《似单差法的理论与方法》专著简介

GPS变形监测数据处理自动化

《似单差法的理论与方法》专著简介

在我们生活的地球上，存在大量的自然和人为的变形体，这些在平时看来相对稳定的建构物，往往隐含着潜在的危险，在一定条件下会导致灾害性事件的发生，给人民的生命财产造成不可估量的损失。为了安全需要，必须对这些局部变形进行监测。这是本书的主要研究对象。

本书建立了GPS监测信息单历元解算的似单差数据处理模型及相应的算法。根据伪距测量和载波相位测量的基本观测方程，在分析高精度GPS变形监测特点的基础上，通过卫星、基准点和监测点间的空间关系，以载波相位观测值为基本观测量，以基准点和监测点间的精确基线向量为条件，建立了单历元直接解算监测点变形信息的新的数学模型及相应的计算方法。这种模型称为似单差模型，相应的数据处理方法称为似单差法。与其它方法相比，该方法的主要特点是，利用首期观测的基线向量为约束条件，从而使双差整周未知数的解算变得很容易；采用单历元算法，从而避免了周跳的探测与修复这一棘手问题；解算模型中的未知数个数恒为4个，与卫星数无关，因此，当观测条件较差、同步观测卫星数少于4颗时（其它方法要求至少有4颗同步卫星），不会影响到该方法的实用性。

本书共七章，第一章重点介绍了GPS技术在变形监测领域中的应用及数据处理的方法和现状，提出单历元直接解算变形信息的基本思路及本文要研究的主要内容。第二章～第四章为本书的主要部分之一，重点讨论单历元直接解算变形信息的似单差方法。第二章根据GPS定位的基本原理和高精度GPS变形监测的特点，建立了单历元直接解算变形信息的似单差模型及其相应的算法，定性分析了模型的主要误差来源，利用实测数据对模型的正确性进行了初步检核。第三章主要讨论削弱各种误差的方法和措施，重点分析了大气延迟误差、接收机钟差和天线相位中心偏差和模型近似替代误差的改正方法，并利用计算结果对改正方法的正确性进行验证。第四章主要讨论采用似单差法进行变形监测的监测方案，如对起算数据的精度要求、对变形量的要求、对同步观测卫星数的要求、对采样率的要求等，为似单差法用于变形监测提供参考标准。第五章～第六章主要介绍周期性重复监测网的数据处理问题。第五章主要介绍周期性重复监测网的质量评价，采用静态数据处理方法时观测粗差和基准点位移的抗差估计方法。第六章主要介绍Kalman滤波理论在变形监测数据处理中的应用，建立了周期性重复监测网的标准Kalman滤波模型，为克服观测粗差对滤波成果的影响建立了抗差Kalman滤波模型。对于采用似单差法解算的监测点的变形量序列，建立了Kalman滤波平滑算法，改善了变形信息序列的可靠性和稳定性。第七章介绍了GMDPS（监测）网数据处理软件包的功能特点，重点介绍了其中的两个核心软件：“GPS单历元直接解算变形信息软件”和“GPS（监测）网数据处理软件”。该软件包既吸收了较为常用的数据处理方法，又具有本书中提出的新算法、新模型等特点；既可应用于生产，又可用于科研。

本书由安徽理工大学余学祥、武汉大学徐绍铨、安徽理工大学吕伟才共同完成。第二章、第三章、第六章的第三节和第四节、第七章由余学祥执笔，第一章和第四章由徐绍铨执笔，第五章和第六章的第一节和第二节由吕伟才执笔。

本书的出版得到国土资源部“直接提取变形量的高精度快速GPS解算软件的研制”（编号：20001020304）和“GPS（监测）网综合数据处理软件包的研制” (编号：国地防灾[2003]031709) 科研项目的支持。

本书虽然在20年前（2004年）出版，但其相关的理论方法体系仍然适应于BDS/GNSS现状的变形监测信息快速获取，可为从事变形监测自动化的理论研究和应用研究的科研人员、研究生和工程技术人员提供参考。