机载GPS测量数据处理质量控制方法研究
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摘要
本文对机载GPS测量数据处理的质量控制方法进行了研究,主要包括模糊度解算的病态性问题处理、动态周跳的探测与修复以及载体速度计算等三方面的内容,论文的主要内容和成果概括如下:
1.在分析GPS原始观测量、差分观测量及其相应的观测方程的基础上,研究了GPS双差模型受到的主要误差影响及其解决办法,同时对双差模型的非线性强度进行了计算分析。
2.分析了病态性问题对模糊度浮点解的影响。利用最小相对范数法、特征值法、条件数法和几何精度因子法对模糊度解算的病态问题进行了诊断;引入条件指标方差分解比法在诊断出病态性的基础上,进一步获知参数之间存在着的复共线性个数、每个复共线性所包含的参数以及它们之间的关系。
3.在病态性诊断分析的基础上利用岭估计对病态性问题进行处理,分析了岭迹法、双H公式法和广义交叉核实法等岭参数的计算方法,提出了改进的MSE最小法进行岭参数的选取,将其应用在模糊度实数解算中,对病态问题有一定的改善,证明了方法的有效性。
4.通过对电离层残差法和TurboEdit方法的分析,提出了联合利用电离层残差和M-W两种观测值组合进行周跳探测与修复的方法,弥补了两种方法各自在周跳处理方面的不足,在机载测量数据预处理的应用中,获得了较好的效果。
5.针对动态情况下多周跳和连续周跳的情况,对基于kalman滤波进行周跳处理的DIA方法、两步Kalman滤波法和连续周跳检验法进行了分析,提出了更适于动态数据处理的基于“当前”统计模型并利用多普勒观测值辅助进行周跳辨识同时对偏差进行实时修复的方法。利用飞机实测的数据进行了计算,验证了该方法的可行性及有效性。
6.分析了位置差分法、原始多普勒观测值法和相位时序差分法等三种常用的GPS测速方法。通过计算分析,比较说明了不同方法的测速精度及其适用范围。在考虑载体机动误差对速度计算结果影响的情况下,提出了基于“当前”统计模型的滤波模型进行载体速度计算的方法,其计算结果与相位时序差分法的精度相当,都优于位置差分法和原始多普勒观测值直接计算法,由于考虑了载体机动误差,适于高动态条件下的测速应用。
This dissertation is based on the research of the method of quality control in processing airborne GPS measuring data, mainly including ambiguity resolution morbid state question processing, the dynamic cycle slip detection and correction as well as the carrier velocity calculation and so on, the primary content and the achievement of the article is as follows:
1.On the foundation of analyzing the GPS primitive observation、the differential observation and their corresponding observational equation , I researched the main erroneous influence that the double difference observation subjected in the dynamic condition, and the solutions, simultaneously calculated and analyzed the nonlinearity of GPS observation model.
2.Analyzed the influence of ill-conditioning to the Ambiguity real value,I detected the existence of ill-conditioning problem by using the minimum relative norm method、the characteristic value method、the condition value method and the geometric dilution of precision method; and I introduced the condition index and variance decomposition proportion method that can further fix on the number of multi-collinearity、the contained parameter and their relationship of each multi-collinearity.
3.Using the ridge estimation to solve the ill-conditioning problem on the foundation of ill-conditioning detection and analysis, I proposed the improved minimum MSE method through analyzing the ridge trace method、double H formula method and GCV method. The application in ambiguity real value resolution shows improvement to the influence of ill-conditioning and the validity of the method.
4.Proposing the method that joint utilizing the ionosphere residual combination and M-W combination to detect and correct cycle slip through the analysis of ionosphere residual method and TurboEdit method , the new method offset the deficiency of two method. In the application of pre-processing data that observed by airborne GPS, the method achieved good effect.
5.Analyzing the DIA method、two step Kalman filter method and continual cycle slip testing method that deal with cycle slip based on Kalman filter, which aims at the condition of multi and continual cycle slip in the dynamic situation, I proposed the method based on“Current”Statistics Model and used the Doppler observation to assist the cycle slip identification, simultaneously real-time corrected the error which is suitable for dynamic data processing. Through calculation of the aircraft observed data, the result proved the feasibility and the validity of the new method.
6.Analyzing the position difference method, the primitive Doppler observation method and phase time differential method these three kinds of method which is commonly used in velocity calculation. Through the calculation and analysis, it shows the accuracy of different methods and the situation that each method suit to use. Under the condition of considerating the influence of carrier maneuver error to the velocity calculation result, I proposed the method based on“Current”Statistics Model to calculate velocity of the carrier. The result of the accuracy is pretty well as the phase time differential method, better than the fast method comparative analysis the position difference method and the primitive Doppler observation method , because it had considered the carrier maneuver error, which is suitable under the high dynamic condition of application to velocity calculation .
1.在分析GPS原始观测量、差分观测量及其相应的观测方程的基础上,研究了GPS双差模型受到的主要误差影响及其解决办法,同时对双差模型的非线性强度进行了计算分析。
2.分析了病态性问题对模糊度浮点解的影响。利用最小相对范数法、特征值法、条件数法和几何精度因子法对模糊度解算的病态问题进行了诊断;引入条件指标方差分解比法在诊断出病态性的基础上,进一步获知参数之间存在着的复共线性个数、每个复共线性所包含的参数以及它们之间的关系。
3.在病态性诊断分析的基础上利用岭估计对病态性问题进行处理,分析了岭迹法、双H公式法和广义交叉核实法等岭参数的计算方法,提出了改进的MSE最小法进行岭参数的选取,将其应用在模糊度实数解算中,对病态问题有一定的改善,证明了方法的有效性。
4.通过对电离层残差法和TurboEdit方法的分析,提出了联合利用电离层残差和M-W两种观测值组合进行周跳探测与修复的方法,弥补了两种方法各自在周跳处理方面的不足,在机载测量数据预处理的应用中,获得了较好的效果。
5.针对动态情况下多周跳和连续周跳的情况,对基于kalman滤波进行周跳处理的DIA方法、两步Kalman滤波法和连续周跳检验法进行了分析,提出了更适于动态数据处理的基于“当前”统计模型并利用多普勒观测值辅助进行周跳辨识同时对偏差进行实时修复的方法。利用飞机实测的数据进行了计算,验证了该方法的可行性及有效性。
6.分析了位置差分法、原始多普勒观测值法和相位时序差分法等三种常用的GPS测速方法。通过计算分析,比较说明了不同方法的测速精度及其适用范围。在考虑载体机动误差对速度计算结果影响的情况下,提出了基于“当前”统计模型的滤波模型进行载体速度计算的方法,其计算结果与相位时序差分法的精度相当,都优于位置差分法和原始多普勒观测值直接计算法,由于考虑了载体机动误差,适于高动态条件下的测速应用。
This dissertation is based on the research of the method of quality control in processing airborne GPS measuring data, mainly including ambiguity resolution morbid state question processing, the dynamic cycle slip detection and correction as well as the carrier velocity calculation and so on, the primary content and the achievement of the article is as follows:
1.On the foundation of analyzing the GPS primitive observation、the differential observation and their corresponding observational equation , I researched the main erroneous influence that the double difference observation subjected in the dynamic condition, and the solutions, simultaneously calculated and analyzed the nonlinearity of GPS observation model.
2.Analyzed the influence of ill-conditioning to the Ambiguity real value,I detected the existence of ill-conditioning problem by using the minimum relative norm method、the characteristic value method、the condition value method and the geometric dilution of precision method; and I introduced the condition index and variance decomposition proportion method that can further fix on the number of multi-collinearity、the contained parameter and their relationship of each multi-collinearity.
3.Using the ridge estimation to solve the ill-conditioning problem on the foundation of ill-conditioning detection and analysis, I proposed the improved minimum MSE method through analyzing the ridge trace method、double H formula method and GCV method. The application in ambiguity real value resolution shows improvement to the influence of ill-conditioning and the validity of the method.
4.Proposing the method that joint utilizing the ionosphere residual combination and M-W combination to detect and correct cycle slip through the analysis of ionosphere residual method and TurboEdit method , the new method offset the deficiency of two method. In the application of pre-processing data that observed by airborne GPS, the method achieved good effect.
5.Analyzing the DIA method、two step Kalman filter method and continual cycle slip testing method that deal with cycle slip based on Kalman filter, which aims at the condition of multi and continual cycle slip in the dynamic situation, I proposed the method based on“Current”Statistics Model and used the Doppler observation to assist the cycle slip identification, simultaneously real-time corrected the error which is suitable for dynamic data processing. Through calculation of the aircraft observed data, the result proved the feasibility and the validity of the new method.
6.Analyzing the position difference method, the primitive Doppler observation method and phase time differential method these three kinds of method which is commonly used in velocity calculation. Through the calculation and analysis, it shows the accuracy of different methods and the situation that each method suit to use. Under the condition of considerating the influence of carrier maneuver error to the velocity calculation result, I proposed the method based on“Current”Statistics Model to calculate velocity of the carrier. The result of the accuracy is pretty well as the phase time differential method, better than the fast method comparative analysis the position difference method and the primitive Doppler observation method , because it had considered the carrier maneuver error, which is suitable under the high dynamic condition of application to velocity calculation .
引文
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