賀凱飛

中國石油大學(華東)地球科學與技術(shù)學院,山東青島 266580

航空重力測量中GNSS動態(tài)定位與測速研究?

賀凱飛

中國石油大學(華東)地球科學與技術(shù)學院,山東青島 266580

全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)在航空重力測量領(lǐng)域扮演著重要的角色。論文的主要目標是為航空重力測量發(fā)展可靠的GNSS精密動態(tài)定位與測速算法及開發(fā)相應(yīng)的GNSS數(shù)據(jù)分析軟件?；诤娇罩亓y量和艦載重力測量項目的實際需求,論文的主要研究內(nèi)容如下:

(1)估計算法研究。根據(jù)航空重力測量對GNSS導(dǎo)航定位的精度要求,研究了基于消參數(shù)最小二乘和雙向Kalman濾波的GNSS動態(tài)數(shù)據(jù)后處理方法。其思想是,先基于全部歷元的數(shù)據(jù)求取全局參數(shù)(如系統(tǒng)誤差或模糊度參數(shù)),然后再逐歷元計算局部參數(shù)(如位置參數(shù))。該算法在處理海量數(shù)據(jù)時較為有效,且能獲得高精度的GNSS定位測速結(jié)果。論文針對GNSS精密動態(tài)導(dǎo)航定位結(jié)果的精度評定和可靠性,提出了一種動態(tài)定位精度評定方法,即將動態(tài)載體上多個GNSS接收天線之間的距離變化作為一種精度檢核條件。并對GNSS接收機鐘差對高速運動載體動態(tài)定位精度評定的影響進行了分析,并給出了解決方案。

(2)基于多參考站的動態(tài)定位方法研究。為解決動態(tài)相對定位中因基線過長而導(dǎo)致的定位精度下降問題,提出了一種基于先驗約束的多基準站動態(tài)相對定位方法,該方法可提高大區(qū)域和長基線動態(tài)相對定位結(jié)果的精度和可靠性。為解決GNSS動態(tài)定位中由于觀測值中存在粗差而導(dǎo)致定位結(jié)果發(fā)生跳變的問題,引入抗差估計理論,消除粗差對GNSS動態(tài)導(dǎo)航定位結(jié)果的影響。

(3)基于多動態(tài)站的動態(tài)定位方法研究。在航空重力測量中,通常情況下動態(tài)載體上會安裝多個GNSS接收設(shè)備。本文提出了基于多動態(tài)站的GNSS動態(tài)導(dǎo)航定位方法;并利用動態(tài)載體上多個GNSS接收天線間距離不變的性質(zhì),提出了基于先驗距離約束的動態(tài)導(dǎo)航定位方法,提高了系統(tǒng)的可靠性;而且利用多個接收天線間大氣延遲影響相似的特點,提出了在動態(tài)載體上多個接收天線間使用一個公共大氣參數(shù)的方法。該方法減少了所估計參數(shù)的數(shù)目,且更符合實際情況。

(4)基于GNSS多系統(tǒng)組合的動態(tài)定位方法研究。為提高GNSS動態(tài)定位的可靠性和精度,采用GNSS多系統(tǒng)組合的動態(tài)定位方法,以提高系統(tǒng)的可靠性,并且采用基于赫爾默特方差分量估計的多系統(tǒng)組合算法合理地調(diào)整了GNSS多系統(tǒng)之間的權(quán)比和貢獻。該方法可改善GNSS系統(tǒng)組合的定位結(jié)果。

(5)Doppler測速研究?；诤娇罩亓y量中對速度結(jié)果的瞬時性要求,論文采用Doppler觀測值來確定高動態(tài)環(huán)境下載體的瞬時速度,采用載波相位觀測值導(dǎo)出Doppler來確定低動態(tài)環(huán)境下和勻速飛行期間載體的運動速度。并深入研究了一種基于赫爾模特方差分量估計和抗差估計的GNSS多系統(tǒng)組合測速方法。

(6)軟件開發(fā)及應(yīng)用。根據(jù)論文所提的研究方法,結(jié)合航空重力測量及海面湖面艦載重力測量項目的實際需要,開發(fā)了一套針對各類動態(tài)載體的高精度GNSS定位測速軟件(HALO_GNSS)。為評價和驗證論文所提算法及所開發(fā)的軟件的有效性,該軟件被應(yīng)用于德國地球科學研究中心(GFZ)的各項航空重力測量和艦載重力測量項目中,通過對結(jié)果的分析和比較,說明了論文所提算法及所開發(fā)的軟件能夠勝任航空重力測量和海面湖面重力測量項目的實際需要,動態(tài)定位精度可以達到1～2 cm, Doppler測速精度為1 cm/s,載波相位導(dǎo)出多普勒測速精度可達1 mm/s。

Author:HE Kaifei(1982—),male,lecturer,graduated from TU Berlin in December 2014 and received his PhD degree in Geodesy,majors in the algorithms of GNSS navigation,position and velocity determination for kinematic platform.

E-mail:hekaifei983＠163.com

GNSS Kinematic Position and Velocity Determination for Airborne Gravimetry

HE Kaifei

School of Geosciences China University of Petroleum,Qingdao 266580,China

HE Kaifei.GNSS Kinematic Position and Velocity Determination for Airborne Gravimetry[J].Acta Geodaetica et Cartographica Sinica,2015,44(10):1179.(賀凱飛.航空重力測量中GNSS動態(tài)定位與測速研究[J].測繪學報,2015,44(10):1179.)

10.11947/j.AGCS.2015.20150133

P228

D

1001-1595(2015)10-1179-01

CSC國家建設(shè)高水平大學公派研究生項目(2009656006);GEOHALO德國重大科研項目

2015-04-07

賀凱飛(1982—),男,講師,2014年12月畢業(yè)于柏林工業(yè)大學,獲工學博士學位(指導(dǎo)教師:Prof.Frank Neitzel,Prof.XU Guochang),研究方向為動態(tài)載體的GNSS精密動態(tài)導(dǎo)航定位及測速。

?該博士論文原文為英文(http:∥doi.org/10.2312/GFZ.b103-15044)。