航空重力测量中GNSS动态定位与测速研究∗

贺凯飞

中国石油大学(华东)地球科学与技术学院,山东青岛 266580

航空重力测量中GNSS动态定位与测速研究∗

贺凯飞

中国石油大学(华东)地球科学与技术学院,山东青岛 266580

全球导航卫星系统(GNSS)在航空重力测量领域扮演着重要的角色。论文的主要目标是为航空重力测量发展可靠的GNSS精密动态定位与测速算法及开发相应的GNSS数据分析软件。基于航空重力测量和舰载重力测量项目的实际需求,论文的主要研究内容如下:

(1)估计算法研究。根据航空重力测量对GNSS导航定位的精度要求,研究了基于消参数最小二乘和双向Kalman滤波的GNSS动态数据后处理方法。其思想是,先基于全部历元的数据求取全局参数(如系统误差或模糊度参数),然后再逐历元计算局部参数(如位置参数)。该算法在处理海量数据时较为有效,且能获得高精度的GNSS定位测速结果。论文针对GNSS精密动态导航定位结果的精度评定和可靠性,提出了一种动态定位精度评定方法,即将动态载体上多个GNSS接收天线之间的距离变化作为一种精度检核条件。并对GNSS接收机钟差对高速运动载体动态定位精度评定的影响进行了分析,并给出了解决方案。

(2)基于多参考站的动态定位方法研究。为解决动态相对定位中因基线过长而导致的定位精度下降问题,提出了一种基于先验约束的多基准站动态相对定位方法,该方法可提高大区域和长基线动态相对定位结果的精度和可靠性。为解决GNSS动态定位中由于观测值中存在粗差而导致定位结果发生跳变的问题,引入抗差估计理论,消除粗差对GNSS动态导航定位结果的影响。

(3)基于多动态站的动态定位方法研究。在航空重力测量中,通常情况下动态载体上会安装多个GNSS接收设备。本文提出了基于多动态站的GNSS动态导航定位方法;并利用动态载体上多个GNSS接收天线间距离不变的性质,提出了基于先验距离约束的动态导航定位方法,提高了系统的可靠性;而且利用多个接收天线间大气延迟影响相似的特点,提出了在动态载体上多个接收天线间使用一个公共大气参数的方法。该方法减少了所估计参数的数目,且更符合实际情况。

(4)基于GNSS多系统组合的动态定位方法研究。为提高GNSS动态定位的可靠性和精度,采用GNSS多系统组合的动态定位方法,以提高系统的可靠性,并且采用基于赫尔默特方差分量估计的多系统组合算法合理地调整了GNSS多系统之间的权比和贡献。该方法可改善GNSS系统组合的定位结果。

(5)Doppler测速研究。基于航空重力测量中对速度结果的瞬时性要求,论文采用Doppler观测值来确定高动态环境下载体的瞬时速度,采用载波相位观测值导出Doppler来确定低动态环境下和匀速飞行期间载体的运动速度。并深入研究了一种基于赫尔模特方差分量估计和抗差估计的GNSS多系统组合测速方法。

(6)软件开发及应用。根据论文所提的研究方法,结合航空重力测量及海面湖面舰载重力测量项目的实际需要,开发了一套针对各类动态载体的高精度GNSS定位测速软件(HALO_GNSS)。为评价和验证论文所提算法及所开发的软件的有效性,该软件被应用于德国地球科学研究中心(GFZ)的各项航空重力测量和舰载重力测量项目中,通过对结果的分析和比较,说明了论文所提算法及所开发的软件能够胜任航空重力测量和海面湖面重力测量项目的实际需要,动态定位精度可以达到1～2 cm, Doppler测速精度为1 cm/s,载波相位导出多普勒测速精度可达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.(贺凯飞.航空重力测量中GNSS动态定位与测速研究[J].测绘学报,2015,44(10):1179.)

10.11947/j.AGCS.2015.20150133

P228

D

1001-1595(2015)10-1179-01

CSC国家建设高水平大学公派研究生项目(2009656006);GEOHALO德国重大科研项目

2015-04-07

贺凯飞(1982—),男,讲师,2014年12月毕业于柏林工业大学,获工学博士学位(指导教师:Prof.Frank Neitzel,Prof.XU Guochang),研究方向为动态载体的GNSS精密动态导航定位及测速。

∗该博士论文原文为英文(http:∥doi.org/10.2312/GFZ.b103-15044)。