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测量的数据处理通常使用最小二乘法,因为当观测误差属正态分布时最小二乘估计是无偏估计且方差最小。但是,最小二乘法抵御非偶然误差的能力很弱,因此,要对观测数据进行质量控制,以便采取适当的措施消除这些非偶然误差对观测结果的影响。
传统测量由于数据量小,相关性不强,测量数据质量易于控制,而在信息化时代,新的测量技术不断出现,数据以前所未有的速度被采集和更新,因此,研究更加可靠快速的数据质量控制技术显得尤为重要。
GPS是一个基于卫星的导航系统,观测值中的粗差、周跳、多路径误差等极大地制约着GPS定位的精度和可靠性,因此本文在研究数据质量控制的基本理论和方法的基础上,进一步研究如何将这些数据质量的理论用于GPS的质量控制。
本文以选权拟合法为主要研究对象,目的是将选权拟合法用于周跳、粗差的探测和系统误差的反演。因此本文推导了选权拟合法的性质,给出了选权拟合法的一种等价模型,说明了拟准检定法是选权拟合法的一种特殊形式;论述了将选权拟合法的理论用于GPS的数据质量控制的具体思路和算法,其一是论述了拟准检定法的分群标准和单位权中误差的选取方法,提出了一种实用的算法一-R+1法;其二是将选权拟合法用于均值漂移模型中解算粗差和GPS周跳;其三是将选权拟合法用于半参数模型中来反演系统误差,从而反演多路径误差。针对GPS数据连续性的特点,本文在研究GPS周跳探测时还讨论了基于连续性诊断技术的周跳探测方法,包括利用周跳在高阶差分的数字特征探测和固定周跳的方法、无距离组合联合MW组合探测周跳的方法以及使用双低通滤波器探测周跳的方法。另外在讨论多路径误差时还提供了一种基于相关性分析技术的多路径误差的诊断方法。
本文的特色和创新体现在以下内容中:
1)对两种基于连续性诊断技术的周跳探测方案进行了改进,并提出一种新的算法
发现了周跳在高阶差分中具有叠加的性质,推导了周跳在高阶差分中的特征子序列;提出了利用周跳在高阶差分中的时序特征探测和固定周跳的方法;算例表明,高阶差分法除了可以探测单个周跳,还可以探测多周跳:提出使用双低通滤波器探测周跳的方法;算例表明,使用双低通滤波器探测单个周跳的精度高于高阶差分法;对无几何距离组合联合MW组合探测周跳的算法进行了改进,改进体现在三个方面,一是将高阶差分法用于探测无几何距离组合和MW组合的周跳,二是将低通滤波用于伪距窄巷组合的平滑,三是对解算得到的L1和L2的周跳浮点解进行条件搜索,将它们固定为整数;算例表明,MW组合和无距离组合联合起来能够用于静态和动态的周跳探测。
2)拓展了选权拟合法的相关理论,开发了选权拟合法新的应用领域
比较了正则化算法与选权拟合法的不同,给出了正则化解和选权拟合估计的性质;在广义平差原理基础上推导出了选权拟合法的等价模型和精度计算公式;证明了在选权拟合法模型中,平滑参数其实就是被约束参数的权;给出了选权拟合法中构造正则化矩阵(约束方程)的差分公式;在选权拟合法原理下推出了相关观测条件下拟准检定法的真误差计算公式;将选权拟合法用于系统误差的反演,并进一步用于多路径误差的反演;将选权拟合法用于均值漂移模型中进行抗差估计。
3)深入探讨了拟准检定法的有关理论,提出了用拟准检定法探测周跳的实用算法
以选权拟合法的原理为基础推出了相关观测条件下拟准检定法的真误差计算公式;提出拟准检定法的新的分群准则;提出在拟准检定时采用先验的中误差作为粗差标准参数:利用拟准检定法可以一次探测多个粗差的特点,将拟准检定法用于周跳探测,算例表明,拟准检定法不仅在载波相位非差模型效果很好,在双差模型上的效果同样很好;提出了一种实用的探测周跳的算法--R+1法。
4)提出了诊断多路径误差的新思路,并利用选权拟合法反演多路径误差
提出将相关性分析技术用于辨识多路径误差的方法;使用选权拟合法反演系统误差的算法反演多路径误差,经过对连续两天的GPS基线向量的系统误差的计算结果表明,这两天的系统误差呈现明显的重复性,说明系统误差主要是由于多路径误差引起的,在计算时,使用了系统误差的三阶差分等于零的约束条件,说明多路径误差可以用二阶多项式表示。