CN117388872B - 一种北斗地基增强系统参考站坐标框架维持方法和系统 - Google Patents

一种北斗地基增强系统参考站坐标框架维持方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种北斗地基增强系统参考站坐标框架维持方法和系统,所述方法包括:建立无电离层组合观测方程和约束条件,进行站坐标解算,得到单天坐标序列;剔除坐标序列中的粗差值,并采用滑动窗口拟合方法识别并标记坐标序列中的位置和速度跳变,得到干净坐标序列;基于干净坐标序列对受地震影响的测站进行震后形变建模;建立坐标序列组合模型,将形变改正后的单天坐标解输入坐标序列组合模型进行坐标序列组合,并引入随机模型,得到叠加的法方程;建立目标框架下参考历元的位置和速度的约束方程,以约束方程为约束迭代求解叠加的法方程,得到目标框架下的参考站坐标和速度。本发明可以实现高精度北斗地基增强系统参考站的框架维持。

Description

一种北斗地基增强系统参考站坐标框架维持方法和系统
技术领域
本发明属于全球卫星导航系统(GNSS)高精度定位技术领域,具体涉及一种北斗地基增强系统参考站坐标框架维持方法和系统。
背景技术
实时动态(Real-time Kinematic,RTK)定位是一种在一定区域范围内通过双差方法消除或削弱GNSS时空基准和观测等空间相关误差继而获得高精度定位结果的技术,为了提升RTK服务的稳定性和精度,一般在服务区域建立较为均匀的参考站网形成地基增强系统,并根据用户概略位置提供附近虚拟参考站的观测数供用户实现双差组合定位。考虑到用户定位结果是相对于参考站的相对位置,参考站在用户作业时刻的坐标可以通过精密定位手段获取,并转换到指定坐标框架如CGCS2000下,因此,维持高精度的参考站CGCS2000坐标直接决定了用户增强服务的定位准确性。
参考站当前坐标往往基于当前精密轨道和钟差等产品获取,得到的是当前精密产品所在参考框架下的当前历元坐标,在将其对齐到增强服务所在的CGCS2000框架时主要面临如下难题:一、如何监控参考站长时间稳定性是稳健估计参考站在参考历元位置、速度的前提;二、如何基于运行时间仅数年的北斗地基增强系统参考站坐标序列计算可靠的CGCS2000框架下的站点速度。
上述难点直接影响北斗地基增强系统参考站坐标框架的稳定性,进而影响用户对北斗增强服务的使用体验,是地基增强系统高精度定位服务中必须要解决的问题。贾逸君在论文《基于模糊度固定的北斗地基增强系统基准站坐标稳定性研究与应用》中采用模糊度固定算法来提升北斗地基增强系统的稳定性,但是仍然存在北斗地基增强系统参考站受到未知因素影响导致坐标序列不连续、速度估计精度不高等问题。
发明内容
有鉴于此,本发明提出了一种北斗地基增强系统参考站坐标框架维持方法和系统,用于解决北斗地基增强系统参考站因受到未知因素影响导致估计精度不高的问题。
本发明第一方面,公开一种北斗地基增强系统参考站坐标框架维持方法,所述方法包括:
对北斗地基增强系统的参考站和IGS核心站历史观测数据进行数据预处理,建立无电离层组合观测方程和约束条件,进行站坐标解算,得到坐标序列;
剔除坐标序列中的粗差值,并采用滑动窗口拟合方法识别并标记坐标序列中的位置和速度跳变,得到干净坐标序列;
基于干净坐标序列对受地震影响的测站进行震后形变建模,基于震后形变建模结果对测站单天坐标序列进行震后形变改正,得到形变改正后的单天坐标解;
建立坐标序列组合模型,将形变改正后的单天坐标解输入坐标序列组合模型进行坐标序列组合,并引入随机模型,得到叠加的法方程;
建立目标框架下参考历元的位置和速度的约束方程,以约束方程为约束迭代求解叠加的法方程,得到目标框架下的参考站坐标和速度。
在以上技术方案的基础上,优选的,所述剔除坐标序列中的粗差值具体包括:
设置滑动窗口,利用坐标序列前后历元的坐标差获取各个测站粗略的位置跳变和粗差信息,具体判断公式如下:
其中,tn、tn-1、tn+1分别表示当前历元、前后历元;表示历元tn和历元tn+1的坐标差;/>表示历元tn+1和历元tn的坐标差;m表示比例系数;σw表示坐标差的误差;
提取测站坐标序列的三个坐标分量,逐次检查坐标差是否满足所述判断公式,若满足所述判断公式中的两个条件,则判断测站在历元tn的坐标为粗差,否则初步判断为位置跳变;
若三个坐标分量中的任意一个分量判断出粗差或者跳变,则认为该测站出现粗差或者跳变。
在以上技术方案的基础上,优选的,所述采用滑动窗口拟合方法识别并标记坐标序列中的位置和速度跳变具体包括:
依次逐天滑动窗口,采用如下公式拟合每一个窗口中的坐标序列:
其中,表示历元tn测站坐标;/>和/>分别表示参考历元t0的位置和速度;Δt=tn-t0表示历元时刻差;A1和A2分别表示周年和半周年信号振幅;/>和/>分别表示周年和半周年信号的初始相位;
求解得到参考历元t0的位置和速度/>估计值序列,采用所述判断公式对估计值序列进行跳变探测,进一步识别粗差和位置、速度跳变并做标记。
在以上技术方案的基础上,优选的,所述基于干净坐标序列对受地震影响的测站进行震后形变建模的表达式为:
其中,为当提前历元tn对应的震后形变,代表干净坐标序列线性拟合之后的坐标残差;/>和/>为对数项和指数项的振幅;/>和/>为对数项和指数项模型的松弛时间;和/>为对数和指数项的地震参考时刻。
在以上技术方案的基础上,优选的,所述坐标序列组合模型的表达式为:
其中,Xp(·)为形变改正后的单天坐标解,vp(·)为对应的坐标残差;Xc(·)和分别表示参考历元t0的位置和速度;T(·),R(·)和S(·)分别表示单天坐标解相对于Xc和/>的平移、旋转和尺度参数;Op和rq分别表示位置跳变和速度跳变振幅,p=1,2,...,M,M为位置跳变总数,q=1,2,...,N,N为速度跳变总数;/>和/>分别为测站位置和速度发生跳变的时刻;H(·)为Heaviside阶梯函数;u表示形变改正后的单天坐标解的周期信号总数,包括周年/半周年信号和6个交点年谐波项;aj和bj分别表示第j个周期信号的正弦和余弦振幅;wj表示第j个周期信号的周期,j=1,2,...,u。
在以上技术方案的基础上,优选的,所述叠加的法方程的表达式为:
其中,tot表示总历元数;Yc和Yc0分别表示待估参数改正量和初始值,待估参数包括参考历元的位置、速度、周期信号参数、平移、旋转和尺度参数、位置和速度跳变参数;F(tn)表示历元tn的单天坐标解方差缩放因子;K(tn)表示历元tn的单天坐标解法方程信息矩阵,对单天坐标解的方差-协方差矩阵取逆阵得到;W(tn)表示历元tn的单天坐标解法方程的右矩阵。
在以上技术方案的基础上,优选的,所述迭代求解叠加的法方程,得到目标框架下的参考站坐标和速度具体包括:
求解叠加的法方程,计算所有测站在目标框架下参考历元的单天坐标解以及周期信号参数估计值,同时输出坐标残差;
基于坐标残差计算后验方差,以第一天的坐标解的后验方差为基准,将单天坐标解的后验方差与第一天的后验方差的比值作为所述单天坐标解的方差缩放因子;
调整单天坐标解的方差缩放因子,重复求解叠加的法方程的过程,直至前后两次方差缩放因子的差异小于预设阈值,最终得到目标框架下的参考站坐标和速度。
本发明第二方面,公开了一种北斗地基增强系统参考站坐标框架维持系统,所述系统包括:
初步解算模块:北斗地基增强系统的参考站和IGS核心站历史观测数据进行数据预处理,建立无电离层组合观测方程和约束条件,进行站坐标解算,得到坐标序列;
跳变识别模块:用于剔除坐标序列中的粗差值,并采用滑动窗口拟合方法识别并标记坐标序列中的位置和速度跳变,得到干净坐标序列;
形变改正模块:用于基于干净坐标序列对受地震影响的测站进行震后形变建模,基于震后形变建模对测站单天坐标序列进行震后形变改正,得到形变改正后的单天坐标解;
法方程建立模块:建立坐标序列组合模型,将形变改正后的单天坐标解输入坐标序列组合模型进行坐标序列组合,并引入随机模型,得到叠加的法方程;
迭代求解模块:建立目标框架下参考历元的位置和速度的约束方程,以约束方程为约束迭代求解叠加的法方程,得到目标框架下的参考站坐标和速度。
本发明第三方面,公开一种电子设备,包括:至少一个处理器、至少一个存储器、通信接口和总线;
其中,所述处理器、存储器、通信接口通过所述总线完成相互间的通信;
所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令,所述处理器调用所述程序指令,以实现如本发明第一方面所述的方法。
本发明第四方面,公开一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质存储计算机指令,所述计算机指令使计算机实现如本发明第一方面所述的方法。
本发明相对于现有技术具有以下有益效果:
1)采用地基增强系统参考站和IGS核心站联测方式进行站坐标解算,利用滑动窗口拟合方法对参考站坐标跳变和速度跳变进行精准识别,减少未知因素的影响,并充分考虑地基增强系统参考站的动态性,建立震后形变改正模型校正地震引起的参考站坐标序列非线性变化;基于形变校正后的坐标建立叠加的法方程,并将IGS核心站位置和速度信息约束到目标框架,迭代求解叠加的法方程,实现高精度北斗地基增强系统参考站的框架维持。
2)本发明利用滑动窗口拟合方法对坐标序列进行分段拟合,通过拟合参数序列判断坐标序列中发生的位置和速度跳变,完成坐标序列的不连续标记和粗差剔除,并在参考站坐标序列组合时充分利用标记的位置和速度跳变信息,体高误差估计精度。
3)本发明在参考站坐标序列组合时利用站点之间的方差-协方差信息增强参考站速度估计精度,并考虑周年/半周年季节信号和和交点年信号参数,削弱了坐标序列中周期信号对速度估计的影响,实现参考站速度的精确估计。
4)本发明通过调整方差缩放因子迭代求解叠加的法方程,直至单天坐标解的方差缩放因子趋于稳定,即便对于运行年限较短的参考站,也能实现高精度框架维持。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的北斗地基增强系统参考站坐标框架维持方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式,对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式,而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式,都属于本发明保护的范围。
要将北斗地基增强系统参考站在当前参考框架(如ITRF2020)的坐标转换到系统服务的目标框架(如CGCS2000,对应ITRF97,参考历元2000.0),维持参考站坐标框架的高精度稳定,关键是基于参考站线性速度和框架转换约束关系实现对当前框架的历元坐标归算到CGCS2000坐标。
本发明的实施例以CGCS2000为目标框架,基于地基增强系统参考站以及IGS核心站提供的长时间历史观测数据(如伪距和相位),采用精密定位技术获得测站单天的精密坐标及方差-协方差信息,并创造性地利用滑动窗口拟合方法对参考站坐标跳变和速度跳变进行精准识别,建立震后形变改正模型校正地震引起的参考站坐标序列非线性变化;联合处理地基增强系统参考站和IGS核心站,将IGS核心站位置、速度信息约束到与CGCS2000一致的国际地球参考框架ITRF97,并利用站点之间的方差-协方差信息改善增强系统参考站速度估计精度;通过在坐标序列组合模型中引入季节信号和交点年信号参数削弱坐标序列中周期信号对速度估计的影响,最终解决北斗地基增强服务系统的参考站坐标框架高精度维持难题。
请参阅图1,本发明提出一种北斗地基增强系统参考站坐标框架维持方法,所述方法包括:
S1、对北斗地基增强系统的参考站和IGS核心站历史观测数据进行数据预处理,建立无电离层组合观测方程和约束条件,进行站坐标解算,得到坐标序列。
假设北斗地基增强系统参考站和IGS核心站提供长时间(不少于1年)的伪距和相位观测数据,进行北斗地基增强服务系统参考站坐标解算。该假设条件在实际中非常容易满足,因为这是RTK参考站建设的基本要求,RTK参考站一般在系统正式运行之前就已经建成并连续跟踪GNSS卫星信号,而IGS核心站的观测数据可通过公开的网络渠道获得。
步骤S1具体包括如下分步骤:
S11、建立无电离层组合观测方程。
收集北斗地基增强系统参考站和IGS核心站历史观测数据,该历史观测数据包含伪距和相位,随历史观测数据进行数据预处理,然后采用事后精密轨道和钟差产品进行精密定位,建立无电离层组合观测方程如下:
公式(1)中,s和r分别表示卫星和测站;和/>分别表示伪距和相位无电离层组合观测值;c表示真空中的光速;dtr表示接收机钟差;/>表示星地几何距离,包含卫星钟差、相对论改正;dr,IF和/>分别表示测站接收机和卫星无电离层组合的伪距硬件延迟;br,IF和/>分别表示测站接收机和卫星无电离层组合的相位硬件延迟;/>表示斜路径对流层延迟;/>和/>分别表示频点1的波长和无电离层组合模糊度。
S12、建立约束条件。
在处理公式(1)的观测方程时,往往将br,IF和/>合并为一个参数进行估计,此时得到的是浮点模糊度,通过在卫星对和测站对之间构建双差可以消除接收机和卫星相关的硬件延迟,恢复双差模糊度的整数特性。在具体数据处理中,将双差无电离层组合模糊度分解为双差宽巷和窄巷模糊度分别进行固定,并利用固定的宽窄巷建立约束条件:
公式(2)中,s和k表示卫星对,r和h表示测站对;λNL为窄巷波长,为频点2的波长;/>和/>分别固定的双差窄巷和宽巷;/>为系数组合,可以表示为f1和f2分别为双频的频率值;/>表示4个无电离层组合模糊度。
本发明对北斗地基增强系统参考站和IGS核心站依次建立观测方程(1),并通过在测站和卫星之间建立双差模糊度,形成约束方程(2),通过累加所有历元的观测方程获得测站单天坐标估计值作为坐标序列,并提取方差-协方差信息进行存储。
S2、剔除坐标序列中的粗差值,并采用滑动窗口拟合方法识别并标记坐标序列中的位置和速度跳变,得到干净坐标序列。
考虑到北斗地基增强系统参考站不可避免的受到天线升级、接收机软件升级、地震等因素影响,坐标序列并不是连续的,往往存在位置和速度跳变,若不进行探测和标记,将损害坐标序列组合模型的参数估计精度,本发明通过逐个测站进行处理的方式剔除粗差值并标记跳变信息。
步骤S2具体包括如下分步骤:
S21、剔除坐标序列中的粗差值。
利用坐标序列前后历元的坐标差获取各个测站粗略的位置跳变和粗差信息,具体判断公式如下:
公式(3)中,tn表示当前历元,tn-1和tn+1分别表示当前历元的前一历元和后一历元;表示历元tn和历元tn-1的坐标差;/>表示历元tn+1和历元tn的坐标差;m表示比例系数,m的值依次减小,比如可依次取值20,10,5;σw表示坐标差的误差,通过计算窗口大小w的坐标差序列的中误差获得,w取30,在序列前w历元,σw取5cm。
提取测站坐标序列的三个坐标分量,逐次检查坐标差是否满足所述判断公式(3),若满足所述判断公式(3)中的两个条件,则判断测站在历元tn的坐标为粗差,否则初步判断为位置跳变。若三个坐标分量中的任意一个分量判断出粗差或者跳变,则认为该测站出现粗差或者跳变。
S22、采用滑动窗口拟合方法识别并标记坐标序列中的位置和速度跳变。
依次逐天滑动窗口,采用如下公式拟合每一个窗口中的坐标序列:
公式(4)中,表示历元tn测站坐标;/>和/>分别表示参考历元t0的位置和速度;Δt=tn-t0表示历元时刻差;A1和A2分别表示周年和半周年信号振幅;/>和/>分别表示周年和半周年信号的初始相位。
通过公式(4)拟合得到参考历元t0的位置和速度/>估计值序列,采用所述判断公式(3)对估计值序列进行跳变探测,此时比例系数取值3,进一步识别粗差和位置、速度跳变,并标记出现位置、速度跳变的序列。
S3、基于干净坐标序列对受地震影响的测站进行震后形变建模,基于震后形变建模结果对测站单天坐标序列进行震后形变改正,得到形变改正后的单天坐标解。
进行震后形变建模,得到震后形变模型的表达式为:
公式(5)中,为当前历元tn对应的震后形变,代表干净坐标序列线性拟合之后的坐标残差;/>和/>为对数项和指数项的振幅;/>和/>为对数项和指数项模型的松弛时间;/>和/>为对数和指数项的地震参考时刻。
对测站震后形变进行拟合,公式(5)包含两个对数项和两个指数项,相应拟合的残差均方根误差记为RMS4,逐次减少一个对数或一个指数项,相应拟合残差的均方根误差分别记为RMS3、RMS2和RMS1,统计所有若存在最小RMSj/RMSj-1大于0.9,则认为减少的对数或指数项不显著,在震后形变模型(5)中删除该拟合项,得到精简的震后形变模型及参数估计值。
震后形变模型对测站单天解坐标进行震后形变改正,求解得到形变改正后的单天坐标解。
S4、建立坐标序列组合模型,将形变改正后的单天坐标解输入坐标序列组合模型进行坐标序列组合,并引入随机模型,得到叠加的法方程。
本发明建立的坐标序列组合模型的表达式为:
公式(6)中,Xp(·)为形变改正后的单天坐标解,vp(·)为对应的坐标残差;Xc(·)和分别表示参考历元t0的位置和速度;T(·),R(·)和S(·)分别表示单天坐标解相对于Xc和/>的平移、旋转和尺度参数;Op和rq分别表示位置跳变和速度跳变振幅,p=1,2,...,M,M为位置跳变总数,q=1,2,...,N,N为速度跳变总数;/>和/>分别为测站位置和速度发生跳变的时刻;H(·)为Heaviside阶梯函数;u表示形变改正后的单天坐标解的周期信号总数,包括周年/半周年信号和6个交点年谐波项;aj和bj分别表示第j个周期信号的正弦和余弦振幅;wj表示第j个周期信号的周期,j=1,2,...,u。
将形变改正后的单天坐标解输入坐标序列组合模型,并利用形变改正后的坐标单天解的方差-协方差矩阵和方差缩放因子作为随机模型,,形成叠加的法方程,表达式为:
公式(7)中,tot表示总历元数;Yc和Yc0分别表示待估参数改正量和初始值,待估参数包括参考历元的位置、速度、周期信号参数、平移、旋转和尺度参数、位置和速度跳变参数;F(tn)表示历元tn的单天坐标解方差缩放因子初始值为1;;K(tn)表示历元tn的单天坐标解法方程信息矩阵,对单天坐标解的方差-协方差矩阵取逆阵得到;W(tn)表示历元tn的单天坐标解法方程的右矩阵。
S5、建立目标框架下参考历元的位置和速度的约束方程,以约束方程为约束迭代求解叠加的法方程,得到目标框架下的参考站坐标和速度。
考虑到法方程存在秩亏,因此引入最小约束,将参考历元的位置和速度约束到CGCS2000框架,采用下式建立约束方程:
公式(8)中,为约束方程的信息矩阵,Md利用IGS核心站进行约束的相似变换矩阵,约束方程的权重为/>取值0.1毫米。Xd和/>分别为IGS核心站在参考历元2000.0的ITRF97坐标和速度。
将公式(8)的约束方程附加到叠加的法方程(7)之后对叠加的法方程进行迭代求解。
具体的,求解叠加的法方程,计算所有测站在目标框架下参考历元的单天坐标解以及周期信号参数估计值,同时输出坐标残差vp;基于坐标残差vp计算后验方差,以第一天的坐标解的后验方差为基准,将单天坐标解的后验方差与第一天的后验方差的比值作为所述单天坐标解的方差缩放因子;调整单天坐标解的方差缩放因子F(tn),重复以上求解叠加的法方程的过程,直至前后两次方差缩放因子的差异小于预设阈值,最终得到目标框架下的参考站坐标和速度。
本发明基于地基增强系统参考站以及IGS核心站提供的长时间历史观测数据,采用精密定位技术获得测站单天的精密坐标及方差-协方差信息。针对坐标序列不连续问题,本发明利用滑动窗口拟合方法对坐标序列进行分段拟合,通过拟合参数序列判断坐标序列中发生的位置和速度跳变,完成坐标序列的不连续标记和粗差剔除。针对参考站受地震影响产生的非线性震后形变问题,本发明采用对数和指数函数相结合的方式进行建模,通过拟合残差的均方根误差选择拟合参数个数,提高形变拟合精度。最后对形变校正后的坐标时间序列建立坐标序列组合模型,设置单天坐标解的初始方差缩放因子为1,累加所有天的坐标序列观测方程形成叠加的法方程,利用IGS核心站的ITRF97坐标和速度信息建立最小约束,计算参考站在参考历元的位置和速度等参数估计值和坐标残差,基于参考站坐标残差调整单天坐标解的方差缩放因子,重新建立坐标序列组合模型并求解,直至单天坐标解的方差缩放因子趋于稳定,最终实现高精度北斗地基增强系统参考站的框架维持。
与上述方法实施例相对应,本发明还提出一种北斗地基增强系统参考站坐标框架维持系统,所述系统包括:
初步解算模块:北斗地基增强系统的参考站和IGS核心站历史观测数据进行数据预处理,建立无电离层组合观测方程和约束条件,进行站坐标解算,得到坐标序列;
跳变识别模块:用于剔除坐标序列中的粗差值,并采用滑动窗口拟合方法识别并标记坐标序列中的位置和速度跳变,得到干净坐标序列;
形变改正模块:用于基于干净坐标序列对受地震影响的测站进行震后形变建模,基于震后形变建模对测站单天坐标序列进行震后形变改正,得到形变改正后的单天坐标解;
法方程建立模块:用于建立坐标序列组合模型,将形变改正后的单天坐标解输入坐标序列组合模型进行坐标序列组合,并引入随机模型,得到叠加的法方程;
迭代求解模块:用于建立目标框架下参考历元的位置和速度的约束方程,以约束方程为约束迭代求解叠加的法方程,得到目标框架下的参考站坐标和速度。
以上系统实施例和方法实施例是一一对应的,系统实施例简述之处请参阅方法实施例即可。
本发明还公开一种电子设备,包括:至少一个处理器、至少一个存储器、通信接口和总线;其中,所述处理器、存储器、通信接口通过所述总线完成相互间的通信;所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令,所述处理器调用所述程序指令,以实现本发明前述的方法。
本发明还公开一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质存储计算机指令,所述计算机指令使所述计算机实现本发明实施例所述方法的全部或部分步骤。所述存储介质包括:U盘、移动硬盘、只读存储器ROM、随机存取存储器RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的,其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以分布到多个网络单元上。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下,可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种北斗地基增强系统参考站坐标框架维持方法,其特征在于,所述方法包括:
对北斗地基增强系统的参考站和IGS核心站历史观测数据进行数据预处理,建立无电离层组合观测方程和约束条件,进行站坐标解算,得到单天坐标序列;
剔除坐标序列中的粗差值,并采用滑动窗口拟合方法识别并标记坐标序列中的位置和速度跳变,得到干净坐标序列;
基于干净坐标序列对受地震影响的测站进行震后形变建模,基于震后形变建模结果对测站单天坐标序列进行震后形变改正,得到形变改正后的单天坐标解;
建立坐标序列组合模型,将形变改正后的单天坐标解输入坐标序列组合模型进行坐标序列组合,并引入随机模型,得到叠加的法方程;所述随机模型采用形变改正后的坐标单天解的方差-协方差矩阵和方差缩放因子;
建立目标框架下参考历元的位置和速度的约束方程,以约束方程为约束迭代求解叠加的法方程,得到目标框架下的参考站坐标和速度;
所述剔除坐标序列中的粗差值具体包括:
利用坐标序列前后历元的坐标差获取各个测站粗略的位置跳变和粗差信息,具体判断公式如下:
其中,tn表示当前历元,tn-1和tn+1分别表示当前历元的前一历元和后一历元;表示历元tn和历元tn-1的坐标差;/>表示历元tn+1和历元tn的坐标差;m表示比例系数;σw表示坐标差的误差;
提取测站坐标序列的三个坐标分量,逐次检查坐标差是否满足所述判断公式,若满足所述判断公式中的两个条件,则判断测站在历元tn的坐标为粗差,否则初步判断为位置跳变;
若三个坐标分量中的任意一个分量判断出粗差或者跳变,则认为该测站出现粗差或者跳变;
所述采用滑动窗口拟合方法识别并标记坐标序列中的位置和速度跳变具体包括:
依次逐天滑动窗口,采用如下公式拟合每一个窗口中的坐标序列:
其中,表示历元tn的测站坐标;/>和/>分别表示参考历元t0的位置和速度;Δt=tn-t0表示历元时刻差;A1和A2分别表示周年和半周年信号振幅;/>和/>分别表示周年和半周年信号的初始相位;
拟合求解得到参考历元t0的位置和速度/>估计值序列,采用所述判断公式对估计值序列进行跳变探测,进一步识别粗差和位置、速度跳变并做标记。
2.根据权利要求1所述的北斗地基增强系统参考站坐标框架维持方法,其特征在于,所述基于干净坐标序列对受地震影响的测站进行震后形变建模的表达式为:
其中,为当前历元tn对应的震后形变,代表干净坐标序列线性拟合之后的坐标残差;/>和/>为对数项和指数项的振幅;/>和/>为对数项和指数项模型的松弛时间;/>和/>为对数和指数项的地震参考时刻。
3.根据权利要求2所述的北斗地基增强系统参考站坐标框架维持方法,其特征在于,所述坐标序列组合模型的表达式为:
其中,Xp(·)为形变改正后的单天坐标解,vp(·)为对应的坐标残差;Xc(·)和分别表示参考历元t0的位置和速度;T(·),R(·)和S(·)分别表示单天坐标解相对于Xc的平移、旋转和尺度参数;op和rq分别表示位置跳变和速度跳变振幅,p=1,2,...,M,M为位置跳变总数,q=1,2,...,N,N为速度跳变总数;/>和/>分别为测站位置和速度发生跳变的时刻;H(·)为Heaviside阶梯函数;u表示形变改正后的单天坐标解的周期信号总数,包括周年/半周年信号和6个交点年谐波项;aj和bj分别表示第j个周期信号的正弦和余弦振幅;wj表示第j个周期信号的周期,j=1,2,...,u。
4.根据权利要求1所述的北斗地基增强系统参考站坐标框架维持方法,其特征在于,所述叠加的法方程的表达式为:
其中,tot表示总历元数;Yc和Yc0分别表示待估参数改正量和初始值,待估参数包括参考历元的位置、速度、周期信号参数、平移、旋转和尺度参数、位置和速度跳变参数;F(tn)表示历元tn的单天坐标解方差缩放因子;K(tn)表示历元tn的单天坐标解法方程信息矩阵,对单天坐标解的方差-协方差矩阵取逆阵得到;W(tn)表示历元tn的单天坐标解法方程的右矩阵。
5.根据权利要求4所述的北斗地基增强系统参考站坐标框架维持方法,其特征在于,所述迭代求解叠加的法方程,得到目标框架下的参考站坐标和速度具体包括:
求解叠加的法方程,计算所有测站在目标框架下参考历元的单天坐标解以及周期信号参数估计值,同时输出坐标残差;
基于坐标残差计算后验方差,以第一天的坐标解的后验方差为基准,将单天坐标解的后验方差与第一天的后验方差的比值作为所述单天坐标解的方差缩放因子;
调整单天坐标解的方差缩放因子,重复所述求解叠加的法方程的过程,直至前后两次方差缩放因子的差异小于预设阈值,最终得到目标框架下的参考站坐标和速度。
6.使用权利要求1~5任一项所述方法的一种北斗地基增强系统参考站坐标框架维持系统,其特征在于,所述系统包括:
初步解算模块:用于对北斗地基增强系统的参考站和IGS核心站历史观测数据进行数据预处理,建立无电离层组合观测方程和约束条件,进行站坐标解算,得到坐标序列;
跳变识别模块:用于剔除坐标序列中的粗差值,并采用滑动窗口拟合方法识别并标记坐标序列中的位置和速度跳变,得到干净坐标序列;
形变改正模块:用于基于干净坐标序列对受地震影响的测站进行震后形变建模,基于震后形变建模对测站单天坐标序列进行震后形变改正,得到形变改正后的单天坐标解;
法方程建立模块:用于建立坐标序列组合模型,将形变改正后的单天坐标解输入坐标序列组合模型进行坐标序列组合,并引入随机模型,得到叠加的法方程;
迭代求解模块:用于建立目标框架下参考历元的位置和速度的约束方程,以约束方程为约束迭代求解叠加的法方程,得到目标框架下的参考站坐标和速度。
7.一种电子设备,其特征在于,包括:至少一个处理器、至少一个存储器、通信接口和总线;
其中,所述处理器、存储器、通信接口通过所述总线完成相互间的通信;
所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令,所述处理器调用所述程序指令,以实现如权利要求1~5任一项所述的方法。
8.一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述计算机可读存储介质存储计算机指令,所述计算机指令使计算机实现如权利要求1~5任一项所述的方法。
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Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2071831A1 (en) * 1989-12-11 1991-06-12 Christos T. Kyrtsos Integrated vehicle positioning and navigation system, apparatus and method
CN104199065A (zh) * 2014-09-15 2014-12-10 武汉大学 Gps坐标时间序列环境负载修正方法及系统
CN106772446A (zh) * 2016-12-12 2017-05-31 武汉大学 高阶项电离层延迟对gps坐标时间序列影响的量化方法
CN107966161A (zh) * 2017-11-09 2018-04-27 内蒙古大学 基于fft的步行检测方法
CN112799101A (zh) * 2021-01-29 2021-05-14 华东师范大学 一种构建gnss区域大地参考框架的方法
CN113484882A (zh) * 2021-06-24 2021-10-08 武汉大学 多尺度滑动窗口lstm的gnss序列预测方法及系统
CN114114332A (zh) * 2021-11-03 2022-03-01 湖北理工学院 一种有效探测gnss基准站坐标时间序列不连续点的方法
CN114253962A (zh) * 2022-03-02 2022-03-29 中国测绘科学研究院 一种考虑非线性因素的区域格网速度场构建方法及系统
CN114419152A (zh) * 2022-01-14 2022-04-29 中国农业大学 一种基于多维度点云特征的目标检测与跟踪方法及系统
CN114463202A (zh) * 2022-01-13 2022-05-10 武汉大学 结合矩阵补全和趋势滤波的植被指数时间序列重建方法
CN114626012A (zh) * 2022-02-28 2022-06-14 武汉大学 多尺度注意力机制的gnss序列预测方法及系统
CN116088010A (zh) * 2022-12-07 2023-05-09 东南大学 一种gnss形变监测数据中的阶跃突变自适应检测方法
WO2023082050A1 (zh) * 2021-11-09 2023-05-19 浙江大学 一种基于双层滤波框架的高精度里程估计方法
CN116204756A (zh) * 2023-04-28 2023-06-02 武汉大学 一种多分析中心精密站坐标产品综合方法及系统
WO2023102647A1 (en) * 2021-12-06 2023-06-15 University Of Manitoba Method for automated 3d part localization and adjustment of robot end-effectors

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210332354A1 (en) * 2020-04-15 2021-10-28 10X Genomics, Inc. Systems and methods for identifying differential accessibility of gene regulatory elements at single cell resolution

Patent Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2071831A1 (en) * 1989-12-11 1991-06-12 Christos T. Kyrtsos Integrated vehicle positioning and navigation system, apparatus and method
CN104199065A (zh) * 2014-09-15 2014-12-10 武汉大学 Gps坐标时间序列环境负载修正方法及系统
CN106772446A (zh) * 2016-12-12 2017-05-31 武汉大学 高阶项电离层延迟对gps坐标时间序列影响的量化方法
CN107966161A (zh) * 2017-11-09 2018-04-27 内蒙古大学 基于fft的步行检测方法
CN112799101A (zh) * 2021-01-29 2021-05-14 华东师范大学 一种构建gnss区域大地参考框架的方法
CN113484882A (zh) * 2021-06-24 2021-10-08 武汉大学 多尺度滑动窗口lstm的gnss序列预测方法及系统
CN114114332A (zh) * 2021-11-03 2022-03-01 湖北理工学院 一种有效探测gnss基准站坐标时间序列不连续点的方法
WO2023082050A1 (zh) * 2021-11-09 2023-05-19 浙江大学 一种基于双层滤波框架的高精度里程估计方法
WO2023102647A1 (en) * 2021-12-06 2023-06-15 University Of Manitoba Method for automated 3d part localization and adjustment of robot end-effectors
CN114463202A (zh) * 2022-01-13 2022-05-10 武汉大学 结合矩阵补全和趋势滤波的植被指数时间序列重建方法
CN114419152A (zh) * 2022-01-14 2022-04-29 中国农业大学 一种基于多维度点云特征的目标检测与跟踪方法及系统
CN114626012A (zh) * 2022-02-28 2022-06-14 武汉大学 多尺度注意力机制的gnss序列预测方法及系统
CN114253962A (zh) * 2022-03-02 2022-03-29 中国测绘科学研究院 一种考虑非线性因素的区域格网速度场构建方法及系统
CN116088010A (zh) * 2022-12-07 2023-05-09 东南大学 一种gnss形变监测数据中的阶跃突变自适应检测方法
CN116204756A (zh) * 2023-04-28 2023-06-02 武汉大学 一种多分析中心精密站坐标产品综合方法及系统

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
2000国家大地坐标动态转换方法探讨;黎鹏;何雯;罗晔;;水利水电快报;20200715(第07期);全文 *
An improved global grid model for calibrating zenith tropospheric delay for GNSS applications;Huang, LK等;《 GPS SOLUTIONS》;20221118;全文 *
GNSS产品综合方法及在iGMAS中的应用;陈国;《中国博士学位论文全文数据库 基础科学辑》;20220615;A008-25 *
区域CORS基准站坐标时间序列分析研究;王方超;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 基础科学辑》;20210815;A008-84 *
顾及有色噪声的GPS位置时间序列中断探测法;明锋;杨元喜;曾安敏;景一帆;;武汉大学学报(信息科学版);20160602(第06期);全文 *

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