肖玉鋼，姜衛(wèi)平，陳　華，袁　鵬，席瑞杰

1. 武漢大學(xué)測(cè)繪學(xué)院，湖北 武漢 430079； 2. 武漢大學(xué)衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)研究中心，湖北 武漢 430079

Research and Realization of Deformation Monitoring Algorithm with Millimeter Level Precision Based on BeiDou Navigation Satellite System

XIAO Yugang1，JIANG Weiping2，CHEN Hua1，YUAN Peng2，XI Ruijie1

1. School of Geodesy and Geomatics，Wuhan University，Wuhan 430079，China； 2. Research Center of GNSS，Wuhan University，Wuhan 430079，China

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北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的毫米級(jí)精度變形監(jiān)測(cè)算法與實(shí)現(xiàn)

肖玉鋼1，姜衛(wèi)平2，陳華1，袁鵬2，席瑞杰1

1. 武漢大學(xué)測(cè)繪學(xué)院，湖北 武漢 430079； 2. 武漢大學(xué)衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)研究中心，湖北 武漢 430079

Foundation support： National High-tech Research and Development Program of China(No.2012AA12A209); National Natural Science Foundation of China(No.41374033)

摘要：研究了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)毫米級(jí)精度變形監(jiān)測(cè)算法。首先改進(jìn)了TurboEdit方法，以能夠探測(cè)到1周的小周跳；針對(duì)BDS星座結(jié)構(gòu)給出更為高效的獨(dú)立雙差觀測(cè)值搜索方法；對(duì)于模糊度固定，采用決策函數(shù)和序貫?zāi)：裙潭ㄏ嘟Y(jié)合的方法。在此基礎(chǔ)上，研制了BDS變形監(jiān)測(cè)軟件。最后，利用變形監(jiān)測(cè)試驗(yàn)平臺(tái)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，從星座分布、解算精度等方面分析了BDS在變形監(jiān)測(cè)中應(yīng)用的可行性。結(jié)果表明,目前在試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)BDS與GPS在衛(wèi)星幾何分布等方面基本相當(dāng)。BDS的短基線解算精度略低于GPS，但仍可達(dá)到平面1 mm以內(nèi)、高程2 mm以內(nèi)的精度水平。

關(guān)鍵詞：北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)；變形監(jiān)測(cè)；軟件實(shí)現(xiàn)；精度分析

隨著各種大型結(jié)構(gòu)體的大量涌現(xiàn)以及滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的頻繁發(fā)生，變形監(jiān)測(cè)研究的重要性日益突出，變形監(jiān)測(cè)理論和技術(shù)方法也在迅速發(fā)展。全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GNSS)具有全天候、高精度等優(yōu)點(diǎn)，早在20世紀(jì)80年代中后期，就被作為一種變形監(jiān)測(cè)技術(shù)手段。1995年以來(lái)，GNSS被用于監(jiān)測(cè)滑坡、大壩等緩慢變形，如在Pacoima、清江隔河巖等大壩建立的GPS變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)GPS用于高精度變形監(jiān)測(cè)的可行性進(jìn)行了分析，精度達(dá)毫米級(jí)。結(jié)果表明，GPS解算所得變形量與水庫(kù)蓄水量具有高度一致性[1-4]。為降低變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)成本，文獻(xiàn)[5]提出了一機(jī)多天線變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，采用附加的多天線轉(zhuǎn)換開關(guān)實(shí)現(xiàn)一臺(tái)接收機(jī)與多個(gè)天線的時(shí)分單通連接。同時(shí)，考慮到監(jiān)測(cè)特點(diǎn)(如監(jiān)測(cè)站坐標(biāo)已知)，文獻(xiàn)[6—8]提出了“無(wú)周跳無(wú)模糊度”的變形監(jiān)測(cè)方法。對(duì)于橋梁、高大建筑物等結(jié)構(gòu)體的動(dòng)態(tài)變形，適宜采用實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行，文獻(xiàn)[9]研制了GPS變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理軟件GPSMON，定位精度為亞厘米級(jí)；文獻(xiàn)[10]集成GPS、加速度計(jì)、偽衛(wèi)星等技術(shù)，建立了橋梁變形實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。同時(shí)，Geo++、Leica、Trimble等測(cè)量?jī)x器公司也開發(fā)了GPS變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并得到了廣泛的應(yīng)用。

中國(guó)自20世紀(jì)80年代開始研制北斗系統(tǒng)，并實(shí)施了系統(tǒng)建設(shè)的“三步走”規(guī)劃[11]。2012年底，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)空間信號(hào)接口控制文件正式公布，標(biāo)志著北斗區(qū)域?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)的正式建成。目前BDS在軌衛(wèi)星16顆，其中工作衛(wèi)星14顆，包括5顆GEO衛(wèi)星，5顆IGSO衛(wèi)星及4顆MEO衛(wèi)星。預(yù)計(jì)到2020年左右，將建成覆蓋全球的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。已有研究表明，北斗二代系統(tǒng)的衛(wèi)星鐘性能、測(cè)距精度等與GPS基本處于同一水準(zhǔn)[12-13]。

在變形監(jiān)測(cè)中，尤其對(duì)于滑坡、大壩等變形體的監(jiān)測(cè)，受觀測(cè)環(huán)境所限，測(cè)站往往遮擋嚴(yán)重，從而影響衛(wèi)星的幾何構(gòu)型，降低變形監(jiān)測(cè)的精度及可靠性。BDS由于其特殊的星座設(shè)計(jì)(5顆GEO衛(wèi)星以及5顆IGSO衛(wèi)星的存在)，即使在目前尚未完成全球構(gòu)網(wǎng)的情況下，在我國(guó)大部分區(qū)域其衛(wèi)星可見數(shù)也大于GPS等系統(tǒng)。隨著BDS衛(wèi)星的逐步入軌，這一優(yōu)勢(shì)會(huì)更加明顯。雖然BDS與GPS等類似，但其在信號(hào)結(jié)構(gòu)、衛(wèi)星分布、衛(wèi)星類型等方面還存在較大的不同[14]。同時(shí)，利用多種系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)也可以提高監(jiān)測(cè)結(jié)果的精度和可靠性。此外，針對(duì)BDS變形監(jiān)測(cè)應(yīng)用的研究也可以拓展我國(guó)北斗系統(tǒng)的應(yīng)用空間，驗(yàn)證北斗系統(tǒng)在高精度導(dǎo)航定位領(lǐng)域的可用性。因此，研究利用BDS及聯(lián)合其他系統(tǒng)進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)具有重要的科學(xué)和現(xiàn)實(shí)意義。

本文首先基于雙差模型研究了BDS高精度基線解算方法，并針對(duì)變形監(jiān)測(cè)特點(diǎn)，采用可靠的數(shù)據(jù)處理策略，研制開發(fā)了一套基于BDS的變形監(jiān)測(cè)軟件平臺(tái)。同時(shí)，本文基于配備了三維精度測(cè)試系統(tǒng)的變形監(jiān)測(cè)試驗(yàn)平臺(tái)，利用在中國(guó)中部某地區(qū)采集的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，從衛(wèi)星分布、解算結(jié)果的內(nèi)、外符合精度等多方面對(duì)北斗系統(tǒng)在變形監(jiān)測(cè)中的可用性進(jìn)行了探討分析，并與GPS解算結(jié)果進(jìn)行了比較。

1系統(tǒng)算法與實(shí)現(xiàn)

為探討利用現(xiàn)有北斗星座進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)的可行性，本文研制了變形監(jiān)測(cè)軟件，其數(shù)據(jù)處理流程如圖1所示。本軟件目標(biāo)為實(shí)現(xiàn)BDS變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)實(shí)時(shí)(采用時(shí)段解模式)、高精度處理，故軟件采用廣播星歷進(jìn)行解算。已有研究表明，在短基線條件下，廣播星歷誤差對(duì)基線解算結(jié)果的影響較小，可忽略不計(jì)[15]。軟件同時(shí)具有BDS-GPS聯(lián)合解算能力，但已有研究表明目前BDS與GPS高精度解算結(jié)果之間存在由于天線相位中心改正等原因引起的系統(tǒng)偏差[16]，因此本文僅針對(duì)BDS單模結(jié)果分析。

圖1　數(shù)據(jù)處理流程Fig.1　Data processing flow chart

軟件包含了從數(shù)據(jù)處理到結(jié)果輸出整個(gè)流程，主要包括數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、法方程形成與疊加、模糊度固定、時(shí)間序列結(jié)果分析等4部分。

(1) 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備主要包括兩方面，一是根據(jù)廣播星歷計(jì)算衛(wèi)星位置；二是將觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行周跳探測(cè)與標(biāo)記。周跳探測(cè)采用改進(jìn)的TurboEdit方法[17-18]，利用MW、LG組合觀測(cè)值以及LC觀測(cè)值的雙差殘差分別探測(cè)周跳。結(jié)果表明，上述周跳探測(cè)策略基本不受電離層活動(dòng)及觀測(cè)條件的影響，可以探測(cè)到1周的小周跳，從而大幅減小了殘差編輯的工作量，縮短了數(shù)據(jù)解算時(shí)間。為避免周跳錯(cuò)誤修復(fù)而引起的災(zāi)難性后果，本文對(duì)周跳采取只探測(cè)、標(biāo)記而不修復(fù)的策略，對(duì)所有周跳引入模糊度參數(shù)進(jìn)行估計(jì)。

(2) 形成雙差觀測(cè)方程，進(jìn)行法方程疊加，并將模糊度映射為雙差模糊度[19]。雙差觀測(cè)值選取采用參考站-參考星以及全局搜索相結(jié)合的方法。若某歷元觀測(cè)存在參考站或參考星，則采用參考站-參考星法，否則采用全局搜索法，在當(dāng)前歷元所有觀測(cè)值中最大限度地搜索函數(shù)獨(dú)立的雙差觀測(cè)值?？紤]到BDS星座的特殊性，在選擇參考星時(shí)首選GEO衛(wèi)星，若由于環(huán)境遮擋任何一顆GEO衛(wèi)星均不為參考星，則依次選擇IGSO、MEO衛(wèi)星為參考星。根據(jù)基線長(zhǎng)度，解算時(shí)既可采用單頻觀測(cè)值，也可利用雙頻觀測(cè)值形成無(wú)電離層組合以消除電離層誤差的一階影響。形成法方程時(shí)需考慮的誤差主要有對(duì)流層改正、地球自轉(zhuǎn)改正、天線相位中心改正[20]、潮汐負(fù)載改正等，其他誤差認(rèn)為在雙差過(guò)程中得到消除。對(duì)流層改正采用Saastamoinen模型，剩余對(duì)流層影響采用分段線性模型估計(jì)。BDS衛(wèi)星天線相位中心采用MGEX(multi-GNSS experiment)公布的模型，接收機(jī)天線相位中心改正模型未知，在系統(tǒng)中以0代替。求解法方程后得到浮點(diǎn)解，此時(shí)需進(jìn)行殘差編輯，對(duì)可能存在的周跳和壞值進(jìn)行標(biāo)記，然后重新形成法方程，直到殘差編輯沒(méi)有周跳或壞值為止。

(3) 模糊度固定采用決策函數(shù)和序貫?zāi)：裙潭ㄏ嘟Y(jié)合的方法進(jìn)行[19]。首先計(jì)算每個(gè)模糊度可以被固定的概率，并固定對(duì)應(yīng)最大概率的模糊度，再更新法方程，重復(fù)上述程序，直到模糊度全部被固定或沒(méi)有模糊度可以被固定。結(jié)果表明，在變形監(jiān)測(cè)應(yīng)用中，由于基線一般較短，采用此模糊度固定策略基本可將所有的北斗雙差模糊度固定。將上述過(guò)程得到的整數(shù)模糊度回代法方程解算得到模糊度固定解。

(4) 時(shí)間序列分析在頻域與時(shí)域進(jìn)行。頻域分析主要研究原始變形信號(hào)中各地球物理效應(yīng)及GNSS技術(shù)類誤差的影響，通過(guò)設(shè)計(jì)濾波器從原始結(jié)果中提取真正的變形信息。時(shí)域分析通過(guò)對(duì)變形時(shí)間序列進(jìn)行ARIMA建模以分析變形的內(nèi)在聯(lián)系，預(yù)測(cè)變形的發(fā)展情況。

2數(shù)據(jù)分析

2.1數(shù)據(jù)采集

為了分析利用北斗系統(tǒng)進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)的精度和可靠性，本文搭建了模擬變形平臺(tái)，利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)從內(nèi)、外符合精度等多個(gè)角度出發(fā)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了討論。試驗(yàn)采用的儀器為Trimble NetR9型接收機(jī)，天線型號(hào)為TRM29659.00。此類型接收機(jī)可同時(shí)接收GPS以及BDS信號(hào)，滿足系統(tǒng)間的兼容與互操作要求。

本次試驗(yàn)共布設(shè)3個(gè)測(cè)站(JZ01、JC01、JC02)，位于中國(guó)中部某城市。所有測(cè)站均為土層觀測(cè)墩，高出地面3 m。其中JZ01站基座深8 m，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，JC01、JC02站基座深3 m，為鋼結(jié)構(gòu)。各測(cè)站視野開闊，10°高度角以上基本不存在遮擋物。測(cè)站間基線長(zhǎng)度如表1所示。3個(gè)測(cè)站均配置有強(qiáng)制對(duì)中標(biāo)志。另外JC01站裝有高程精度測(cè)試系統(tǒng)，JC02站裝有水平精度測(cè)試系統(tǒng)。兩套系統(tǒng)均可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)螺栓使接收天線在水平或垂直方向上精確移動(dòng)。

表1　測(cè)站間基線長(zhǎng)度

本次試驗(yàn)采集了從2014年8月7日至8月10日(年積日219—222)共4 d的數(shù)據(jù)。采樣間隔30 s，截止高度角10°。數(shù)據(jù)采集過(guò)程中試驗(yàn)平臺(tái)的位移量如表2所示。其中JC01、JC02站分別在垂直、水平方向(NS方向)上移動(dòng)。在此過(guò)程中JZ01站保持不動(dòng)。

表2試驗(yàn)平臺(tái)位移量

Tab.2Displacements of experimental platformmm

DOYNEU219000220101221202222303

2.2數(shù)據(jù)質(zhì)量

與GPS相比，BDS具有自己的獨(dú)特性，其包含5顆地球靜止軌道衛(wèi)星(GEO)和5顆傾斜地球同步軌道衛(wèi)星(IGSO)。地球靜止軌道衛(wèi)星與測(cè)站相對(duì)靜止，而傾斜地球同步軌道衛(wèi)星與測(cè)站的相對(duì)位置變化也與GPS衛(wèi)星等不同，因此有必要對(duì)各測(cè)站能觀測(cè)到的北斗衛(wèi)星數(shù)及其GDOP值進(jìn)行分析。

試驗(yàn)中3個(gè)測(cè)站相距較近，能觀測(cè)到的衛(wèi)星數(shù)也十分相似，故此處以JZ01站為例分析能觀測(cè)到的北斗衛(wèi)星數(shù)。分析中選用JZ01站219日GPS時(shí)4~24時(shí)的觀測(cè)數(shù)據(jù)。結(jié)果如圖2所示，橫坐標(biāo)是以歷元形式表示的觀測(cè)時(shí)間，共2400歷元的觀測(cè)數(shù)據(jù)。由圖2可知，JZ01站在分析時(shí)段內(nèi)最少可觀測(cè)到7顆北斗衛(wèi)星，最多12顆，其數(shù)量均多于GPS(最少6顆，最多11顆)。這主要是由北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)特殊的星座設(shè)計(jì)引起的。隨著BDS星座的逐步完善，其在亞太地區(qū)衛(wèi)星可見性方面的優(yōu)勢(shì)會(huì)更加明顯。

圖2　JZ01站衛(wèi)星可見性Fig.2　Satellite visibility for site JZ01

幾何精度因子是衡量定位精度的重要系數(shù)，代表GNSS測(cè)距誤差造成的接收機(jī)與衛(wèi)星間的距離矢量放大因子。圖3為JZ01站BDS與GPS在分析時(shí)段內(nèi)的GDOP值序列。結(jié)合圖2可看出，與GPS相比，雖然BDS在衛(wèi)星可見數(shù)方面略占優(yōu)勢(shì)，但其GDOP值的平均值在觀測(cè)時(shí)段內(nèi)大于GPS。與BDS相比，GPS的GDOP值變化更頻繁。GDOP值序列的斷續(xù)表示系統(tǒng)可見星數(shù)的變化，由此引入更多的模糊度參數(shù)需要解算，增加數(shù)據(jù)處理負(fù)擔(dān)。

圖3　JZ01站BDS與GPS GDOP值對(duì)比Fig.3　Comparison of GDOP at site JZ01 for GPS and BDS respectively

2.3定位精度

本文主要從基線解算中誤差、基線各分量重復(fù)性以及變形監(jiān)測(cè)試驗(yàn)系統(tǒng)調(diào)整前后基線分量較差等方面來(lái)分析和討論BDS基線解算精度。為了對(duì)比分析，本文將GPS解算的結(jié)果作為參考值。GPS數(shù)據(jù)的解算利用DDMS[4]軟件進(jìn)行。解算時(shí)段長(zhǎng)度為4 h。由于每天9時(shí)(北京時(shí)間)左右調(diào)整變形監(jiān)測(cè)試驗(yàn)系統(tǒng)的位移量，因此舍棄第一個(gè)時(shí)段(8~12時(shí))的數(shù)據(jù)，每天只統(tǒng)計(jì)5個(gè)時(shí)段的結(jié)果。下述對(duì)基線解算中誤差、重復(fù)性的討論均基于年積日219日，基線(JZ01-JC02)的結(jié)果進(jìn)行。

GPS與BDS每個(gè)測(cè)段的基線分量中誤差如圖4所示，其中橫坐標(biāo)表示不同系統(tǒng)(BDS與GPS)、不同時(shí)段(1~5時(shí)段)所對(duì)應(yīng)的解算結(jié)果。由圖4可看出，在本試驗(yàn)的基線長(zhǎng)度和觀測(cè)環(huán)境條件下，BDS的基線水平分量精度0.7 mm左右，高程分量精度1.5 mm左右，略低于GPS的結(jié)果精度。與GPS類似，利用BDS解算得到的高程分量精度約是水平分量的一半。同時(shí)需要注意的是，BDS的N方向精度明顯低于E方向，這與文獻(xiàn)[21]的結(jié)論一致，這可能主要是由BDS的星座結(jié)構(gòu)引起的。

圖4　基線分量中誤差Fig.4　Standard deviations of baseline components

Tab.3Repeatability of baseline components derived from GPS and BDS

系統(tǒng)N分量E分量U分量L分量GPS0.20.21.00.1BDS0.90.41.40.9

表3為利用5個(gè)測(cè)段的結(jié)果統(tǒng)計(jì)得到的各系統(tǒng)對(duì)應(yīng)基線分量的重復(fù)性。由表3可得到與圖4類似的結(jié)果，即BDS的E方向精度最高，N方向次之，高程分量精度最低，約為水平分量的一半。

表4為各系統(tǒng)所對(duì)應(yīng)的平臺(tái)實(shí)際調(diào)整量與解算結(jié)果的較差統(tǒng)計(jì)。由表4中較差平均值可看出，解算結(jié)果存在明顯的系統(tǒng)誤差。通過(guò)對(duì)不同系統(tǒng)、不同調(diào)整量所對(duì)應(yīng)的較差平均值取平均后可得此系統(tǒng)誤差約為水平方向0.7 mm，高程方向0.5 mm。后用測(cè)微器(可精確至0.01 mm)的量測(cè)結(jié)果證實(shí)了上述系統(tǒng)誤差的存在，且兩種手段所得系統(tǒng)誤差值具有較好的一致性。推斷此系統(tǒng)誤差由試驗(yàn)平臺(tái)自帶的刻度誤差引入，是由于試驗(yàn)平臺(tái)的制造工藝產(chǎn)生的。因此下述對(duì)基線分量較差的分析均是根據(jù)去除系統(tǒng)誤差后的結(jié)果進(jìn)行的。

表4　平臺(tái)實(shí)際調(diào)整量與解算結(jié)果較差統(tǒng)計(jì)

圖5為試驗(yàn)平臺(tái)調(diào)整前后各測(cè)段基線分量較差。由圖5可以看出，對(duì)于3 mm的變形，無(wú)論此變形發(fā)生在水平方向或高程方向，基于目前星座的BDS均可輕易識(shí)別。當(dāng)此變形為2 mm時(shí)，水平方向仍可輕易識(shí)別，但高程方向的較差已不十分明顯。進(jìn)一步，當(dāng)變形量為1 mm時(shí)，水平方向仍可以分離出此變形，但高程方向的基線分量較差表現(xiàn)出較大的隨機(jī)性，已不足以提供明確的變形信息。因此，結(jié)合本文上述對(duì)基線分量估值中誤差以及重復(fù)性的討論，認(rèn)為基于目前的BDS以及本文所實(shí)現(xiàn)的變形監(jiān)測(cè)軟件平臺(tái)可達(dá)到水平1 mm，高程2 mm左右的監(jiān)測(cè)精度。同時(shí)由圖5也可以看出，目前的BDS解算精度略低于GPS。結(jié)合本文前述對(duì)BDS數(shù)據(jù)質(zhì)量的分析，認(rèn)為其由試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)BDS較大的GDOP值引起。雖然試驗(yàn)中BDS的可見星數(shù)等與GPS基本相當(dāng)，但不完善的星座結(jié)構(gòu)導(dǎo)致BDS較大的GDOP值，從而造成BDS的解算精度略低于GPS。但可以預(yù)測(cè)，隨著北斗系統(tǒng)星座的逐步構(gòu)建，這一差距會(huì)逐漸縮小，最終接近甚至在某些區(qū)域超過(guò)GPS精度。

3結(jié)論

本文主要分析了基于目前的北斗星座進(jìn)行高精度變形監(jiān)測(cè)的可行性。通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析與討論，得到如下結(jié)論：①在試驗(yàn)區(qū)域(中國(guó)中部某城市)，目前BDS衛(wèi)星可見數(shù)略大于GPS。但由于BDS星座的特殊設(shè)計(jì)，其對(duì)應(yīng)的GDOP值略差于GPS；②通過(guò)分析變形監(jiān)測(cè)試驗(yàn)平臺(tái)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，認(rèn)為目前BDS在短基線條件下能夠達(dá)到平面1 mm以內(nèi)，高程2 mm以內(nèi)的精度水平，可滿足大部分變形監(jiān)測(cè)工程的需要?？傊壳暗谋倍沸l(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)能夠滿足高精度變形監(jiān)測(cè)工程的需求，可以在生產(chǎn)實(shí)踐中推廣應(yīng)用。

注：上、中、下圖分別對(duì)應(yīng)年積日220、221、222日的結(jié)果，虛線表示平臺(tái)實(shí)際位移值。圖5　試驗(yàn)平臺(tái)調(diào)整前后各測(cè)段基線分量較差Fig.5　Difference of baseline components before and after adjusting the experimental platform

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(責(zé)任編輯：宋啟凡)

修回日期： 2015-07-08

First author： XIAO Yugang (1984—), male, PhD candidate, majors in positioning and orbit determination algorithm for GNSS with high precision.

E-mail： ygxiao@whu.edu.cn

Corresponding author： JIANG Weiping

E-mail： wpjiang@whu.edu.cn

Research and Realization of Deformation Monitoring Algorithm with Millimeter Level Precision Based on BeiDou Navigation Satellite System

XIAO Yugang1，JIANG Weiping2，CHEN Hua1，YUAN Peng2，XI Ruijie1

1. School of Geodesy and Geomatics，Wuhan University，Wuhan 430079，China； 2. Research Center of GNSS，Wuhan University，Wuhan 430079，China

Abstract：The deformation monitoring algorithm with millimeter level precision based on BeiDou Navigation Satellite System (BDS) was researched. The TurboEdit method was improved to detect small cycle slips, e.g. 1 cycle. Focusing on BDS constellation, a more efficient algorithm used to construct double-differenced observations was developed. The Bootstrap+Decision function method was utilized to improve the probability of biases fixing. Based on the improved algorithm above, a deformation monitoring software based on BDS was achieved. Afterwards, the availability of BDS in the field of deformation monitoring was analyzed in terms of satellites distribution and precision and accuracy of solutions, utilizing the observations acquired from the experimental platform. The conclusion was drawn that currently BDS is similar to GPS in terms of satellites distribution in the test area. The precision of short baselines derived from BDS is better than 1 mm for the horizontal components, better than 2 mm for the vertical components, which is still a little lower than GPS.

Key words：BeiDou Navigation Satellite System; deformation monitoring; software achievement; precision analysis

通信作者：姜衛(wèi)平

作者簡(jiǎn)介：第一 肖玉鋼(1984—)，男，博士生，研究方向?yàn)镚NSS高精度定位定軌算法。

收稿日期：2014-12-08

基金項(xiàng)目：國(guó)家863計(jì)劃(2012AA12A209)；國(guó)家自然科學(xué)基金(41374033)

中圖分類號(hào)：P228

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-1595(2016)01-0016-06

引文格式：肖玉鋼，姜衛(wèi)平，陳華，等.北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的毫米級(jí)精度變形監(jiān)測(cè)算法與實(shí)現(xiàn)[J].測(cè)繪學(xué)報(bào)，2016,45(1)：16-21.DOI:10.11947/j.AGCS.2016.20140649.

XIAO Yugang，JIANG Weiping，CHEN Hua，et al.Research and Realization of Deformation Monitoring Algorithm with Millimeter Level Precision Based on BeiDou Navigation Satellite System[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica,2016,45(1):16-21.DOI:10.11947/j.AGCS.2016.20140649.