拟稳平差法在GNSS时间序列修复中的研究与应用

针对CORS坐标时间序列的缺失问题提出一种基于GNSS网拟稳平差的时间序列插值方法。在区域内选择相对稳定的测站构建基线网,根据稳定测站的趋势变化对缺失序列进行修复。模拟实验对比分析证明,拟稳平差法的修复效果最好,平均误差在5 mm以内,并保留了原始数据的运动趋势。使用拟稳平差法对待求点365 d的坐标序列进行仿真处理,并与真实序列进行对比分析。结果表明,仿真序列与真实序列变化趋势基本一致,E、N方向上的平均误差在5 mm以内,U方向上的平均误差在10 mm以内。

中国大地测量研究进展(2019-2023)

2023年7月11日至2023年7月20日,第28届国际大地测量学和地球物理学联合会(The International Union of Geodesy and Geophysics,IUGG)大会在德国柏林举行。按照IUGG传统,国际大地测量协会中国委员会(CNC-IAG)组织国内十余家单位编写了“中国大地测量国家报告(2019—2023)”,分别总结了2019至2023年4年期间的中国大地测量各分支学科研究进展。本文主要归纳和总结了中国大地测量学科近几年的整体进展,侧重各领域代表性研究进展,主要内容包括基准框架、综合PNT与弹性PNT、重力场与垂直基准、GNSS精密产品、多源传感器组合导航和海洋大地测量6个研究方向。此外,结合国际大地测量及相关交叉学科的发展趋势,对我国大地测量学科未来发展提出了几点建议。

2020珠峰测量与高程确定

为实现中国和尼泊尔共同宣布珠峰高程,我国于2019—2020年开展了珠峰高程测量工作,并于2020年5月27日完成峰顶测量。首次在珠峰北侧区域实施航空重力测量、开展峰顶地面重力测量,首次联合航空和地面重力等数据确定了基于国际高程参考系统(international height reference system,IHRS)的珠峰区域重力似大地水准面模型和峰顶大地水准面差距。此次珠峰测量,各种先进测量装备尤其是国产测量仪器全面担纲,通过多种技术手段相互验证和严密检核计算,确保了珠峰高程测量成果的精度和可靠性。最后,中尼双方合作开展数据处理,共同确定珠峰峰顶雪面正高(海拔高)为8848.86 m。

顾及共模误差的四川连续GPS基准站坐标时间序列噪声分析

使用GAMIT/GLOBK软件处理四川省内23个连续GPS基准站2010~2015年数据,获取各测站的坐标时间序列,然后利用堆栈法对其进行空间滤波以剔除共模误差,通过谱指数计算和最大似然估计法(MLE)对滤波后的GPS站坐标时间序列进行噪声分析。结果表明,四川连续GPS基准站坐标时间序列N、U方向最优噪声模型为WN+FN,E方向最优噪声模型为WN+FN+RWN;空间滤波可以降低闪烁噪声,同时使一些测站显现出随机漫步噪声;根据GPS站坐标时间序列估计基准站速度时,应当顾及有色噪声的影响。

川滇区域活动块体运动与应变特征地震影响分析

本文利用川滇1999—2007、2009—2015年GNSS实测速度场,通过引入平移-旋转-应变模型,构建该区域地震前后的活动块体运动和应变模型,有效对块体运动和块体的应变特征进行了分离,并据此分析了该区域地震前后块体运动和应变特征。结果表明,巴颜喀拉和羌塘块体东向运动有明显增大趋势;汶川地震后川滇块体与羌塘块体边界带相对挤压运动明显增大,巴颜喀拉-华南块体边界带南段形成了较大的挤压应变,川滇块体与华南块体相对运动没有明显变化。

国际高程参考系统在珠峰地区的实现

2020珠峰高程测量,首次确定并发布了基于国际高程参考系统(IHRS)的珠峰正高。在珠峰地区实现国际高程参考系统,采用的方案是建立珠峰区域高精度重力大地水准面。利用地球重力场谱组合理论和基于数据驱动的谱权确定方法,测试优选参考重力场模型及其截断阶数和球冠积分半径等关键参数,联合航空和地面重力等数据建立了珠峰区域重力似大地水准面模型,61点高精度GNSS水准高程异常检核表明,模型精度达3.8 cm,加入航空重力数据后模型精度提升幅度达51.3%。提出顾及高差改正的峰顶高程异常内插方法,采用顾及地形质量影响的高程异常——大地水准面差距转换改正严密公式,使用峰顶实测地面重力数据,基于国际高程参考系统定义的重力位值W_(0)和GRS80参考椭球,最终确定了国际高程参考系统中的高精度珠峰峰顶大地水准面差距。

航空重力向上延拓的外部精度评估

分别采用基于梯度、基于泊松积分和基于快速傅里叶变换(FFT)的地面重力向上延拓方案,并提出交叉检验方法估计地面重力数据误差及其空中误差传播,对毛乌素测区GT-2A航空重力测量系统采集的空中测线数据进行外符合精度评价。对比结果表明:地面重力格网插值误差和代表性误差对空中点的影响达到0.66~0.92mGal(1Gal=1×10^(-2)m/s^2),航空重力数据误差估计必须扣除这一影响;基于泊松积分和基于FFT的地面重力向上延拓方法能够客观评价航空重力观测值的外符合精度,二者表现相当;扣除地面重力误差影响后,在包含残余边界效应的情况下,毛乌素测区GT-2A航空重力空中测线重力扰动的外符合精度优于1.42mGal。

Galileo广播星历评估及其对定位精度的影响

分析现阶段伽利略空间信号的精度,并评估伽利略广播星历及其对单点定位的影响。统计30d健康卫星广播星历,结果表明,FOC和IOV两种类型的广播星历卫星轨道误差优于0.8m,并且径向误差最小,法向误差次之,切向误差最大;伽利略卫星的钟差误差精度达到1.0ns;从空间信号测距误差对伽利略卫星进行整体分析,广播星历精度优于1.0m,FOC与IOV卫星精度相当;用广播星历进行事后单点定位的精度可以达到dm级。

BDS三频GIF组合非显著周跳探测与修复

GNSS周跳探测与修复的准确性受复杂观测环境影响。本文针对BDS三频无几何无电离层(geometry and ionosphere free,GIF)组合不敏感周跳组合及周跳漏检问题,提出了进一步附加2个历元间二次差的电离层残差组合(second-order time-difference phase ionospheric residual,STPIR)对GIF修复观测进行周跳检验。在磁暴发生期间BDS实测数据的周跳探测和修复结果表明,该方法能够探测与修复BDS非差观测值中所有可能发生的周跳组合。

CORS网和GNSS技术在地面变形监测中的应用——以浙江东南部为例

地面变形对工程建设安全稳定具有一定影响,对工程建设规划、地质灾害防治等具有重要意义。本文利用卫星导航定位基准站(CORS)网全球卫星导航系统(GNSS)连续观测,实现了区域地面大地高、地面重力和地倾斜变化面的监测,通过与部分地质灾害信息进行时空分析,确定了用于地面稳定性变化分析的要素和权重,进而定量分析了地面稳定性变化。该方法在浙江省东南部地区进行了测试验证,获得了较好的效果。利用CORS网连续观测能够定量监测地面变形整个面的变化,分析区域地面稳定性变化情况,可为区域规划和地质灾害防治提供技术支持和参考。

基于块体模型的青藏高原及邻区地壳三维构造形变分析

2020珠峰高程测量,获得了丰富的青藏高原及邻区的GNSS监测数据。本文收集了陆态网、尼泊尔CORS网GNSS长期观测数据,计算了该地区20多年GNSS三维速度场,利用GRACE模型精化了垂直速度场,通过活动块体模型,从地壳运动、块体运动与应变、块体相对运动等多个方面研究了青藏高原地壳运动与构造形变特征。研究表明,青藏高原地壳形变具有明显的分区特征,南北向收缩主要表现在拉萨块体,东西向伸展主要表现在巴颜喀拉块体,中部羌塘块体没有明显水平挤压,但地壳隆升速率最大,且水平面积有扩大趋势,本文研究能够在一定程度上支持青藏高原地壳增厚学说。

多系统融合全球电离层建模研究

近年来,我国BDS的建设和应用为GNSS电离层研究带来了新的机遇和挑战。本文采用中国测绘科学研究院i GMAS分析中心数据,构建了三系统融合全球电离层球谐函数模型,并对结果进行分析。研究表明:除去精度较差的海洋区域,在大陆地区,多系统融合全球电离层建模结果能较精确地表达电离层VTEC;对比三系统差分码偏差DCB的精度统计结果,GPS卫星系统C1P2码偏差均小于1 ns,大部分在0.5 ns以内,精度最高;GLONASS卫星系统C1P2码偏差均小于2 ns,精度比GPS系统略低;BDS卫星系统B1B2码偏差均小于1 ns,精度比GLONASS系统略高,但不如GPS系统稳定,码偏差随年积日变化较大,可能是BDS系统星座结构不完善的原因。

全球电离层延迟建模及精度分析

采用中国测绘科学研究院iGMAS分析中心数据,建立全球电离层延迟模型,进行精度分析。结果表明,全球电离层球谐函数建模结果与CODE差值基本在0～4 TECU之间。大陆地区精度最高,基本在1 TECU以内;海洋地区以及南半球部分地区精度较差,最大能达到4 TECU;各卫星C1-P2的DCB结果与CODE差值在0左右波动,大部分在1.5 ns以内,说明本文的GPS/GLONASS卫星系统DCB精度与CODE相当。

融合BDS/GPS/GLONASS解算卫星差分码偏差及精度分析

卫星差分码偏差是影响用户导航定位和授时定位精度的重要因素。本文融合BDS/GPS/GLONASS三系统数据,采用中国测绘科学研究院i GMAS分析中心自主研发的软件解算卫星差分码偏差。结果表明:GPS卫星P1P2差分码偏差与CODE产品非常吻合,精度非常高,且非常稳定; BDS卫星B1B3差分码偏差与CODE产品基本吻合,且基本稳定; GLONASS卫星P1P2差分码偏差与CODE产品相对吻合,精度较高,且比较稳定。对比三系统,GPS系统P1P2差分码偏差精度最高,且最稳定; GLONASS系统P1P2差分码偏差精度和稳定性比GPS略低; BDS系统B1B3差分码偏差精度和稳定性最低,可能是星座不完善的原因。

PPP网解UPD模糊度固定的无基站差分大型CORS站整网快速精密解算

本文利用“国家基准一期工程”和上千全国部分省市CORS站的GNSS观测资料,基于PPP网解UPD模糊度固定技术实现了区域内无基站差分毫米级定位以及上千全国CORS站整网一次快速精密解算,这对于保障国家应急测绘快速响应、实现灾区基准快速建立以及快速获取和恢复国家统一坐标框架基准站坐标等具有重要的实用价值意义。首先,选取2015年8月1—31日198个国家GNSS连续运行基准站计算卫星端的宽巷、窄巷UPD,采用PPP网解UPD模糊度固定技术,对这些GNSS测站的载波相位进行模糊度固定:宽巷模糊度31 d固定率平均值在80%以上的测站共有193个;窄巷模糊度31 d固定率平均值在60%以上的测站共有165个。其次,对PPP整网一次快速解算定位结果进行统计分析,结果表明:31 d整网解算在NEU 3个方向的RMS分别为2.8、3.9、5.3 mm;标准差分别为2.1、3.2、6.7 mm。再者,使用中国区域内5个IGS观测站进行无基站差分精密定位,与SOPAC单天解ITRF2008框架下历元坐标的对比分析表明,31 d单日解外符合精度水平及高程方向均相差在毫米量级。最后,利用上述GNSS基准站解算出来的卫星端的宽、窄巷UPD(31 d),依次对2015年8月1—31日全国及部分省市1195个CORS站观测数据进行载波相位模糊度固定,得到无模糊度的精确相位观测值,从而使法方程中待估模糊度参数减少,克服了基准站网规模和测站个数的限制,实现了上千CORS站整网一次快速解算,对31 d月平均解与国际知名软件GAMIT/GLOBK的双差月解结果(2015年国家基础测绘任务成果)进行比较,结果显示,NEU 3个方向上差异在1 cm以内的测站分别为99.92%、99.33%、79.83%,其中U方向相差在1.5 cm为93.22%。综上所述,PPP网解UPD模糊度固定技术的方法,确保了区域内无基站精密定位、大网快速解算的精度和效率,能够满足灾区及国家坐标框架基准站坐标快速解算与恢复的迫切需求。

BDS-3新频点单点定位研究

针对目前有关北斗卫星导航系统(BDS-3)中MEO卫星(BDS-3M)增加的B1C、B2a新频点单点定位研究较少的现状,本文开展了基于新频点B1C、B2a的双频单点定位试验,结合国际GNSS监测评估系统(i GMAS) 5个跟踪站连续10 d的数据,对BDS-3的新频点进行数据质量分析、双频伪距单点定位(SPP)和双频静态精密单点定位(PPP)研究,并与GPS的L1、L2频点和BDS-3的B1I、B3I频点进行对比。试验结果表明:在伪距单点定位方面,BDS-3新信号在E、N、U 3方向的精度分别优于10、12、11 m,低于GPS的L1、L2双频伪距单点定位和BDS-3的旧频点双频伪距单点定位精度;在精密单点定位方面,BDS-3新频点在收敛速度方面略低于GPS的收敛速度,BDS-3新信号在E、N、U 3方向都能达到分米级精度。

GAMIT10.71解算GNSS长基线精度分析

GAMIT/GLOBK已于2020年3月9日发布10.71最新版本,主要新增了北斗三号(BDS-3)数据处理和太阳光压模型等方面的内容.本文利用GAMIT10.71软件,结合旧版本(GAMIT10.7-2019/09/14),对全球35个MGEX(Multi-GNSS Experiment)跟踪站2020年第51-60天共10天的全球卫星导航系统(GNSS)数据进行处理,并从标准化均方根误差(NRMS)、基线重复率、基线长度标准差、基线解算精度及点位精度等四个方面对GPS和北斗卫星导航系统(BDS)解算结果进行对比分析.实验结果表明:各解算方案NRMS值都能达到0.22以内的精度;GPS基线重复率略优于BDS,新旧版本对长基线的相对基线重复率和绝对基线重复率精度都分别能达到1×10-9和1×10-2;新版基线长度解算精度与多日解平差结果略优于旧版,多日解平差结果GPS精度略优于BDS;总体来说,新版GAMIT软件表现效果较好,但针对单BDS系统解算精度而言,还有许多问题值得探讨.

基于GAMIT对国家GNSS基准站进行的北斗基线解算分析

以国家GNSS站的多系统观测数据为研究对象,旨在以单系统解算为研究视角,通过GAMIT软件对BDS/GPS数据进行单系统解算的方法,力图为利用BDS/GPS做基线解算提供参照。实验结果表明,BDS基线解算的相对精度与GPS相当;单BDS数据解算的基线东西方向精度10～12 mm,较单GPS数据解算的基线东西方向精度低42%,高程方向的单BDS基线中误差25 mm,是单GPS基线高程方向中误差的2倍;而组合双系统解算能有效提升基线U方向的精度,提升1 cm左右。文中认为目前利用BDS进行基线解算的精度尚不与GPS精度相当,在利用北斗系统进行高精度定位中,还有许多问题值得探讨。

利用CODE新光压模型的精密定轨研究

采用新光压模型ECOMC和ECOM-9,分别使用5种IGU精密超快速星历进行精密定轨,以最终IGS精密星历作为真值,比较GPS卫星的定轨精度。结果表明,相较于ECOM-9光压模型,ECOMC光压模型能够提升卫星径向、切向和法向的轨道精度,其中径向提升较为明显;对比5种IGU超快速精密星历的定轨结果,ECOMC光压模型定轨精度分别能达到5 cm、3.5 cm、2.5 cm、1.5 cm和1.5 cm,优于ECOM-9。

国家GNSS基准站解算BDS/GPS精度对比分析

以国家GNSS基准站的多系统数据为研究对象,以单系统单日解算数据为研究视角,通过高精度基线和精密单点定位两种解算方法,对BDS与GPS两大系统进行单系统数据解算,并对结果进行对比分析。实验结果表明,通过双差高精度基线解算,GPS水平方向的精度可以达到mm级,高程方向的精度可以达到cm级,BDS在水平方向和高程方向都能达到cm级的精度;通过非差精密单点定位解算,GPS在水平方向和高程方向都能达到cm级的精度,BDS在水平方向和高程方向也能达到cm级的精度,但相对于GPS的定位精度表现略差。当前BDS不管采用哪种解算方式,相对于GPS的精度都略有差距,在具体改善BDS精度的问题上,还有许多问题值得探讨。