GSA-SVM模型在GNSS高程拟合中的应用

在SVM模型的基础上,引入遗传算法与模拟退火算法,提出了一种GSA优化的SVM新模型。该模型实现参数寻优的主要思路为:首先利用GA全局搜索能力对SVM参数空间进行全局搜索,并将搜索得到最优解作为SA算法初始值;其次发挥SA算法在局部搜索中的优势,并将SA算法获得的解作为新一轮GA算法的初始值。通过上述全局搜索与局部搜索的不断迭代实现SVM模型最优参数的获取。使用某测区控制点GNSS观测数据对本文提出的高程拟合模型进行检验,结果表明,与传统的SVM模型相比,本文提出的GSA-SVM模型的高程拟合精度更高,在实际工程项目中的应用价值更高。

一种基于PEIV模型的GNSS高程拟合解法

采用二次曲面函数拟合全球卫星导航系统(GNSS)高程时,系数矩阵中含有观测坐标,所以系数矩阵同样存在误差,故采用总体最小二乘拟合GNSS高程更加合理。但系数矩阵不同位置有相同的元素,为保证这些相同元素有相同的改正数,本文提出了基于部分变量含误差(PEIV)模型的GNSS高程拟合解法,该方法可以保证相同元素的改正数一致。最后通过模拟算例和实例算例分析发现,本文解法与加权总体最小二乘(WTLS)解算结果一致,验证了本文解法的可行性。

基于Powell法的GNSS卫星轨道拟合算法

针对GNSS导航信号模拟源中卫星轨道计算的高精度实时性要求,提出了一种基于Powell最优化理论的卫星轨道拟合算法。该算法将有限点卫星位置拟合问题转化为无约束极小值问题,使用最优化理论求解卫星轨道模型参数,从而可以方便计算任意时刻的卫星速度、加速度等高阶量。算例结果表明计算卫星星历时,位置误差小于1×10-4m,速度误差小于1×10-6m/s,计算量为广播星历直接计算的1/3;计算精密星历时,位置精度在2cm左右,拟合精度较拉格朗日插值算法提高了大约1倍。通过实际应用,充分验证了算法的有效性。

基于NTCM-BC模型的全球卫星导航系统单频电离层延迟修正

选择NTCM-BC模型作为单频电离层延迟修正模型,通过非线性最小二乘拟合的方法,利用提前一天预测的电离层图(COPG文件),计算得到NTCM-BC模型修正系数;利用Klobuchar模型和IGS发布的GIM数据对NTCM-BC模型进行比较和分析.对太阳活动高、中、低年实测数据的分析结果表明:全球平均水平上,NTCM-BC模型的电离层延迟修正性能明显优于Klobuchar模型,NTCM-BC模型的TEC平均误差和均方根误差比Klobuchar模型分别下降了41%和30%;模型的TEC计算误差与太阳活动剧烈程度成正相关,即太阳活动高年模型误差较大,太阳活动低年误差相对较低.相较于磁静日,磁扰日期间Klobuchar模型和NCTM模型的误差均有一定程度的增加.此外,模型的电离层修正误差同时存在明显的纬度、季节和地方时差异.

基于GSA-BP神经网络的GNSS高程拟合方法

针对传统BP神经网络模型进行全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)高程拟合时存在的收敛速度慢,易陷入局部极小值和拟合精度受初始参数选取影响大的问题,提出一种遗传模拟退火算法(Genetic Simulated Annealing,GSA)优化的BP神经网络模型:GSA-BP。该模型利用GSA的全局搜索能力对BP神经网络的模型参数进行自动寻优,确保BP网络能够获取全局最优解并提升拟合精度。最后采用实际工程算例开展试验,对所提GSA-BP模型的高程拟合性能进行评估和验证,结果表明所提GSA-BP模型相对于传统BP神经网络模型具有更高的拟合精度和更强的数据适应性,更适用于实际工程实践场景。

GNSS等多技术融合的超长距离跨海高程传递

为了进一步提升测绘基准在海岛自然资源开发建设中的支撑服务保障能力,提出一种多技术融合的超长距离跨海高程传递方法:应用全球卫星导航系统(GNSS)等多种跨海高程传递技术方法,建立陆岛统一的高精度高程基准;并针对不同距离的高程传递需求,基于GNSS技术精准测定跨海基线长度和大地高差,改进跨海观测装置,选用不同的觇灯组合,在大陈岛海域完成2处超长跨段(10 km以上)和1处短距离跨段的连续高程传递工程应用。结果表明,本次高程传递的每千米水准测量偶然中误差、环闭合差精度均能达到二等水准测量的要求;高精度GNSS测量+似大地水准面模型可以适用于长距离跨海高程传递。

应用GNSS数据拟合的卫星自主维持星座构型策略

利用全球导航卫星系统(GNSS)数据拟合得到在轨情况下的相对半长轴拟合结果,并以此为输入构建应用GNSS数据拟合计算的卫星自主维持星座构型策略。自主构型维持策略根据卫星轨道纬度幅角与半长轴之间的微分关系与星载GNSS接收机测量得到的高精度纬度幅角信息,对星座构型维持过程中相对半长轴的变化情况进行拟合计算,得到高精度的相对半长轴拟合计算结果,从而大幅度提高利用GNSS数据对轨道相对半长轴的测量精度。对极轨星座的仿真结果表明:上述星座构型维持策略能够有效提高构型维持精度,可以满足未来大规模星座自主高精度构型维持的需求。

GNSS高程拟合在高原基础测绘中的应用研究

为了解决高原基础测绘航空摄影测量像控点的高程基准测量难题,获得高原地区GNSS高程拟合的最优方法,本文利用自编MATLAB程序,基于工程试验区GNSS高程数据构建多种高程拟合模型,并分析和评估各种高程拟合方法的精度。结果表明,在诸多GNSS高程拟合方法中,“移去—恢复”高程拟合方法精度最高,可达到6 cm,满足高原基础测绘像控点高程精度要求。

HY-2卫星精密轨道拟合与外推的两种方法比较

分别采用切比雪夫曲线和最小二乘曲线拟合HY-2(海洋二号)卫星精密轨道,并进一步解算速度场与预报轨道。结果表明:最小二乘曲线拟合结果明显优于切比雪夫曲线拟合结果,拟合轨道精度为1～2cm,拟合速度场精度为1～2cm/s,且可以进行轨道短期预报,预报轨道精度与拟合轨道精度相当。

多系统GNSS卫星轨道快速积分方法

快速高效且高精度的轨道数值积分算法是多系统GNSS卫星联合快速精密定轨的重要基础。本文从自适应变换Admas积分步长和多卫星同步积分两方面研究了多系统GNSS卫星轨道快速积分方法。为了验证该方法的精度和效率,利用武汉大学(WHU)与欧洲定轨中心(CODE)发布的事后精密星历进行轨道动力学拟合。试验结果表明:GPS/GLONASS/BDS/Galileo 4个系统卫星平均三维RMS均优于20mm;在不损失传统方法精度的前提下,单颗卫星平均积分与拟合耗时仅需0.09s,较传统逐颗卫星固定步长积分算法提升了14倍,并且随着卫星数的增加,效率提升越明显。

星基增强系统10参数广播星历拟合分析

为满足多种卫星轨道的应用需求,在星基增强系统新增的L5信号接口中重新设计了一种10参数星历模型。使用2016年北斗卫星系统地球同步轨道卫星、倾斜地球同步轨道卫星和中地球轨道卫星的精密轨道数据,在内符合精度、拟合成功率以及运算速度等方面,分别评估了10参数星历模型在这些卫星轨道上的拟合效果。试验结果表明,10参数星历模型可以保证10^(-3)cm左右的内符合精度。但地球同步轨道卫星和倾斜地球同步轨道卫星的拟合成功率分别为89.36%和99.17%。尝试去除idot参数以解决拟合失败的问题,结果表明,该处理可以实现100%的拟合成功率,但拟合误差有所上升,且对不同的轨道类型,拟合运算速度有不同程度的提升或下降。

浅谈GPS高程拟合技术

介绍了GPS技术在高程拟合方面的应用

基于拟合推估的中国区域电离层延迟精确建模方法

高精度的格网电离层是广域增强系统建设和应用的重要信息之一,针对我国区域电离层复杂多变的特点,本文将电离层延迟变化分为趋势项和随机项两部分,推导了利用拟合推估原理进行中国区域电离层延迟建模的基本方法;在此基础上,利用电离层活动高年、中年和低年的观测数据对方法的精度进行了详细评估.试验结果表明：基于拟合推估的电离层延迟建模方法的修正精度在电离层活动高年约为0.4～0.7 m,在电离层活动低年约为0.2 m;对于我国中纬度地区,基准站间距可适当放大至800km 左右,而在我国低纬度地区基准站间距应保持在350～450km 之间.

GNSS技术在海陆一体高程联测中的应用研究

建立海陆一体高程基准是全面建成“全球覆盖、海陆兼顾、联动更新、按需服务、开放共享”新型基础测绘框架系统内容之一。受客观条件限制,在海域无法通过布设国家一、二等水准网实现高程传递,由此制约了高程控制与精准测量,并对海岸带及海域地质调查的地理测绘造成影响。包含北斗系统的全球导航卫星系统(GNSS)是当今世界上技术最先进、应用最广泛的卫星导航系统,为建立长距离、大跨度控制网提供了便利。本文利用GNSS系统海陆联测数据,基于地球重力场模型、地形改正模型,采用提高精度的“移去—拟合—恢复”方法,分析GNSS技术在海陆一体高程联测中的适用性与实用效果。研究结果表明:基于上海陆域的GNSS和水准资料,以EGM2008+RTM模型、EIGEN-6C4+RTM模型计算,高程异常中误差分别为±2.5cm、±2.2cm,其结果优于以往±5cm的研究成果,精度提高了一倍;将陆域方法用于海域岛礁高程传递,在离岸距离50km其GNSS高程传递外符合平均精度为±12cm。证明并验证了GNSS联测高程传递方法的可行性与可靠性,对海陆一体高程传递和海域地质调查具有基础保障和促进作用。

GNSS星座模拟器关键问题研究

引入轨道力学模型,采用一种轨道外推的解析方法,简单有效地实现了卫星轨道根数及卫星位置的推算。根据星历误差来源,提出并实现了一种基于星历参数拟合的广播星历误差模拟方案。经验证,该方案可以用于产生径向、切向和法向误差可配置的广播星历,更灵活、更真实地模拟广播星历误差。

高度角与信噪比混合的GNSS随机模型精化及其对RTK定位性能的影响

全球卫星导航系统(GNSS)观测值精度会受到大气延迟、非视距(NLOS)信号和多径等因素的影响,而高度角或信噪比(SNR)模型对不同误差源的敏感程度不一样,导致传统基于高度角或SNR的单一随机模型不能满足全场景的高精度定位导航,加上多频多系统的出现,不同GNSS甚至同一系统的不同频段观测值精度也会存在差异,这也给传统模型定权带来了一定挑战.在分析高度角随机模型、SNR随机模型存在的优缺点的基础上,提出了一种高度角、SNR混合的随机模型;通过站间单差、历元间三次差分别对GPS、北斗卫星导航系统(BDS)、Galileo的伪距、相位噪声进行提取,精化了高度角、SNR混合随机模型.实验表明,SNR模型、高度角模型、混合模型的模糊度正确固定率分别为92.42%、95.85%、97.69%;SNR模型定位精度低于高度角和混合模型,混合模型相比于高度角模型,水平方向上定位精度提升了50.0%,高程方向精度提升了37.1%.

剩余地形模型对GNSS高程转换的影响分析

EGM2008和EIGEN-6C4等超高阶重力场模型阶次高达2190,能大幅度提高GNSS高程转换的精度。虽然超高阶模型的阶次比其他模型高出很多,但是其无法全频段地表示高程异常信息,为此,可采用DTM数据构建剩余地形模型,并将其转换为剩余高程异常,以对超高阶模型的截断误差进行补偿。本文以某一客运专线的数据为例,分析了剩余地形模型在GNSS高程转换中的贡献,通过平面、直线和曲线等不同的拟合方法进行试验对比分析,得出了一些经验性结论。

GNSS高程代替五等水准在既有铁路改造工程勘测项目中的应用

全球卫星导航系统实时动态(GNSS-RTK)技术已广泛应用于各工程领域测量中,文中简述了GNSS-RTK技术在铁路改造项目中应用的原理和优点.利用区域控制网对水准点进行采集,将成果添加到点校正集中进行后校正.将既有铁路改造项目与水准测量高程成果数据进行对比,得出通过增加一定数量的高程点、参与点进行校正.RTK高程能够达到五等水准高程的精度,在平原或山区地带类似项目应用中具有一定的借鉴意义.

基于电网GNSS站的区域对流层延迟改正建模研究

基于全球卫星导航系统(global navigation satellite system, GNSS)的高精度定位技术是实现无人机自动巡检的基础条件。广东省地处南方沿海地区,大气水汽含量丰富,导致对流层天顶总延迟(zenith total delay, ZTD)在该地区短期变化剧烈;且常规ZTD经验模型在该区域精度较差,导致无人机自动巡检经常出现偏航等情况。对此基于广东电网自建地基增强系统,结合ERA5再分析资料和GNSS-ZTD解算结果,充分考虑ZTD在不同高程范围内的变化,通过分段函数对ERA5再分析资料进行拟合;并考虑年、半年和日周期变化的傅里叶级数来对分段拟合函数的系数进行时序分析,提出新区域ZTD格网模型;最后,使用96个广东电网GNSS站2023年1—3月的数据对所提出的模型进行验证,以其中31个站点作为基准站,以65个站点作为验证站进行模型验证。结果表明所提出的模型定位均方根误差为1.12 cm,远优于常规经验模型。

GNSS高程拟合信息和点位环境可视化系统

介绍了基于百度地图的全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)高程拟合信息和点位环境可视化系统的结构和功能。通过工程案例对系统进行了测试,结果表明,系统通过基于百度地图的点位环境可视化功能,能够有效判断点位周边环境,选择观测环境更好的点位作为控制点构建拟合模型,实现了GNSS大地高到正常高转换,提高了GNSS高程拟合精度。