单历元解算GPS变形监测信息的方法研究

算法，是采用单历元解算基线向量以获取变形信息的方法。的方法，对不同的变形特征（平面变形为主或高程变形为主）采用了不同的约束条件，因此当平面位置和高程方向均存在变形时，这种方法的效果可能不理想。本文不采用基线模型，而是根据监测网与卫星的空间关系，利用载波相位观测值建立直接解算变形信息的数学模型。

在建立数据处理模型时，笔者认为，为获得可靠的变形分析基准，保证变形监测精度，篼精度GPS监测网应满足三个条件：一、基准点都建立在地质条件好、稳定、易于长期保存的地方；二、基准点与监测点距离一般为lkm左右；三、在对监测网进行首期观测时，*好与邻近的国家GPS点联测；一般还需要采用精密基线解算软件（如Gamit软件）来处理基线向量。这些条件在建模过程中将要考虑。

本文以一个基准点和一个监测点为例，首先建立单历元解算变形量的基本数学模型，并对其主要误差来源进行了定性分析；然后给出利用该模型获取变形信息的基本算法；*后，利用试验数据对模型进行检验。

2单历元解算变形信息的数学模型2.1基本原理在建立首期GPS监测网时，已获得基淮点（九）不动，监测点（九）发生了变形。设外点变形在历元t，基准点九和变形后的监测点九（设站时仍在九点上）对第i颗卫星的载波观测值，进行了各项改正后可分别表示为国土资源部科技基金协助项目（20001020304）以上两各符号的意义相同，A为载波波长，f为载波观测值，N为初始整周未知数，c为光速，（*）为接收机钟差改正数，（0为卫星钟差改正数，为电离层折射改正，4~为对流层折射改正，Aw，为多路径效应改正，为其它改正项，如相位中心改正、相对论效应改正、地球自转改正等。

当用一定的方法计算各种改正数，或消除有关影响后，则。

为公式简洁起见，略去，剔除不健康的卫星。对健康卫星按其编号建立卫星运行状态拟合参数文件，以便于根据观测历元计算卫星的位置。

第二步：按历元生成两测站间共视卫星列表文件。该文件的主要内容有接收机钟钟差、卫星钟钟差、卫星坐标、共视卫星编号（卫星排在前面）、必要的观测值数据。并对不合格的历元加以标识。

外“数项。当i历元对s颗卫星进行了同步观测时，则可组成形如在南北方向和东西方向的读数C高程方向不变），以确定4号监测点的变形量真值。第2时段第5时段4号监测点的变形量真值，相对于**时段而言，列于表1中。其它4台仪器（基准点）保持不动，因而变形量真值为。基准点间的基线长度在lm以内；基准点与监测点间的平均基线长度约为275m.在对**时段的观测值进行处理时，利用了与武汉跟踪站联测的观测值及跟踪站的坐标，以获得基准点与监测点的精确WGS-84坐标和基线向量。

表14号模拟变形炻（mm）时段号南北方向（dN）东西方向（dE）天顶方向（dUp）为验证模型的正确性，以第1个时段的结果为基础，利用第2时段第5时段的观测值分别进行计算。计算时，采用本文提出的模型利用LI、L2载波相位观测值按单历元计算变形量，*后取各历元变形量的均值为该时段长度的*后结果列人表2中。为检验当监测点不存在变形时该模型的正确性，表中还列出了2、3、5号基准点相对于1号基准点之间的位置变化。

根据监测点上的实际变形值与计算值之差（真误差），表3中列出了由这四个时段计算得的4号监测点的变形量的中误差（仅供），其*后一列2002.4/全球定位系统25中误差。

由于试验时，基准点在仪器墩上是固定不动的，因此从理论上来说其间的相对变形量应为零。从表2中可以看出，计算结果与实际情况吻合很好。由于基准点间相距较近，则由不同基准点计算得的监测点的变形量应基本相同。实际上由表2可知，在同一时段、采用同一载波时，由不同基准点计算得的监测点变形量相差一般不超过1.0mm.从表2和表3可以看出，利用L1载波和L2载波获得的变形量有一定的差别；但从表3的*后一列“所有时段”来看，这种差别并不显著。从获得的变形信息的精度上来看，平面位置精度均优于3mm.虽然本次试验中高程位置没有变化，考虑到GPS高程精度低于平面位置精度，预计篼程精度优于4mm6mm.这种精度能满足篼精度GPS监测的要求。

表2计算的平均变形量（mm）基准点监测点栽波第2时段第3时段第4时段第5时段表3监测量点变形量中误差（mm）栽波第2时段第3时段第4时段第5时段所有时段5总结本文建立的单历元解算GPS监测点变形信息的数学模型，由于直接利用单历元观测值计算，因此不涉及周跳的探测与修复；由于利用首期监测网的高精度基线向量为解算双差整周未知数的约束条件，因此避开了涉及解算双差整周未知数的许多棘手问题。因而与常规变形监测相比，该模型具有较大的优点，无疑会对GPS测量的理论和实践产生积极的影响，并有显著的经济效益和社会效益。

从对试验数据的计算结果来看，本文所构造的利用载波相位观测值获取变形量的数学模型是正确的。在获取变形信息时，可采用双频或单频接收机，这有利于降低监测成本。

本文建立的获取GPS点变形值的数学模型，由于采用了单历元解法，因此要保证提取的变形值的正确性，则必须对观测数据的质量进行实时监控，如卫星的状态，观测值中粗差的处理，接收机钟钟差的估算等，这些将在另文中讨论。