全球大地测量基准动态修正与服务

目标是建立高精度的全球动态地心坐标参考框架,形成我国独立自主的全球大地测量基准动态修正与服务体系,以满足国家经济建设、国防建设、科学研究以及测绘行业现代化对高精度动态基准日益增长的迫切需求。该年度首先从理论上对全球动态地心参考框架维持中观测数据的误差特性进行了分析,对不同观测数据融合时融合方法、函数模型、随机模型构建进行研究,对全球框架观测台站动态特性及稳定性进行分析,并基于多项原则对全球框架核心站点或控制站点进行优化选取,同时考虑到全球及我国框架的高精度维护,课题该年度还开展了基于多种大地测量技术手段确定地球质心的方法的研究,用全球分布GNSS观测台站10年观测数据,采用不同的技术和方法初步获得的地球质心的运动变化信息。在大网平差算法研究及软件实现上,研究了全球动态地心参考框架数据处理分布式计算技术,完成法方程层面及观测方程层面的参考框架数据处理分布式计算算法研究;完成多模卫星定位数据集成处理原型软件的模块设计和代码编写及大规模网数据组合和平差处理原型软件的模块设计和代码编写;研究基于国内大规模的GNSS区域网的地心坐标参考框架维持方法;为建立高精度全球动态地心坐标参考框架与维持奠定基础。     

GPS监测地壳形变漂移速度的计算

根据动态卡尔曼滤波理论,结合GPS监测地壳形变数据处理的特点,构建了动态卡尔曼滤波计算地壳运动漂移速度的数学模型.结合IGS的GPS连续观测网络部分站点的多期数据,使用精密定位定轨软件GAMIT进行定位计算,获得高精度的站点坐标.将坐标作为具有先验方差信息的准观测值,设置站点漂移速度为未知数,进行卡尔曼滤波漂移速度的估计.计算结果与已有结果的比较表明,卡尔曼滤波漂移速度估计可以达到mm级的精度,可用于GPS监测地壳形变进行漂移速度的估计.     

瞭望北斗导航的未来布局

<正>作为上海市委市政府确定的科技创新重大方向之一,北斗导航在近几年已经被提到创新的空前高度上,列在航空发动机和大飞机项目之后,14个之三。国家测绘地理信息局总工程师李志刚在会上表示,"十三五"期间,我国将加快现代测绘基准体系建设,完成卫星导航定位基准站的北斗化升级改造,统筹建成2500个以上站点规模的全国卫星导航定位基准站网,实现我国地心坐标框架的动态维持与更新,形成覆盖全国的分米级实时     

基于边长约束网平差的微型GNSS阵列高精度定位方法

针对目前全球导航卫星系统(GNSS)动态观测中存在短时间内难以得到较为精确坐标的现象,提出由相距极短的GNSS天线\接收机组成且空间分布已知的微型GNSS阵列定位的方法。载波相位双差观测可以消除载波信号中的接收机钟差和卫星钟钟差,对流层延迟误差、电离层延迟误差、卫星星历误差经过双差观测后也可以忽略不计,从而得到高精度的动态基线向量。本研究以经过载波相位双差观测后得到的高精度动态基线向量为观测量,并通过激光跟踪仪进行距离测量确定阵列天线之间的边长,以边长为约束,对微型GNSS阵列进行边长约束网平差,进而得到阵列中天线的精确坐标。结果显示:对微型GNSS阵列中所有独立基线的边长进行约束是所有约束网平差中精度最高的方案,微型GNSS阵列中的天线经过平差解算后比不添加约束的网平差的精度提高了20%以上。     

矿区地表变形GPS监测网的动态平差

应用GPS取代传统的地表变形监测网可以提高外业观测的效率。而GPS观测值是三维基线向量,平差结果是地心坐标系的三维坐标。通过多次重复观测数据的动态平差。可获得各监测站的三维移动、三维移动速率,并可求出加速率。本文研究了三维监测网的分期动态平差方位、平差基准的选取和平差成果的利用。     

GNSS数据质量检测软件可视化研究及应用

GNSS观测数据质量是实现高精度导航定位的前提。介绍了目前GNSS数据质量检查软件的总体情况。针对TEQC软件可视性、交互性差,以及对高版本RINEX格式数据和北斗卫星导航定位系统(BDS)观测数据无法检测的实际。在对TEQC软件分析的基础上,进行了GNSS观测数据质量检测方法、软件可视化研究和功能实现,并给出了验证对比情况。     

关于国家大地坐标系统和高程系统

 大地坐标系统和高程系统是一个国家最基本、最重要的两个大地测量基准,对于经济建设、国防建设和经济社会发展具有重要意义.大地坐标系统是地理坐标之参考基准,高程系统是海拔高之参考基准.大地坐标系统由坐标轴系和一参考椭球定义,由一批地面点的高精度坐标和速度体现;高程系统则由高程零面和一批高程控制点的高程体现.     

中国地壳运动观测网络的海潮位移改正系数

大型GPS分析软件包GAMIT从10.0以上版本开始，正式采用由瑞典Onsala空间观测站Mr.H.G.Scher-neck提供的海潮位移改正系数表stations.oct,用来计算GPS测站的海潮位移改正，但是系数表中只包含少数中国的IGS站，不能满足国内高精度大地测量，特别是地壳形变监测等数据处理的需要，为此，利用NAO99b全球海潮模型和基于1066A地球模型的格林函数，计算了中国地壳运动观测网络全部25个基准站的海潮位移改正系数，将计算得到的系数替换或补充到原有的stations,oct文件中，就可以在计算海潮位移改正时减少测站坐标内插所带来的误差，提高GPS数据处理的精度。     

小区域GPS网GAMIT解算结果与IGS站选取的关系

在江苏省全球导航卫星连续运行参考站综合服务系统(JSCORS)网中选择5个站点组成一个小区域全球定位系统(GPS)网,利用GAMIT软件解算2008年年积日为第196~202日的数据,分析在解算过程中选取全球定位系统服务(IGS)基准站南北半球分布、数量分布(0～10个)对解算结果精度的影响.结果表明,使用GAMIT软件处理该类小区域GPS网观测数据时,最好选取IGS站提供参考框架,但可不必选择位于南半球的IGS站;选取的IGS站空间分布要尽量均匀,数量上选取6～7个即可.     

GNSS基线解算与控制网平差探讨

阐述了GNSS基线解算质量控制指标,并对单位权方差因子、RMS、RATIO、同步环闭合差、异步环闭合差、重复基线较差等基本概念进行了详细解释说明。分析影响GNSS基线解算质量的主要因素有起点坐标不准确、少数卫星观测时间太短、周跳太多及路径效应比较严重等。介绍了网平差数据处理的主要步骤为平差预处理、数据有效性检查及数据处理。研究取得的有关概念、步骤与主要结论,可以为类似GNSS的基线解算与控制网平差提供借鉴与参考。     

基于1stOpt软件的GNSS高程拟合研究

介绍了GNSS高程拟合模型中的平面函数模型和二次曲面函数模型、顾及EGM2008模型的"移去-拟合-恢复"法。并针对现有商用高程拟合软件计算模型单一且不具备对观测数据和平差数学模型进行统计假设检验功能的缺点,引入先进的数学拟合优化软件1stOpt去解决GNSS高程拟合问题。选取某输水工程控制网数据,利用1stOpt软件的通用全局优化算法制定两种方案求解二次曲面方程得到6个待定系数,并预测出待拟合点的正常高。实验结果表明,该软件计算方便、代码编写简单、计算精度高、假设检验功能强大。     

基于验潮数据的全球平均海面高模型精度分析

高精度高分辨率的全球平均海面高模型的建立一直是海洋测绘的研究重点。目前大部分的全球平均海面高模型在大洋区域均达到了较高的精度,而近海卫星测高回波受复杂地理环境的综合影响,数据精度大大降低甚至无法使用。对WHU2013、DTU13和CLS15(MSS_CNES_CLS15)三种全球平均海面高模型进行比较,分析差异原因。并从全球选取89个验潮站,利用GPS观测统一验潮数据基准。通过参考椭球和参考框架转换,将三种模型海面高与验潮站得到的海面高在同一基准下进行比较,分析了三种全球平均海面高模型在全球范围内的近海精度。结果表明,WHU2013模型的近海精度高于DTU13和CLS15模型,CLS15模型的近海精度略高于DTU13模型。     

基于几何关系模型观测值残差的周跳探测算法研究

载波相位观测值的周跳探测一直是高精度全球卫星导航系统(glabal navigation satellite system,GNSS)数据处理领域中的重要研究问题。根据残差理论,提出了基于几何关系模型的观测值残差的周跳探测算法。对静态数据的算例分析表明:观测值残差能反映周跳,在探测过程中,由于融入了接收机坐标参数,发生周跳的残差与发生周跳的卫星一一对应。对于静态数据,该方法不仅能探测出周跳,还能探测出周跳值,修复周跳。     

GNSS浮标导出多普勒速度测波应用研究

高精度的GNSS位置或速度是利用GNSS浮标研究海浪运动规律的关键。基于不同测速模型,GNSS浮标单站原始多普勒、单站导出多普勒速度和PPK载波位置差分速度精度展开对比分析;在此基础上对速度进行积分,提取波面位移,进行功率谱分析得到表面波浪的波高和周期。通过海上数据实测发现,单站导出多普勒相比于单站原始多普勒测速精度更高,以位置差分实测波面位移为参考,单站导出多普勒更能满足波浪观测的精度要求。该方法仅需一台GNSS接收机,不需要架设岸边基站,为GNSS浮标深远海观测应用提供一定的参考。     

电子水准仪的数据格式转换研究

目前,Zeiss Dini12电子水准仪在建筑物沉降观测中得到普及应用。由于Dini12电子水准仪外业观测的数据文件不能作为常用平差软件数据文件直接应用,有必要对二者间的数据格式转换进行研究。本文分析了DiNi12电子水准仪测量数据格式的特点,论述了数据转换程序设计的算法思路,给出了程序设计框图、技术实现要点,以及主要实现代码。所编写的"Dini12数据格式转换程序"已经应用到实际的工程项目中,提高了数据处理效率。     

基于CGO软件的GNSS基线解算分析

阐述了CGO软件特点、安装方法、数据传输功能,详细说明了CGO软件解算GNSS基线的基本步骤。以T8型GNSS接收机观测的校实习基地数据为例,介绍了错误数据、质量不好数据的剔除方法及基线处理过程。结合实际经验提出了影响GNSS基线解算质量的主要因素,总结出基线的解算时,一定要设置好准确的起点坐标;选择周跳少、残差小的卫星数据;尝试改变卫星高度截止角,剔除低仰角的卫星数据等一些利于推广应用的基线解算的经验方法。     

2013年度执行情况报告

高程基准作为国家重要基础设施,其现代化的核心是用数字化高程基准模型,取代用高程控制水准网作为国家高程基准的传统模式,以及实现用卫星定位技术测定海拔高,满足我国社会经济快速发展对国家高程基准现代化的迫切需求。项目针对我国高程基准现代化的需求,紧紧围绕课题的八个任务进行研究:GRACE和GOCE重力卫星数据产品的预处理、全球近海区域卫星测高数据处理、重力场调和分析理论与超高阶全球重力场模型的构建、多类重力场信息融合处理理论与高分辨率格网垂线偏差的精密确定方法、高分辨率高精度全球海面高模型的构建、我国厘米级(似)大地水准面模型的构建、全球高程基准与我国高程基准差的确定、陆海高程/深度基准统一计算方法展开研究。在课题实施的第一年度,完成的研究内容成果包括:确定了更适合我国的2160阶次的超高阶地球重力场模型;初步开展了重力垂线偏差方法的研究,提出了基于重力异常和地形的现代重力边值问题实用解式的改进模型;基于GOCE观测数据确定了一个与国际同类模型精度相当的220阶次的卫星重力模型GOWHU01S;分析了近海测高数据的误差,制定了测高数据编辑准则;确定了2′×2′中国近海及邻海海域平均海平面高模型,精度与国际同类模型相当;采用Stokes-Helmert方法确定了2′×2′中国重力和1985国家高程基准似大地水准面数值模型(CNGG2011),模型全国的精度为12.6 cm;在GRS80框架下,计算了与全球平均海面最佳弥合的大地水准面位常数为,为全球高程基准统一奠定了基础;对陆海高程基准统一方法开展了研究,搜集到了陆海高程/深度基准所需的验潮站等观测资料。此外,项目组成员发表了论文11篇,指导毕业研究生9人,完成年课题第一年度的研究任务与目标。     

上海天文台并址站的空间归心测量

上海天文台佘山站的SLR（激光测卫），VLBI（甚长基线干涉测量）和GPS（全球定位系统）站是国际上用以建立和维持ITRF（international terrestrial reference frame，国际地球参考框架），进行全球天文地球动力学研究的基准台站之一．联合应用这些空间测量，需要知道这三个站心间精确的三维相对位置．为此重点介绍了高精度确定VLBI，SLR几何旋转中心的观测方案和计算方法，归心结果经比较达到了1cm的外附精度，为国内其他并址VLBI，SLR和GPS台站的空间归心测量提供了先例．     

北斗三号系统互操作实现与性能分析

针对当前国际卫星导航应用从单一GPS时代发展到多GNSS(全球卫星导航系统)时代带来的新趋势和新要求,本文从星座互操作、信号互操作、时间互操作和坐标互操作四个方面开展北斗三号系统与其他GNSS系统间的互操作设计.在星座设计方面,北斗三号的星座轨道高度与倾角设计与GPS,GLONASS和Galileo三大系统的星座充分互补,全球导航卫星PDOP平均可提升37.9%;在信号体制方面,北斗三号通过相同频率相似频谱设计实现与其他系统的互操作,并签署了兼容与互操作协议,可确保用户在不改变硬件设计的情况下同时使用各大系统导航服务;在时间基准与坐标基准方面,北斗三号系统建立与维持了与国际上高度一致的基准体系,实现与国际UTC,GLNT等时差偏差保持在50 ns以内,并与国际ITRF 2014坐标参数精度保持一致.因此,北斗三号系统通过四个方面的努力,实现了与其他GNSS的互操作,可联合美俄等全球卫星导航系统为全球用户提供更优质的服务.     

基于Android智能手机的GNSS定位精度和准度分析

为更准确定位Android终端(GNSS:Global Navigation Satellite System)定位精度,使手机更好地在泛测绘场景应用,选取两个典型测点,通过48 h连续观测并采用GAMIT/GLOBK软件解算获得测点"真实"坐标.使用两款智能手机采集全球导航卫星系统原始观测数据,进行静态和动态定位精度和准确度对比实验.结果 表明,三星Galaxy S8定位结果普遍优于华为P10;静态后处理,LGO(Leica Geo Office)解算结果好于RTKLIB解算结果;动态实时解,三星Galaxy S8实现固定解且具有较好的准度(优于1dm);华为PI0的结果较差,准度在3.18 ～5.52 m之间,精度在2.67～4.88 m之间,且未实现固定解.