本站原创摘 要：基线是同步单测站构成,单测站的数据优劣决定基线的计算精度,尤其是在环境不理想时实施观测作业.本文就如何改善基线的精度,探讨单测站的GPS数据预处理方法,即采用小波分析策略,预处理实测基线数据,提高对基线解算质量,特别是当基线比较长时,两测站的相关性降低,采用单测站数据预处理的方法优化长基线解算质量.该方法对提高GPS解算的精度、缩短GPS观测时间、降低GPS观测环境的要求以及降低观测成本具有现实意义,有利于促进GPS更广泛的应用.
关 键 词 ：数据预处理 基线解算 小波分析
中图分类号：P258 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）05（c）-0034-01
GPS数据预处理的内容包含很多方面,从GPS数据预处理的内容来看,数据传输和格式转换、数据格式的标准化、数据筛选、差分观测值形成、向量近似解的求解等内容无论是理论部分还是软件实现部分都是相当成熟的,因而此方面的研究甚少.在原始数据预处理软件方面,多数软件都实现了GPS数据预处理的大部分内容.
GPS数据预处理作为GPS数据处理的重要部分,载波相位观测值的周跳探测、修复及GPS数据的筛选,GPS观测数据降噪处理一直是广大科研工作者研究的热点,试图提高基线解算后数据的可靠性及精度.与此同时,由于小波分析法的强大分析能力,特别是在时频分析的强大优势,越来越受到人们的重视.
1.小波分析理论
国内外学者在基于小波分析的GPS数据预处理方面做了不少研究.运用小波分析对GPS观测数据消噪方面,目前的研究基本上是针对基线解算展开的.运用该理论提取双差观测值残差的低频信号改正GPS观测值,用于消除多路径效应的影响,或者对相对双差观测值时间序列进行小波分析.随着对高精度相对定位的需求不断增加,如何提高单基站的数据质量对基线解算质量有重要的研究意义,因此,小波分析法在单测站GPS数据处理中具有重要的现实意义.
2.小波分析理论的应用
无论是静态相对定位还是实时动态相对定位还是精密单点定位,要解算测量点的三维坐标及精度都必须进行数据预处理,数据预处理过程是非常关键的一个阶段.经过GPS数据预处理,得出最终用于基线或单点定位所必须的观测数据和信息.经过处理处理后的观测值不包含有周跳和较大偏差的观测值,它对基线解算或精密单点定位十分重要.
精密单点定位用一台GPS接收机便可以达到厘米级的定位精度,提高了高精度测量定位的灵活性,但是在实际应用中扔不可取代传统的相对定位模式.因此提高相对定位精度及可靠性仍有其研究的意义.
静态相对定位在理论和软件方面发展都相对成熟,如国外研制的GAMIT、BERNESE等,用于长基线静态相对定位基线解算,在精密长基线处理中取得良好的效果.实际应用中,受到多路径影响、强的电磁信号干扰、观测点上空存在不开阔等不利因素影响,GPS观测值的质量比较差,使基线处理难度增大,解算精度和可靠性也大大降低.如何处理极不理想条件下观测的数据,且能保证足够的精度,是目前正待解决的问题.有些国内外学者提出了基于小波分析方法的基线处理方法,例如,对相位双差观测值进行小波分析,试图提高数据的信噪比及基线解算的精度和可靠性；在初始平差的残差信号主要由非模型化、非空间相关性的多路径效应影响和观测噪声组成的基础上,采用小波分析方法提取残差文件中的多路径信号,并对观测数据进行修正,该方法可用于多路径效应比较大的情况.
3.GPS基线解算新方法探讨
基线是由相同观测时段的单测站构成的,尽管建立在多种误差的空间相关性基础之上的基线解算理论削除或消弱了强相关性误差,但单测站的质量对基线的解算的影响仍然存在,扔不能忽视构成独立基线两测站的数据质量.单测站质量对基线的影响应该包括基线解算的精度、可靠性、模糊度搜索域等多个方面.通过提高单测站的数据质量来提高基线解算的质量或可靠性有一定的可行性.为此,可通过大量实验分析基于单测站GPS原始数据预处理对基线解算的影响.对单测站质量对基线结算精度和可靠性进行客观评价分析,并采用不同数据预处理方法对构成基线的两测站数据进行处理,将处理前后的数据进行对比、分析、评价,发现其规律性,来得出结论.为此,可采用小波变换的理论方法对单测站GPS原始数据预处理,并进行深入研究,寻求基线解算最佳途径.
既然单测站的GPS数据预处理具有极其重要的现实意义,有效的GPS数据预处理理论及其软件对于提高GPS解算的精度、缩短GPS观测时间、降低对GPS观测环境的要求和降低观测成本具有重要的现实意义,有利于促进GPS更广泛应用,同时对GNSS卫星导航系统以及北斗卫星导航系统的数据处理也有一定的参考价值.
4.小波分析法应用的局限性
国内外专家学者,如Collin F.&Warant R.、E.M. de Souza、朱习军、黄德武、何海波、刘旭春等,应用小波分析的相关理论方法预进行数据处理、基线解算,分析研究多路径效应等对数据质量影响,得到了有益结论,取得了良好效果.但是还存在一些问题和不足.当基线比较长时,两测站的相关性降低,单测站数据预处理的方法对长基线解算质量的影响程度仍不清楚,缺少相关的实验数据,研究仍不够深入；结合不同的小波分析策略,不同的预处理模式,对基线解算质量的影响程度仍不能确定,缺少实验依据.
因此,小波分析法在GPS数据处理中的应用仍然受到很大限制,不能完全发挥小波分析理论强大的分析优势,有待于科研工作者进一步实验研究,进一步探讨新的数据预处理算法.
5.结语
如何将小波分析理论灵活运用于GPS数据处理的应用中,克服现实中观测数据的不足,满足高精度相对定位的需求,使小波分析理论充分发挥其技术优势,将GPS技术得到更广泛的应用,是当前需要解决的技术问题,仍然具有继续研究的价值与意义.