年变化统计改正模型,并引入模型改正比例、剩余残差比例两个参数评价了模型对测站坐标残差的改正效果。结果显示,建立的三维周年变化统计改正模型能削弱全球多数GPS测站N、E、U方向30%~50%的坐标残差。4.研究了季节性温度效应、高阶电离层延迟与GPS系统性误差中的天线相位中心偏差对GPS测站非线性变化的影响机制。结果显示:(1)季节性温度变化会导致测站三维方向的周年与半周年运动,可分解释测站三维方向10%~20%的周年变化;(2)高阶电离层延迟会导致低纬测站N方向周年与U方向半年运动、中纬测站U方向周年与N方向半年运动、高纬测站E方向1.4周年以及U方向的周年运动,高阶电离层延迟可解释测站三维方向30%~35%的周年变化,以及23%~27%的半周年变化;(3)天线相位中心偏差可解释测站三维方向20%~30%的GPS系统性误差,天线相位中心偏差可能是造成全球GPS测站N、E、U方向周年、U方向半周年、与中低纬度测站N方向半周年运动的原因之一。
【学位单位】：战略支援部队信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：P228.4
【部分图文】：

示意图,蝶式运算,信息工程,硕士学位论文

战略支援部队信息工程大学硕士学位论文2( ) (2 1), 0,1, , 12Ny s y s + s 1T[ y ( s )]，2 2Y ( k ) DFT[ y ( s )]，其中 0 12N k ，1 2( ) ( ) ( ), 0 12nkNNY k Y k + W Y k k 1 2( ) ( ) ( ), 0 12 2nkNN NY k + Y k W Y k k 的蝶式运算可以用以下简图来表示：

坐标时,频率谱,垂直方向,周期项

本文采用周期图法对测站垂向坐标残差进行了频谱分析，探测了周期项。鉴于篇幅，只列出了 BJFS 站垂向坐标残差时间序列的频谱图，如图 3.1 所示。图 3.1 BJFS 站垂直方向坐标时间序列的频率谱图 3.1 中能量最高频点的频率为 0.00279Hz，可以得出所对应的周期为 358.4天，接近于一周年。确定了时间序列周期项所对应的频率后，根据最小二乘拟合的方法，就可以计算出周期项的振幅和初始相位[62]。

时间序列,纬度分布,垂向,振幅

在实际探测中，发现测站时间序列中很少存在严格的周年项，主要为类周因此本章在提取周年振幅与初始相位时，将周期介于 350-380 天之间的周视为周年项[64]。表 3.1 中可以看出，周年项在全球具有普遍性，因此研究周年项振幅与位的全球分布规律，是建立全球测站坐标非线性变化统计改正模型的重要1 GPS 测站垂向周年项振幅全球分布规律研究立基于周年项的统计改正模型，需要分析周年项振幅与初始相位的全球律。考虑到南北半球存在着以下差异：①南北半球之间存在非对称构造变②南北半球的海洋与陆地面积比例不同，导致南北半球的气候变化、气象PS 测站部署有所差异[66]；因此分别对南北半球测站垂向周年项的全球分进行研究。图 3.2~3.3 分别展示了北半球、南半球测站垂向周年项振幅随纬度的分布

【参考文献】