[發明專利]GPS單歷元變形監測恒星日周期誤差消除方法

有效

• 申請號: 201610804417.2
• 申請日: 2016-09-06
• 公開（公告）號: CN106323205B
• 公開（公告）日: 2018-10-19
• 發明（設計）人: 鄧興升;周韜;黃小鵬
• 申請（專利權）人: 長沙理工大學
• 主分類號: G01B15/06
• 分類號: G01B15/06;G01S19/23
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種GPS單歷元變形監測恒星日周期誤差消除方法，屬于測繪科學技術領域。GPS衛星與地面監測站的幾何位置關系是以恒星日為周期重復的，GPS系統誤差具有整周日特性。現有系統誤差消除方法中，延長觀測時間對單歷元來說行不通；根據衛星高度角和方位角建立誤差模型，因太復雜沒有實用性；離散恒星日濾波不是采用連續改正函數，難以對齊時間點。本發明采用時間序列最大相關系數確定復現周期，通過中值濾波濾去高頻噪聲，再以連續函數對系統誤差建立改正模型并動態更新，可確定NEU三方向不同復現周期，消除高頻噪聲和周期誤差，提高GPS單歷元變形監測精度。

技術領域

本發明是一種GPS單歷元變形監測恒星日周期誤差消除方法，屬于“大地測量學與測量工程”學科中的“衛星大地測量學”技術領域。

背景技術

眾所周知，GPS變形監測具有全天候、自動化、高采樣率、穩定參考點設立自由等優勢，因而廣泛應于滑坡監測、高層建筑物監測、地殼形變監測、地震監測等。由于GPS衛星在天空動態飛行，同時地球也在自轉，GPS衛星與地面監測站的幾何位置關系是以一個整恒星日為周期重復的，GPS信號的各種系統性誤差具有整周日特性，例如典型的多路徑效應。由于恒星日周期性系統誤差的存在，降低了GPS單歷元變形監測的精度。因此，必須把GPS恒星日周期性系統誤差從變形監測時間序列中消除，從而提高變形監測的精度。然而時至今日，仍然缺乏好的方法以消除GPS單歷元時間序列中的周期性誤差。現有的方法中，通過延長觀測時間的方法對于單歷元來說，是行不通的。根據衛星的高度角和方位角建立誤差預測模型，在整個觀測周期中，新衛星在視野中的出現和舊衛星的消失，衛星高度角和方位角處于復雜的變化中，非常復雜的預測模型并沒有實用性。恒星日濾波通常采用星歷文件求出每顆GPS衛星的復現周期，但變形監測時間序列是多顆衛星相位觀測綜合解算的結果，變形時間序列的周期并不與單顆GPS衛星的周期嚴格對應。恒星日濾波采用多天的加權平均值作為離散的改正數去修正新的時間序列，而不是采用連續的改正模型函數，并且改正的時間點上很難做到嚴格對齊。

本發明是我們提出的GPS單歷元變形監測時間序列恒星日周期性系統誤差消除的全新技術方案，不同于現有技術方案，采用時間序列自身的最大相關系數來確定復現周期，通過在移動窗口進行中值濾波先濾去高頻噪聲，然后再采用連續函數對系統性成份建立嚴密改正模型，用于后續時間序列的恒星日系統誤差改正。隨著時間序列的增長，改正模型可以動態更新以保持其現勢性。該技術方案的優點在于能確定N、E、U三個坐標軸方向具有微小差異的嚴密復現周期，消除高頻噪聲，并采用嚴密模型函數改正變形時間序列中系統性周期誤差，從而提高GPS單歷元變形監測時間序列的精度。

發明內容

一種GPS單歷元變形監測恒星日周期誤差消除方法，用于消除GPS單歷元變形監測時間序列中的各類誤差，其基本目標是提高GPS單歷元變形監測的精度。本發明的創新點在于：提出采用時間序列自身的最大相關系數確定系統誤差的復現周期，建立精密的系統誤差改正函數模型，基于最小二乘原理嚴密解算模型參數，動態修正模型參數，在實踐應用中，通過消除誤差，可以提高GPS單歷元變形監測的精度。

本發明的基本特征在于，針對GPS單歷元變形監測原始的時間序列，先進行中值濾波對偶然誤差進行處理，在恒星日周期附近對時間序列前后循環比對，求得相關系數，最大相關系數對應的周期即為復現周期，建立移除周期后的觀測歷元與系統誤差之間的連續函數模型，基于最小二乘原理求解模型參數估值，模型理論上嚴密，可獲得非常高的逼近精度，從而獲得最優的系統誤差改正模型。

由于恒星日周期性誤差始終存在于GPS相位觀測值中，在變形監測分析中必須消除各種誤差。本發明方法簡潔，易于編程實現，可操作性強，在實踐中具有實用性，普遍適用于GPS時間序列周期性誤差的處理。

本發明的關鍵技術特征和流程包括以下內容：

(A) 對GPS單歷元時間序列采用中值濾波，濾去高頻噪聲；

(B) 按最大相關系數法求得系統誤差的復現周期，精確到秒；