单站GPS测速在实时地震监测中的应用

本文提出一种利用单站GPS载波相位或多普勒观测数据,基于单站GPS测速法实时确定地震监测台站运动状态(速度)的新方法.针对2010年4月4日发生于墨西哥Baja California(32.259°N,115.287°W)北部的Mw7.2级EI-Mayor-Cucapah地震事件,选取震中邻近区域(200km内)若干采样率为5Hz的高频GPS观测站数据进行实验.结果表明:基于新方法所得测站速度结果能够很好地反映出地震期间监测台站的瞬时运动状态,测站P496和P744计算的速度结果与其并置强震仪观测结果具有很好的一致性.

高频GPS实时单点测速误差分析

分析利用载波相位变率实时测速的误差来源及其对测速的影响,并利用静态观测动态处理方法对实时单点测速精度进行验证。结果表明利用载波相位变率和GPS广播轨道实时单点测速,水平分量可达到几个mm/s,垂直方向优于1 cm/s。

GPS多普勒差分测速算法

全球卫星定位系统(GPS)多普勒单点测速技术是单GPS天线测姿技术的核心,但其测速精度易受卫星速度误差、卫星钟漂、电离层延迟、对流层延迟以及飞行器位置误差等因素的影响。针对上述问题,提出结合GPS地面基准站卫导观测数据,对机载GPS多普勒观测量进行双差处理,从而得到GPS多普勒双差方程。求解该双差方程,能够有效缓解上述不利因素的影响,得到精度更好的飞行器实时速度。半实物仿真计算结果与跑车实验计算结果都表明多普勒差分测速精度大幅优于多普勒单点测速精度。

基于载波相位变率的GPS单站测速方法

针对目前常用的位置微分定速以及差分测速等方法的不足和局限性,提出了基于卡尔曼滤波估计载波相位变率的单站测速方法。相对于GPS接收机自身的多普勒频移,估计的载波相位变率更好的顾及了载体运动的特性和噪声平滑,通过实验数据解算,卡尔曼滤波估计的相位变率单站测速精度,在静态时段能达到亚cm/s级,动态时段能达到cm/s级。

GPS实时单站速度位移解算方法及其精度分析

基于载波相位变率测速模型,采用相邻历元差分计算载波相位变率,并利用消电离层组合削弱电离层的影响,结合广播星历,实现单站GPS速度的实时解算,最后将速度在短时间内进行积分,得到测站在该时间内的实时位移。通过静态GPS实测数据和日本2011-03-11大地震期间IGS站观测数据对测站实时速度和位移进行动态解算,并分析解算结果的精度。结果表明,测速精度可以达到mm级,积分得到的测站位移精度可以达到亚dm级甚至cm级。

GPS实时定轨误差对姿态确定的影响分析

对GPS实时定轨误差对卫星姿态确定的影响进行了分析。因用位置、速度确定的坐标转换矩阵无法直接给出姿态角确定误差的解析表达,基于近圆、近极轨轨道假设,根据位置、速度和开普勒轨道六要素间的转换关系,给出了小姿态角偏差条件下转换矩阵的全微分形式,进而给出了各姿态角关于各轴分量的偏导数形式,在分别分析位置和测速误差对姿态角影响的基础上,给出了综合的姿态角确定误差,推导了姿态确定误差的解析表达式。研究发现:速度矢量主要引起偏航角的误差,对俯仰和滚动方向几乎无影响;位置矢量主要引起俯仰和滚动轴的姿态角误差,对偏航角方向几乎无影响。仿真结果验证了分析的正确性,并发现GPS定轨误差引起的姿态角确定误差小于0.001°,基本可忽略。

接收机钟跳对单站GPS测速的影响及改正方法

分析了各类钟跳与时标、载波相位观测值之间的关系,给出了顾及各类钟跳的导出多普勒值构造方法。试验结果表明,30s采样率的静态数据,钟跳对速度的影响可达cm/s级,而1s采样率的静态数据,钟跳影响可达dm/s级;对于5s采样率的动态车载数据,顾及钟跳影响的点位速度内符合精度为0.5cm/s,而不顾及钟跳的情况下,精度达到了25cm/s。