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GNSS技术凭借其全天候、自动化、高精度的特点,能够有效弥补传统变形监测方法的缺陷。应用GNSS技术构建一种信息化、自动化的监测平台已成为变形监测领域发展的必然趋势。目前商业化的GNSS形变监测系统往往需要布设多台高精度多频多模接收机,导致监测系统价格昂贵,因此采用低成本终端能够有效降低监测成本。但低成本终端接收到的为单频数据,无法进行频率间的组合,且数据信噪比低,信号频繁失锁中断,难以得到高精度结果。随着北斗三的发射,北斗系统正式迈入全球时代,目前在轨卫星33颗,综合利用GPS/BDS联合测量,可极大提高GNSS定位的可用性和可靠性,全面提升GNSS定位性能。
本文对单频GPS/BDS变形监测数据处理理论与方法进行了深入研究。重点研究了单频GPS/BDS基线解算算法、单频GPS/BDS多监测点网解算法,根据以上算法研究了一套单频GPS/BDS变形监测软件并设计了对比实验验证算法的性能。使用该软件获取了变形数据,利用奇异谱分析方法提取了变形数据中的周期信号。本文主要的研究内容如下:
1.研究了单频GPS/BDS基线解算算法,讨论了单频GPS/BDS相对定位非差、单差和双差数学模型,基于高度角定权方法给出了相应的随机模型,分析了双差观测值的误差来源,设计了基线解算流程。提出了开窗卡尔曼滤波参数估计模型,实验证明该模型定位精度水平优于2mm,高程优于5mm,同时该模型能及时反映突然的位移形变。
2.研究了单频多监测点网解解算理论,叙述了单频多监测点网解算法的设计思路和公式推导。先求解高精度的短基线固定解再利用这些信息求解基准站至监测点之间的长基线解,从而得到整个监测网所有监测点坐标。实验证明该算法相对于传统的单频GPS/BDS基线算法解算稳定性和模糊度固定率都有极大的提高。
3.设计了单频GPS/BDS自动化变形监测系统,包括相应的硬件和软件。利用该系统采集了同济大学经管楼六天的变形数据。采用奇异谱分析的方法从六天的变形数据中提取出了高楼的日变形周期,经分析该变形周期主要是由于混凝土的热胀冷缩效应引起的。
本文对单频GPS/BDS变形监测数据处理理论与方法进行了深入研究。重点研究了单频GPS/BDS基线解算算法、单频GPS/BDS多监测点网解算法,根据以上算法研究了一套单频GPS/BDS变形监测软件并设计了对比实验验证算法的性能。使用该软件获取了变形数据,利用奇异谱分析方法提取了变形数据中的周期信号。本文主要的研究内容如下:
1.研究了单频GPS/BDS基线解算算法,讨论了单频GPS/BDS相对定位非差、单差和双差数学模型,基于高度角定权方法给出了相应的随机模型,分析了双差观测值的误差来源,设计了基线解算流程。提出了开窗卡尔曼滤波参数估计模型,实验证明该模型定位精度水平优于2mm,高程优于5mm,同时该模型能及时反映突然的位移形变。
2.研究了单频多监测点网解解算理论,叙述了单频多监测点网解算法的设计思路和公式推导。先求解高精度的短基线固定解再利用这些信息求解基准站至监测点之间的长基线解,从而得到整个监测网所有监测点坐标。实验证明该算法相对于传统的单频GPS/BDS基线算法解算稳定性和模糊度固定率都有极大的提高。
3.设计了单频GPS/BDS自动化变形监测系统,包括相应的硬件和软件。利用该系统采集了同济大学经管楼六天的变形数据。采用奇异谱分析的方法从六天的变形数据中提取出了高楼的日变形周期,经分析该变形周期主要是由于混凝土的热胀冷缩效应引起的。