趙占輝

摘 要：基線是同步單測站構(gòu)成，單測站的數(shù)據(jù)優(yōu)劣決定基線的計算精度，尤其是在環(huán)境不理想時實施觀測作業(yè)。本文就如何改善基線的精度，探討單測站的GPS數(shù)據(jù)預(yù)處理方法，即采用小波分析策略，預(yù)處理實測基線數(shù)據(jù)，提高對基線解算質(zhì)量，特別是當基線比較長時，兩測站的相關(guān)性降低，采用單測站數(shù)據(jù)預(yù)處理的方法優(yōu)化長基線解算質(zhì)量。該方法對提高GPS解算的精度、縮短GPS觀測時間、降低GPS觀測環(huán)境的要求以及降低觀測成本具有現(xiàn)實意義，有利于促進GPS更廣泛的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)預(yù)處理 基線解算 小波分析

中圖分類號：P258 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）05（c）-0034-01

GPS數(shù)據(jù)預(yù)處理的內(nèi)容包含很多方面，從GPS數(shù)據(jù)預(yù)處理的內(nèi)容來看，數(shù)據(jù)傳輸和格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)格式的標準化、數(shù)據(jù)篩選、差分觀測值形成、向量近似解的求解等內(nèi)容無論是理論部分還是軟件實現(xiàn)部分都是相當成熟的，因而此方面的研究甚少。在原始數(shù)據(jù)預(yù)處理軟件方面，多數(shù)軟件都實現(xiàn)了GPS數(shù)據(jù)預(yù)處理的大部分內(nèi)容。

GPS數(shù)據(jù)預(yù)處理作為GPS數(shù)據(jù)處理的重要部分，載波相位觀測值的周跳探測、修復及GPS數(shù)據(jù)的篩選，GPS觀測數(shù)據(jù)降噪處理一直是廣大科研工作者研究的熱點，試圖提高基線解算后數(shù)據(jù)的可靠性及精度。與此同時，由于小波分析法的強大分析能力，特別是在時頻分析的強大優(yōu)勢，越來越受到人們的重視。

1 小波分析理論

國內(nèi)外學者在基于小波分析的GPS數(shù)據(jù)預(yù)處理方面做了不少研究。運用小波分析對GPS觀測數(shù)據(jù)消噪方面，目前的研究基本上是針對基線解算展開的。運用該理論提取雙差觀測值殘差的低頻信號改正GPS觀測值，用于消除多路徑效應(yīng)的影響，或者對相對雙差觀測值時間序列進行小波分析。隨著對高精度相對定位的需求不斷增加，如何提高單基站的數(shù)據(jù)質(zhì)量對基線解算質(zhì)量有重要的研究意義，因此，小波分析法在單測站GPS數(shù)據(jù)處理中具有重要的現(xiàn)實意義。

2 小波分析理論的應(yīng)用

無論是靜態(tài)相對定位還是實時動態(tài)相對定位還是精密單點定位，要解算測量點的三維坐標及精度都必須進行數(shù)據(jù)預(yù)處理，數(shù)據(jù)預(yù)處理過程是非常關(guān)鍵的一個階段。經(jīng)過GPS數(shù)據(jù)預(yù)處理，得出最終用于基線或單點定位所必須的觀測數(shù)據(jù)和信息。經(jīng)過處理處理后的觀測值不包含有周跳和較大偏差的觀測值，它對基線解算或精密單點定位十分重要。

精密單點定位用一臺GPS接收機便可以達到厘米級的定位精度，提高了高精度測量定位的靈活性，但是在實際應(yīng)用中扔不可取代傳統(tǒng)的相對定位模式。因此提高相對定位精度及可靠性仍有其研究的意義。

靜態(tài)相對定位在理論和軟件方面發(fā)展都相對成熟，如國外研制的GAMIT、BERNESE等，用于長基線靜態(tài)相對定位基線解算，在精密長基線處理中取得良好的效果。實際應(yīng)用中，受到多路徑影響、強的電磁信號干擾、觀測點上空存在不開闊等不利因素影響，GPS觀測值的質(zhì)量比較差，使基線處理難度增大，解算精度和可靠性也大大降低。如何處理極不理想條件下觀測的數(shù)據(jù)，且能保證足夠的精度，是目前正待解決的問題。有些國內(nèi)外學者提出了基于小波分析方法的基線處理方法，例如，對相位雙差觀測值進行小波分析，試圖提高數(shù)據(jù)的信噪比及基線解算的精度和可靠性；在初始平差的殘差信號主要由非模型化、非空間相關(guān)性的多路徑效應(yīng)影響和觀測噪聲組成的基礎(chǔ)上，采用小波分析方法提取殘差文件中的多路徑信號，并對觀測數(shù)據(jù)進行修正，該方法可用于多路徑效應(yīng)比較大的情況。

3 GPS基線解算新方法探討

基線是由相同觀測時段的單測站構(gòu)成的，盡管建立在多種誤差的空間相關(guān)性基礎(chǔ)之上的基線解算理論削除或消弱了強相關(guān)性誤差，但單測站的質(zhì)量對基線的解算的影響仍然存在，扔不能忽視構(gòu)成獨立基線兩測站的數(shù)據(jù)質(zhì)量。單測站質(zhì)量對基線的影響應(yīng)該包括基線解算的精度、可靠性、模糊度搜索域等多個方面。通過提高單測站的數(shù)據(jù)質(zhì)量來提高基線解算的質(zhì)量或可靠性有一定的可行性。為此，可通過大量實驗分析基于單測站GPS原始數(shù)據(jù)預(yù)處理對基線解算的影響。對單測站質(zhì)量對基線結(jié)算精度和可靠性進行客觀評價分析，并采用不同數(shù)據(jù)預(yù)處理方法對構(gòu)成基線的兩測站數(shù)據(jù)進行處理，將處理前后的數(shù)據(jù)進行對比、分析、評價，發(fā)現(xiàn)其規(guī)律性，來得出結(jié)論。為此，可采用小波變換的理論方法對單測站GPS原始數(shù)據(jù)預(yù)處理，并進行深入研究，尋求基線解算最佳途徑。

既然單測站的GPS數(shù)據(jù)預(yù)處理具有極其重要的現(xiàn)實意義，有效的GPS數(shù)據(jù)預(yù)處理理論及其軟件對于提高GPS解算的精度、縮短GPS觀測時間、降低對GPS觀測環(huán)境的要求和降低觀測成本具有重要的現(xiàn)實意義，有利于促進GPS更廣泛應(yīng)用，同時對GNSS衛(wèi)星導航系統(tǒng)以及北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理也有一定的參考價值。

4 小波分析法應(yīng)用的局限性

國內(nèi)外專家學者，如Collin F.&Warant R.、E.M. de Souza、朱習軍、黃德武、何海波、劉旭春等，應(yīng)用小波分析的相關(guān)理論方法預(yù)進行數(shù)據(jù)處理、基線解算，分析研究多路徑效應(yīng)等對數(shù)據(jù)質(zhì)量影響，得到了有益結(jié)論，取得了良好效果。但是還存在一些問題和不足。當基線比較長時，兩測站的相關(guān)性降低，單測站數(shù)據(jù)預(yù)處理的方法對長基線解算質(zhì)量的影響程度仍不清楚，缺少相關(guān)的實驗數(shù)據(jù)，研究仍不夠深入；結(jié)合不同的小波分析策略，不同的預(yù)處理模式，對基線解算質(zhì)量的影響程度仍不能確定，缺少實驗依據(jù)。

因此，小波分析法在GPS數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用仍然受到很大限制，不能完全發(fā)揮小波分析理論強大的分析優(yōu)勢，有待于科研工作者進一步實驗研究，進一步探討新的數(shù)據(jù)預(yù)處理算法。

5 結(jié)語

如何將小波分析理論靈活運用于GPS數(shù)據(jù)處理的應(yīng)用中，克服現(xiàn)實中觀測數(shù)據(jù)的不足，滿足高精度相對定位的需求，使小波分析理論充分發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)勢，將GPS技術(shù)得到更廣泛的應(yīng)用，是當前需要解決的技術(shù)問題，仍然具有繼續(xù)研究的價值與意義。

參考文獻

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