高精度北斗数据处理及地形变监测应用

发布时间：2020-11-01 18:07

　　 北斗卫星导航系统(BDS)是我国独立自主发展的全球卫星导航系统,于2012年底免费公开向亚太地区提供服务。不同于GPS全星座采用MEO轨道以及现代化后目前只有部分卫星播发三频信号,北斗在空间星座部分由三种不同轨道卫星构建,且还是全球首个全星座卫星播发三频信号的卫星导航系统。多频信号的出现不仅增加了多余观测值,提高了卫星定位精度的稳定性和可靠性,还可以形成更多波长较长、电离层延迟系数和观测值噪声系数较小的优良组合,可以更加快速准确地进行周跳探测和模糊度的固定。鉴于多频组合观测值的优势,针对北斗三频定位算法开展研究有着十分重要的意义。随着北斗系统逐步向全球提供免费公开服务,以及中国大陆构造环境监测网络(陆态网络)GNSS基准站的不断升级,部分站点已积累了丰富的北斗观测数据,因此针对北斗观测数据处理等方面的研究可验证目前阶段北斗数据在地壳形变监测中的可行性以及更好地推广北斗在高精度定位领域中的应用。本文在重点研究北斗三频观测值周跳探测与修复、三频模糊度固定算法的基础上,开展了高精度北斗数据的处理、分析及其在形变监测中的应用工作,主要研究内容如下:(1)研究了伪距相位组合法和无几何相位组合法两种三频周跳探测方法,介绍了两种方法的数学原理、组合系数的选取准则。针对北斗不同采样率以及不同轨道卫星三频观测数据的周跳探测进行了详细的算例分析,结果表明:当观测数据采样率较低时,周跳探测精度也会下降,MEO轨道数据探测精度略低于IGSO和GEO轨道。最后实现了利用两组伪距相位组合和一组无几何相位组合对原始三频数据周跳的准确修复,并克服了周跳漏探的缺点。(2)基于TCAR逐级解算模糊度原理,研究了北斗三频单历元模糊度固定算法,分析了模糊度逐级取整固定过程中的误差。对三组不同长度基线的模糊度解算,结果表明:在中短基线下,模糊度固定成功率较高,当基线较长时超宽巷和宽巷模糊度固定成功率依然可达100%,而窄巷模糊度难以直接取整固定。对此提出了电离层延迟改正法,可在一定程度上提高长基线窄巷模糊度固定成功率。(3)以GAMIT软件为工具,对“陆态网络”14个基准站累积两年多的BDS/GPS观测数据进行高精度基线处理,详细地分析了超长基线下BDS解算结果的各项精度评价指标。针对GAMIT软件中BDS相关误差模型不完善的情况,分析了接收机天线相位中心改正对长基线解算结果的影响。结果表明:BDS和GPS基线解算NRMS值均小于0.25,BDS基线长度和重复性在水平方向和GPS相差在mm级,垂向相差基本在1~2cm,两者在垂向解算精度均小于水平方向,在长基线下天线相位中心改正对垂向解算结果影响大于水平方向,当测站两端天线一致时可在一定程度上削弱天线相位中心改正的影响。(4)利用GLOBK对基线解算结果进行平差,得到了站点在ITRF08框架下的坐标时间序列,以GPS解算结果为参考对BDS坐标平差结果的内外符合精度进行了评估。对比分析了两个系统得到的坐标时间序列差异,对待求站点得到的BDS/GPS时间序列进行粗差剔除后采用最小二乘法拟合站点水平方向的速度场。结果表明:BDS时间序列稳定性较GPS稍差,坐标重复性较GPS稍大,在水平方向BDS坐标和GPS相差3~7mm,垂向相差基本在1~2cm;拟合的速度场结果两者相差较小,N方向相差0.1~0.8mm/a,E方向相差0.8~1.7mm/a,北斗系统可逐步的应用于地壳形变等高精度定位领域。
【学位单位】：中国地震局地震研究所
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：P228.4;P227
【部分图文】：

图 4.1 GNSS 基准站分布图表 4.1 BDS 数据基线解算参数处理参数 设置卫星截止高度角基线解类型观测值类型批处理迭代方案对流层延迟估计卫星天线相位中心改正固体潮模型海潮模型光压模型对流层延迟改正投影函数10°BASELINELC_AUTCLN1-ITER2MGEX 模型IERS03FES2004BERNEVMF1ITRF08

3:30:00 7:15:00 11:00:00 14:45:00 18:30:00 22:15:00681012可见卫星数时 间图 5.1 WUHN 站 BDS\GPS 可见卫星数

中国地震局地震研究所硕士学位论文GFZRNX 有 RINEX3 格式数据编辑功能但无数据质量检核功能、BNC 数据质量检核信息过于简单且交互性较差。针对 WUHN 站的 BDS 卫星观测数据，本节采用捷克国家大地天文台研发的 Anubis 程序（http://www.pecny.cz/），从多路径效应和信噪比两个方面进行质量检核，该程序质量检核信息较为丰富可详细的分析每一颗卫星和每一种信号的数据质量。利用 Anubis 程序的 Anubisplot.py 绘图模块根据数据检核结果绘图分别如图 5.3 和图 5.4 所示。从图 5.3 可知 BDS 两个频率数据的多路径效应基本皆在 15-35cm 之间，当高度角较低时可达 50cm 左右。多路径效应与卫星的高度角和信号波长相关，当高度角在 15°以下时多路径效应误差较为明显，B1 频率信号多路径效应整体上较 B2 频率大。
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本文编号：2865901