許長輝

中國科學(xué)院大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100049

差分GPS（如RTK）通過消除基準(zhǔn)站與流動(dòng)站之間的公共性和相關(guān)性誤差提高定位精度，這種技術(shù)要求流動(dòng)站與基準(zhǔn)站之間的距離有一定的限制。為了克服這種限制，精密單點(diǎn)定位技術(shù)采用精密星歷和鐘差改正數(shù)據(jù)獲得絕對坐標(biāo)系下的高精度坐標(biāo)。雖然目前精密單點(diǎn)定位模型及各種改正模型已基本建立，通過最小二乘或卡爾曼濾波估計(jì)方法能夠獲得最優(yōu)估計(jì)。當(dāng)觀測值存在粗差或系統(tǒng)誤差時(shí)，估計(jì)坐標(biāo)發(fā)生偏差或系統(tǒng)性偏差，導(dǎo)致解算坐標(biāo)精度下降。為了提高解算精度，需要研究模型質(zhì)量控制及高精度單點(diǎn)定位模型。同時(shí)，當(dāng)偏差超過限值時(shí)，需要提供相應(yīng)的預(yù)警信息。質(zhì)量控制及預(yù)警都依賴于多余觀測數(shù)，而一些情況下GPS可視衛(wèi)星較少，單獨(dú)GPS無法提供足夠的多余觀測信息。多系統(tǒng)接收機(jī)能夠同時(shí)接收GPS和北斗等系統(tǒng)的各種信號(hào)，能夠增加多余觀測數(shù)。不僅能夠提高解算精度，而且增強(qiáng)完備性監(jiān)測和預(yù)警能力。同時(shí)，多系統(tǒng)組合也增加多粗差發(fā)生的可能性。因此，本文研究高精度GNSS單點(diǎn)定位模型質(zhì)量控制和預(yù)警，主要內(nèi)容如下：

（1）GPS精密單點(diǎn)定位的各種改正項(xiàng)涉及不同的時(shí)間基準(zhǔn)和坐標(biāo)基準(zhǔn)。分析不同時(shí)間基準(zhǔn)和坐標(biāo)基準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換方法，研究各項(xiàng)改正的影響原理和方法，開發(fā)卡爾曼濾波單歷元的GPS精密單點(diǎn)定位軟件平臺(tái)。根據(jù)開發(fā)的軟件平臺(tái)，研究了各項(xiàng)改正的影響范圍，比較不同精密產(chǎn)品提供的衛(wèi)星坐標(biāo)、鐘差精度和解算坐標(biāo)精度之間的差異。

（2）研究精密單點(diǎn)定位的矩陣奇異性，提出奇異值分解方法和偽衛(wèi)星增強(qiáng)方法。奇異值分解能夠避免精度因子發(fā)散，但是降低其精度，而模擬的偽衛(wèi)星增強(qiáng)方法增加多余觀測數(shù)，能夠避免精度因子發(fā)散和最大限度保持其精度。

（3）基于最小二乘的可靠性理論，將卡爾曼濾波動(dòng)力學(xué)模型更新的狀態(tài)向量作為偽觀測值與實(shí)際觀測值聯(lián)立，組成最小二乘形式，推導(dǎo)卡爾曼濾波動(dòng)力學(xué)模型的異常探測、識(shí)別、可分性和可靠性公式，建立卡爾曼濾波模型的廣義可靠性理論體系和方法。利用參數(shù)協(xié)方差陣和精度因子評價(jià)解算精度。

（4）對比分析卡爾曼濾波新息和殘差的隨機(jī)性，研究殘差作為抗差變量的抗差卡爾曼濾波。針對卡爾曼濾波觀測模型和動(dòng)力學(xué)模型的各種異常，提出統(tǒng)計(jì)量的抗差自適應(yīng)卡爾曼濾波方法：觀測模型單粗差的統(tǒng)計(jì)量加權(quán)抗差；動(dòng)力學(xué)模型異常的自適應(yīng)抗差；相關(guān)觀測的觀測模型多粗差探測及抗差。通過實(shí)例驗(yàn)證，自適應(yīng)抗差卡爾曼濾波能夠處理各種卡爾曼濾波模型異常。

（5）傳統(tǒng)精密單點(diǎn)定位的消電離層組合模型忽略高階電離層的影響，提出小波降噪的高階電離層延遲提取及補(bǔ)償模型，能夠提高解算精度，加快收斂時(shí)間和增加浮點(diǎn)模糊度的穩(wěn)定性。

（6）GPS多余觀測值限制完備性監(jiān)測和預(yù)警，GNSS增加多余觀測值的同時(shí)，增加多粗差發(fā)生概率。綜合分析觀測值域和坐標(biāo)域的完備性監(jiān)測方法，建立精密單點(diǎn)定位的完備性監(jiān)測理論和預(yù)警體系。針對其連續(xù)性和可用性差問題，提出高精度單點(diǎn)定位的完備性監(jiān)測理論和預(yù)警體系，能夠準(zhǔn)確識(shí)別和處理單或多粗差，提高系統(tǒng)的連續(xù)性和可用性。

（7）高精度GNSS單點(diǎn)定位充分利用各衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的觀測值，研究高精度GNSS單點(diǎn)定位模型，自主開發(fā)高精度GNSS單點(diǎn)定位軟件。以GPS／GLONASS組合精密單點(diǎn)定位為例，研究GLONASS接收機(jī)鐘差和GPS／GLONASS參考時(shí)間差作為參數(shù)估計(jì)的GPS／GLONASS組合精密單點(diǎn)定位模型，建議采用GPS／GLONASS參考時(shí)間差作為參數(shù)的組合精密單點(diǎn)定位模型。研究GPS／GLONASS組合精密單點(diǎn)定位的精度因子，模擬數(shù)據(jù)和IGS數(shù)據(jù)顯示GPS／GLONASS組合精密單點(diǎn)定位顯著提高GPS精密單點(diǎn)定位的精度因子。研究GLONASS觀測值的先驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差的影響，如果GLONASS觀測值精度過高降低組合單點(diǎn)定位的精度；精度太低不能提高組合精密單點(diǎn)定位的精度。