本發(fā)明是一種GPS單歷元變形監(jiān)測(cè)恒星日周期誤差消除方法，屬于“大地測(cè)量學(xué)與測(cè)量工程”學(xué)科中的“衛(wèi)星大地測(cè)量學(xué)”技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

眾所周知，GPS變形監(jiān)測(cè)具有全天候、自動(dòng)化、高采樣率、穩(wěn)定參考點(diǎn)設(shè)立自由等優(yōu)勢(shì)，因而廣泛應(yīng)于滑坡監(jiān)測(cè)、高層建筑物監(jiān)測(cè)、地殼形變監(jiān)測(cè)、地震監(jiān)測(cè)等。由于GPS衛(wèi)星在天空動(dòng)態(tài)飛行，同時(shí)地球也在自轉(zhuǎn)，GPS衛(wèi)星與地面監(jiān)測(cè)站的幾何位置關(guān)系是以一個(gè)整恒星日為周期重復(fù)的，GPS信號(hào)的各種系統(tǒng)性誤差具有整周日特性，例如典型的多路徑效應(yīng)。由于恒星日周期性系統(tǒng)誤差的存在，降低了GPS單歷元變形監(jiān)測(cè)的精度。因此，必須把GPS恒星日周期性系統(tǒng)誤差從變形監(jiān)測(cè)時(shí)間序列中消除，從而提高變形監(jiān)測(cè)的精度。然而時(shí)至今日，仍然缺乏好的方法以消除GPS單歷元時(shí)間序列中的周期性誤差。現(xiàn)有的方法中，通過延長(zhǎng)觀測(cè)時(shí)間的方法對(duì)于單歷元來(lái)說，是行不通的。根據(jù)衛(wèi)星的高度角和方位角建立誤差預(yù)測(cè)模型，在整個(gè)觀測(cè)周期中，新衛(wèi)星在視野中的出現(xiàn)和舊衛(wèi)星的消失，衛(wèi)星高度角和方位角處于復(fù)雜的變化中，非常復(fù)雜的預(yù)測(cè)模型并沒有實(shí)用性。恒星日濾波通常采用星歷文件求出每顆GPS衛(wèi)星的復(fù)現(xiàn)周期，但變形監(jiān)測(cè)時(shí)間序列是多顆衛(wèi)星相位觀測(cè)綜合解算的結(jié)果，變形時(shí)間序列的周期并不與單顆GPS衛(wèi)星的周期嚴(yán)格對(duì)應(yīng)。恒星日濾波采用多天的加權(quán)平均值作為離散的改正數(shù)去修正新的時(shí)間序列，而不是采用連續(xù)的改正模型函數(shù)，并且改正的時(shí)間點(diǎn)上很難做到嚴(yán)格對(duì)齊。

本發(fā)明是我們提出的GPS單歷元變形監(jiān)測(cè)時(shí)間序列恒星日周期性系統(tǒng)誤差消除的全新技術(shù)方案，不同于現(xiàn)有技術(shù)方案，采用時(shí)間序列自身的最大相關(guān)系數(shù)來(lái)確定復(fù)現(xiàn)周期，通過在移動(dòng)窗口進(jìn)行中值濾波先濾去高頻噪聲，然后再采用連續(xù)函數(shù)對(duì)系統(tǒng)性成份建立嚴(yán)密改正模型，用于后續(xù)時(shí)間序列的恒星日系統(tǒng)誤差改正。隨著時(shí)間序列的增長(zhǎng)，改正模型可以動(dòng)態(tài)更新以保持其現(xiàn)勢(shì)性。該技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)在于能確定N、E、U三個(gè)坐標(biāo)軸方向具有微小差異的嚴(yán)密復(fù)現(xiàn)周期，消除高頻噪聲，并采用嚴(yán)密模型函數(shù)改正變形時(shí)間序列中系統(tǒng)性周期誤差，從而提高GPS單歷元變形監(jiān)測(cè)時(shí)間序列的精度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

一種GPS單歷元變形監(jiān)測(cè)恒星日周期誤差消除方法，用于消除GPS單歷元變形監(jiān)測(cè)時(shí)間序列中的各類誤差，其基本目標(biāo)是提高GPS單歷元變形監(jiān)測(cè)的精度。本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)在于：提出采用時(shí)間序列自身的最大相關(guān)系數(shù)確定系統(tǒng)誤差的復(fù)現(xiàn)周期，建立精密的系統(tǒng)誤差改正函數(shù)模型，基于最小二乘原理嚴(yán)密解算模型參數(shù)，動(dòng)態(tài)修正模型參數(shù)，在實(shí)踐應(yīng)用中，通過消除誤差，可以提高GPS單歷元變形監(jiān)測(cè)的精度。

本發(fā)明的基本特征在于，針對(duì)GPS單歷元變形監(jiān)測(cè)原始的時(shí)間序列，先進(jìn)行中值濾波對(duì)偶然誤差進(jìn)行處理，在恒星日周期附近對(duì)時(shí)間序列前后循環(huán)比對(duì)，求得相關(guān)系數(shù)，最大相關(guān)系數(shù)對(duì)應(yīng)的周期即為復(fù)現(xiàn)周期，建立移除周期后的觀測(cè)歷元與系統(tǒng)誤差之間的連續(xù)函數(shù)模型，基于最小二乘原理求解模型參數(shù)估值，模型理論上嚴(yán)密，可獲得非常高的逼近精度，從而獲得最優(yōu)的系統(tǒng)誤差改正模型。

由于恒星日周期性誤差始終存在于GPS相位觀測(cè)值中，在變形監(jiān)測(cè)分析中必須消除各種誤差。本發(fā)明方法簡(jiǎn)潔，易于編程實(shí)現(xiàn)，可操作性強(qiáng)，在實(shí)踐中具有實(shí)用性，普遍適用于GPS時(shí)間序列周期性誤差的處理。

本發(fā)明的關(guān)鍵技術(shù)特征和流程包括以下內(nèi)容：

(A) 對(duì)GPS單歷元時(shí)間序列采用中值濾波，濾去高頻噪聲；

(B) 按最大相關(guān)系數(shù)法求得系統(tǒng)誤差的復(fù)現(xiàn)周期，精確到秒；

(C) 重心化處理，從時(shí)間序列中移去其平均值；

(D) 從觀測(cè)歷元中移除系統(tǒng)誤差的復(fù)現(xiàn)周期；

(E) 建立系統(tǒng)誤差改正連續(xù)函數(shù)模型，基于最小二乘原理，解算得到模型系數(shù)；恢復(fù)被移去的時(shí)間序列均值，獲得系統(tǒng)誤差改正模型；

(F) 根據(jù)GPS單歷元觀測(cè)時(shí)間序列，定期重建系統(tǒng)誤差改正模型，保持誤差改正模型的現(xiàn)勢(shì)性。

附圖說明

圖1 GPS單歷元變形監(jiān)測(cè)時(shí)間序列恒星日周期性系統(tǒng)誤差消除方法流程圖。

具體實(shí)施方式

一種GPS單歷元變形監(jiān)測(cè)恒星日周期誤差消除方法，其特征在于，具體實(shí)施中包括以下步驟：

l）根據(jù)GPS單歷元變形監(jiān)測(cè)時(shí)間序列長(zhǎng)度，設(shè)置移動(dòng)窗口的大小為50至100歷元之間，對(duì)移動(dòng)窗口中的單歷元觀測(cè)值從小到大排序并取中值，通過中值濾波，濾去時(shí)間序列中的高頻噪聲；

2）以86159±40秒為系統(tǒng)誤差復(fù)現(xiàn)周期搜索范圍，在一輪復(fù)現(xiàn)周期分?jǐn)嗟膬蓚€(gè)時(shí)間序列之間，應(yīng)該具有最大的相關(guān)性，即最大相關(guān)性對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)為復(fù)現(xiàn)周期的起始點(diǎn)，以此求得精確到秒的復(fù)現(xiàn)周期，兩時(shí)間序列、之間相關(guān)性為，其中為時(shí)間序列的長(zhǎng)度，為的平均值，為的平均值；

3）設(shè)時(shí)間序列中有共同的周期性系統(tǒng)誤差，對(duì)進(jìn)行精確建模，從中移去其平均值得，為的平均值；

4）求出GPS單歷元觀測(cè)時(shí)間中所包含的復(fù)現(xiàn)周期的整周數(shù)，；

5）從GPS單歷元觀測(cè)時(shí)間中移去個(gè)復(fù)現(xiàn)周期，得到；

6）將縮小倍得到，，應(yīng)該介于0與1之間；

7）根據(jù)對(duì)建立函數(shù)模型，,其中，，，為模型參數(shù)，為模型逼近誤差，為模型階數(shù)（整數(shù)），可根據(jù)模型殘差自適應(yīng)調(diào)整；

8）模型參數(shù)，，，為未知參數(shù)，為了解算模型參數(shù)，設(shè)矩陣：

，

,，其中為歷元數(shù)；

9）解算得到模型參數(shù)，其中為單位矩陣，為正則化因子，取0.01；

10）的模型表達(dá)為；

11）恢復(fù)的平均值，得到的模型表達(dá)式，此即周期性系統(tǒng)誤差的表達(dá)式，可用于后續(xù)GPS單歷元變形監(jiān)測(cè)時(shí)間序列恒星日周期性誤差的改正；

12）從后續(xù)GPS單歷元變形監(jiān)測(cè)時(shí)間序列中移去系統(tǒng)誤差；

13）隨著觀測(cè)時(shí)間的推進(jìn)，重復(fù)上述步驟，求解最新周期性系統(tǒng)誤差的模型參數(shù)，保持周期性系統(tǒng)誤差模型的現(xiàn)勢(shì)性。