BDS/GPS对流层延迟估计及其在基准站稳定性监测中的应用

论文摘要

随着我国综合国力的增强,现代化建设越来越快,各种工程项目拔地而起,对其进行安全监测成为一项必不可少的任务。工程量的不断增加使安全监测的任务也日益繁重,使传统监测手段面临一定的挑战。GNSS(Global Navigation Satellite System)技术诞生以来,因其所具有的高精度、无需通视、全天候作业、易于自动化等优势,被广泛应用于变形监测领域。随着工程项目规模越来越大、所处环境越来越复杂,实际应用中的问题越来越多,对现有GNSS变形监测技术提出更高的要求。其中,基准站稳定性问题是整个监测系统的基础与关键。目前GNSS监测方案的基准站选址均靠近监测区域,当工程规模较大时,基准站稳定性容易受到监测区域的影响,造成监测结果不可靠。在此背景下,本文设计了远距离基准站辅助的变形监测方案,将部分基准站设立在远离测区、更加稳定的地点,以解决基准稳定性的问题。在黄丁发教授团队所研发的GNSS高精度自动化变形监测系统的基础上,增加了对流层延迟误差处理模块,使其具备200 km以内基线解算能力。本文主要研究内容如下:1.通过总结前人研究成果,确定解决此问题的关键在于对流层延迟误差的处理。比较了目前常用的对流层延迟估计方法,分析了其差异及适用性。结果表明:2小时参数间隔的对流层延迟解算策略可以较好反映对流层延迟变化情况;多参数方法与分段线性函数方法在实际应用中各有利弊,其中分段线性函数方法对先验信息较为敏感,约束不准会造成解算结果的偏差,此方法在观测数据质量较差时更加有效,但当观测数据质量较好时,采用多参数方法可更真实反映对流层变化情况。比较了BDS(BeiDou Navigation Satellite System)与GPS(Global Positioning System)的对流层延迟估计结果差异,BDS与GPS对流层延迟估计结果的差异在厘米级;2.通过实验比较分析了影响此系统200 km以内基线解算的主要因素,结果表明:星历精度对基线解算N方向有略微影响,不超过2 mm,广播星历结果与精密星历结果在E方向的差异可以忽略;观测时长会对解算精度造成影响,72小时观测相比24小时会使结果精度提升,但效果十分有限,在E方向提升不足1 mm,在N方向提升1mm左右,在U方向提升2 mm左右;对流层延迟估计方法仅对基线垂线方向结果有影响,为获得更可靠高程精度推荐在VDOP(Vertical Dilution of Precision)较好时使用多参数方法,在VDOP较差时使用分段线性函数方法;BDS与GPS的长基线解算结果较为一致,精度近似,多星座融合定位可提升高程方向精度达30%,对平面精度的提升帮助较小,可以忽略。这是由于多星座较单星座定位的VDOP改善较为明显,而HDOP(Horizontal Dilution of Precision)改善不明显所致。3.利用计算机编程技术实现GNSS对流层延迟误差处理模块,使新系统具备较长基线解算能力。测试系统长基线的解算精度,200 km长基线24小时解算基线重复性平面优于4 mm,高程优于8 mm,可用于部分工程的形变监测。针对近距离基准站稳定性问题,设计了一种GNSS远距离基准站辅助的变形监测方案,利用某大坝实测数据进行试验,验证此系统监测方案的可行性与有效性。试验结果表明:利用一段时间内的远距离基准站监测结果的基线重复性判断此段时间内近距离基准站稳定性的方案具有实际可行性,并以基线重复性作为多基准站融合定权时的依据,可有效改善结果准确性,与传统的未考虑基准稳定性的方案相比,监测结果与实际位移的一致性有明显提升,可以较好避免近距离基准站不稳定造成的不利影响。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 研究背景与意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 GNSS数据处理研究现状
•     1.2.2 GNSS形变监测研究现状
•   1.3 本文的研究目标与研究内容
•     1.3.1 研究目标
•     1.3.2 研究内容
• 第2章 基准稳定性监测的数据处理方法
•   2.1 基准稳定性监测解决方案比较
•   2.2 GNSS数据处理策略
•     2.2.1 GNSS相对定位
•     2.2.2 对流层延迟误差处理策略
•     2.2.3 其它误差处理策略
•     2.2.4 基线解算流程
•   2.3 数据处理的评价指标
•     2.3.1 均方根误差
•     2.3.2 基线重复性
•   2.4 本章小结
• 第3章 对流层延迟估计结果对比与分析
•   3.1 对流层延迟估计方法比较
•   3.2 不同估计方法的结果对比与分析
•   3.3 不同星座估计结果对比与分析
•   3.4 本章小结
• 第4章 基线解算分析与基准稳定监测试验
•   4.1 影响基线解算精度的因素分析
•     4.1.1 星历及星座影响
•     4.1.2 观测时长影响
•     4.1.3 基线长度影响
•     4.1.4 对流层延迟估计方法影响
•   4.2 对流层延迟估计方法的监测适用性分析
•   4.3 大坝基准监测试验
•     4.3.1 基准稳定性监测试验设计
•     4.3.2 试验结果与应用分析
•   4.4 本章小结
• 总论与展望
•   总结
•   不足与展望
• 致谢
• 参考文献
• 科研项目与发表的学术论文

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 何子晨

导师: 黄丁发,冯威

关键词: 对流层延迟估计,变形监测,基准稳定性

来源: 西南交通大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 自然地理学和测绘学,建筑科学与工程

单位: 西南交通大学

分类号: P228.4;TU196.1

DOI: 10.27414/d.cnki.gxnju.2019.002273

总页数: 63

文件大小: 4153K

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