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附加先验声速结构约束的GNSS-A观测反演声速剖面

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武汉大学学报(信息科学版) 2024年

作者：李保金薛树强肖圳朱冀星中国测绘科学研究院地理信息工程国家重点实验室

实施现场声速剖面测量不仅会增加海底大地测量观测的成本，也会制约各类海底大地测量监测的时效性。基于观测信息反演声速剖面是实现免现场声速剖面测量的有效途径。本文利用日本公开的GNSS-A观测数据集，比较分析了三种不同约束方案对M... 详细信息

实施现场声速剖面测量不仅会增加海底大地测量观测的成本，也会制约各类海底大地测量监测的时效性。基于观测信息反演声速剖面是实现免现场声速剖面测量的有效途径。本文利用日本公开的GNSS-A观测数据集，比较分析了三种不同约束方案对Munk模型、双线性模型和自构经验模型反演声速剖面精度及实施海底大地测量定位精度的影响。实验结果显示，自构经验模型通常具有相对更高的反演精度，与现场实测声速剖面互差的RMS在10-1000 m的浅海约5 m/s，在1000-1727.80 m的深海约1 m/s。海面适当约束且海底梯度松约束时全水深反演精度相对最高。在声线跟踪定位模型中参数化估计声速时空变化补偿参数时，海面适当约束下的自构经验模型反演声速剖面具有相对最高的定位精度，与现场声速剖面定位结果互差的RMS在E、N和U方向分别为2 mm、2 mm和2.2 cm。结果表明，反演声速剖面若要实现高精度定位必须在定位模型中考虑声速时空变化影响。建议采用海面适当约束且海底梯度松约束下的自构经验模型及两级优化方法实现免现场声速剖面测量的海底大地测量定位。

关键词：海底大地测量 GNSS-A 声速剖面函数反演精密定位

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附加速度与基线长约束的海上基线网平差

导航定位学报 2024年第2期12卷 62-69页

作者：李忱汉甄杰薛树强杨文东张华宇中国测绘科学研究院北京100830 辽宁工程技术大学辽宁阜新123032

为削弱全球卫星导航系统(GNSS)测量误差对海底控制点测量的影响,对GNSS基线解算后的数据进行后处理,并根据海上作业环境提出一种基于速度和基线长等先验信息的约束卡尔曼滤波(KF)方法:充分利用海上多天线的观测模式,将接收机间的速度与... 详细信息

为削弱全球卫星导航系统(GNSS)测量误差对海底控制点测量的影响,对GNSS基线解算后的数据进行后处理,并根据海上作业环境提出一种基于速度和基线长等先验信息的约束卡尔曼滤波(KF)方法:充分利用海上多天线的观测模式,将接收机间的速度与距离关系作为约束引入到模型当中,以提高状态估计的精度;然后对GNSS差分定位中基线解算之后的数据进行网平差;最后与最小二乘法和传统卡尔曼滤波进行比较。实验结果证明,与前2种方法相比,提出方法的观测噪声平滑能力更为突出,所选3条基线的基线长偏差的标准差和均方根较RTKLIB软件动态基线解算后的数据分别下降了27%、48%和67%以上;由于水声换能器的三维坐标由GNSS天线坐标转化而来,所以网平差后的GNSS坐标能够提供更加精确的水声换能器坐标,进而提高海底控制点的量测精度。

关键词：海底控制点全球卫星导航系统(GNSS)测量误差速度约束基线长约束卡尔曼滤波

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邻近海底基准站坐标时序联合处理模型

测绘学报 2023年第11期52卷 1835-1843页

作者：孙悦薛树强韩保民肖圳山东理工大学建筑工程与空间信息学院山东淄博255049 中国测绘科学研究院北京100036

海底基准站复测观测可用于海底构造和海底地震等灾害研究。然而,受观测条件和供电等因素影响,难以实现长时间不间断观测。为解决时间序列观测中新旧海底基准站替换位移补偿和站点偏移量计算问题,可采用中心点法求取相对于海底基准站网... 详细信息

海底基准站复测观测可用于海底构造和海底地震等灾害研究。然而,受观测条件和供电等因素影响,难以实现长时间不间断观测。为解决时间序列观测中新旧海底基准站替换位移补偿和站点偏移量计算问题,可采用中心点法求取相对于海底基准站网的虚拟中心点坐标的位移量,进而构造海底基准坐标时序,以监测海底构造运动。针对相同的问题,本文借鉴地球参考框架维持方式,直接利用可能存在间断的海底基准站网时序观测数据,提出了基于参考协议历元的海底基准坐标时序多站联合处理模型,即在一个区域基准站网内,各站点坐标作为局部参数,而站速度作为公共参数。本文方法适合于海底参考框架的建立与动态维持,利于对区域网内各站点坐标时序实施精细质量控制。结果表明,本文方法可以代替中心点法,且抗差估计结果更为可靠,与中心点法确定的海底基准站年速度估计之间的差值平均为3 mm/a,可为国家海底空间基准维持提供一种途径。

关键词：海底大地测量地壳运动站速度抗差估计灾害监测

全球导航卫星系统-声呐组合观测模型分类体系

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哈尔滨工程大学学报 2023年第11期44卷 1857-1868页

作者：薛树强杨元喜肖圳赵爽李保金中国测绘科学研究院大地测量与导航定位研究所北京100830 西安测绘研究所地理信息工程国家重点实验室陕西西安710054

本文回顾了海底大地测量全球导航卫星系统-声呐观测模型近二十年来的发展,以声速误差处理为主线给出了全球导航卫星系统-声呐观测模型的分类体系,按函数模型、随机模型和约束条件进行了归纳,探讨了未来发展方向。研究表明:测距定位模型... 详细信息

本文回顾了海底大地测量全球导航卫星系统-声呐观测模型近二十年来的发展,以声速误差处理为主线给出了全球导航卫星系统-声呐观测模型的分类体系,按函数模型、随机模型和约束条件进行了归纳,探讨了未来发展方向。研究表明:测距定位模型无需现场声速剖面测量,但需解决声速垂向梯度影响的有效参数化估计或改正问题;海底大地测量更为关注声速时空变化对观测值影响,为此推荐采用声速场误差加性补偿模型及其导出的声速场参数间接估计模型;海底局域网阵列存在类似共模环境误差,具有提升海洋环境参数估计及海底定位精度的能力。

关键词：海底大地测量全球导航卫星系统声呐水下定位参考声速声速误差补偿模型声速场反演天顶延迟参数估计

参考声速剖面误差对主动式声呐定位影响仿真分析

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地球物理学报 2023年第12期66卷 4889-4899页

作者：肖圳薛树强韩保民李保金孙悦山东理工大学建筑工程与空间信息学院山东淄博255049 中国测绘科学研究院北京100830

参考声速剖面误差是制约水下定位精度最棘手的误差源.目前国际上主要存在声速剖面校正和传播时间校正这两类主动式声呐定位方法.本文提出了主动式声呐观测的信号传播时间追赶仿真算法,构建了带周期函数的经验正交函数声速场建模方法,实... 详细信息

参考声速剖面误差是制约水下定位精度最棘手的误差源.目前国际上主要存在声速剖面校正和传播时间校正这两类主动式声呐定位方法.本文提出了主动式声呐观测的信号传播时间追赶仿真算法,构建了带周期函数的经验正交函数声速场建模方法,实现了主动式声呐观测及水下定位海洋误差仿真,开展了声速剖面校正法和传播时间校正法两类定位模型对比分析.结果表明,虽然两种方法都具备良好的声速误差补偿效果,但两者仍存在毫米级差异;此外,海面测线构型优化有助于削弱参考声速误差影响.

关键词：海底控制网水下定位声速场反演声速误差主动式定位

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声速剖面测量误差对水下定位的影响

哈尔滨工程大学学报 2023年第11期44卷 2062-2070页

作者：李景森薛树强徐莹李保金卞加超中国测绘科学研究院大地测量与导航定位研究所北京100830 山东科技大学测绘与空间信息学院山东青岛266510

声速误差是全球导航卫星系统/声学定位的主要误差。受海洋环境的复杂时空变化和声速测量多来源误差影响,声速剖面必然含有测量误差,从而影响水下定位结果的精确性。在仅考虑声速垂向分层假设的前提下,本文对声速剖面观测中不可避免的系... 详细信息

声速误差是全球导航卫星系统/声学定位的主要误差。受海洋环境的复杂时空变化和声速测量多来源误差影响,声速剖面必然含有测量误差,从而影响水下定位结果的精确性。在仅考虑声速垂向分层假设的前提下,本文对声速剖面观测中不可避免的系统误差和随机误差对海底应答器定位的影响进行了研究。结论如下:当海面航迹关于海底应答器成轴对称时,声速误差主要反映在垂直方向以及其中一个水平方向;当海面航迹关于海底应答器成中心对称时,声速误差主要反映在垂直方向,且水平方向的精度几乎不受声速误差的影响;声速剖面无论是含系统误差,还是随机误差,其对定位结果的影响都是系统性,对海底应答器定位结果的影响规律也是相同的,且均可由顾及声速剖面时空代表性误差的海底精密定位模型予以削弱。

关键词：声速误差声线跟踪时空变化全球导航卫星系统/声学水下高精度定位海底大地测量蒙特卡罗海底控制点

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反距离加权插值函数性质及最优插值条件

测绘科学 2022年第10期47卷 1-7,65页

作者：薛树强杨文龙李保金中国测绘科学研究院北京100036

针对反距离加权插值存在的“牛眼”问题,该文研究了反距离加权插值函数的微分性质及适用条件,给出了反距离加权插值的已知点最佳分布条件。反距离加权插值要求空间函数无趋势性信号,而对称设计和均匀设计是抵偿系统误差、提高反距离加... 详细信息

针对反距离加权插值存在的“牛眼”问题,该文研究了反距离加权插值函数的微分性质及适用条件,给出了反距离加权插值的已知点最佳分布条件。反距离加权插值要求空间函数无趋势性信号,而对称设计和均匀设计是抵偿系统误差、提高反距离加权插值精度的重要途径。该文利用反距离加权插值方法对5 m分辨率数字高程模型(DEM)和海洋温度进行插值,结果表明,基于最佳控制点构型条件可提高插值精度,在保证插值控制点构型对称的前提下,选取尽量小的窗口进行插值,能获得较高的插值精度。

关键词：空间推估反距离加权泰勒级数最佳构型 DEM插值

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海洋内波对海底精密定位的影响

哈尔滨工程大学学报 2023年第11期44卷 2054-2061页

作者：王凯明薛树强韩保民肖圳周杰李保金中国测绘科学研究院北京100830 山东理工大学建筑工程与空间信息学院山东淄博255049 山东科技大学测绘与空间信息学院山东青岛266510

全球导航卫星系统-声呐组合观测技术通常基于具有固定结构的声速剖面实施;由于海洋密度分层导致的内波会导致海洋声速场时空变化。本文探讨了海洋声速误差对水下定位的影响,仿真不同内波影响条件下的四维时空声速场变化,在此基础上,分... 详细信息

全球导航卫星系统-声呐组合观测技术通常基于具有固定结构的声速剖面实施;由于海洋密度分层导致的内波会导致海洋声速场时空变化。本文探讨了海洋声速误差对水下定位的影响,仿真不同内波影响条件下的四维时空声速场变化,在此基础上,分别研究了具有固定声速结构的静态声速剖面时,海洋内波对水下定位的影响和采用估计海洋声速梯度的水下定位模型时,海洋内波引起的海洋声速时空变化参数估计问题,验证了该模型可以提取海洋内波影响。研究表明:海底定位精度与内波的振幅、频率、波长等紧密有关,且定位误差主要来源于大尺度低频内波,而小尺度、高频内波更多表现为随机误差从而影响观测精度;而水平梯度刻画极为复杂,单船载观测难以实现,需要进行多载体联合观测。

关键词：全球导航卫星系统-声呐组合观测技术内波声速场水下定位定位模型参数估计定位误差水平梯度

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最小二乘估值均方差计算的矩阵体积法

武汉大学学报（信息科学版） 2009年第9期34卷 1106-1109页

作者：薛树强党亚民陈武中国测绘科学研究院北京市100039 香港理工大学土地测量与地理资讯学系香港九龙红磡山东科技大学测绘科学与工程学院青岛市266510

研究了最小二乘估值均方差计算的矩阵体积法,该方法无需计算最小二乘估值,其数值计算的稳定性较好,可在最小二乘解算前对系统的观测结构、函数模型的准确性和观测数据质量进行评价。

关键词：最小二乘平差均方差数值稳定性矩阵体积马氏体积