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近年来,随着煤炭资源的不断开发利用,在保障能源供给充足的同时,也对自然资源产生了一定的破坏,引起了地面沉降等多种地质灾害的发生,为矿区人民的生产生活带来了较大的影响。为了保护和改善矿山地质环境,防治矿山地质灾害,需要利用新的技术方法研究适用于矿区的监测、预警技术和方法。随着全球卫星导航系统(GNSS)逐步进入多系统并存的时代,特别是中国北斗卫星导航系统(BDS)逐步建成运行,多频率多系统的出现为矿区变形监测提供了不同的技术解决方案,多频率多系统的开发应用有利于提高定位结果的精度和提升导航定位的可靠性。同时,卫星导航定位技术与移动通信技术、互联网技术、时空大数据挖掘等技术深度融合发展,逐步拓宽了卫星导航定位技术在矿区变形监测领域的理论研究和实际应用。本文主要利用GPS和BDS组合系统多频数据单历元解算变形量,从而实现对煤矿开采过程中地表移动变形的精准监测。主要涉及GPS和BDS组合系统融合理论基础、组合系统观测值质量分析、不同系统间观测值融合数据处理模型、基于BDS三频求解组合系统模糊度等方面。通过对现有的算法和模型进行修正或重新构建,编程开发相应的软件并对软件功能不断完善,从而满足矿山测量对于可靠性和高精度的需求。本文的主要工作如下:1.对GPS/BDS多系统多频融合定位理论进行了详细描述。从时空相关性的角度,对GPS/BDS时间系统和空间坐标系统进行相关性分析,从而实现双系统的稳定组合。详细分析了 GPS/BDS组合系统之间的不同之处以及观测数据处理的主要问题。2.针对不同频率下GPS/BDS组合系统观测数据的融合处理问题,对GPS/BDS组合系统的单历元解模型进行了构建和优化。研究发现,该模型能有效提高卫星可见数,提高模糊度固定成功率,这有利于提高模型的可靠性。通过实验研究发现,该模型能够达到相应的功能。3.针对矿山变形监测的特点,建立附有三频北斗约束的GPS/BDS双差模糊度固定算法。首先固定(0,-1,1)和(1,4,-5)两个超宽巷模糊度;然后使用整数变换得到与两个超宽巷组合整数相关,且电离层延迟系数与三个基频电离层系数尽可能接近的模糊度组合(使算法能适合于更长基线模糊度的解算);最后将以固定模糊度的北斗系统作为约束,单历元解算GPS系统的双差模糊度。4.在模型构建完成后,研究发现模型中存在着方程秩亏等问题,通过对模型中存在的病态性问题进行分析,发现了解决模型病态性的方法。针对频率的不同,利用Tikhonov正则化原理解决单频数据的问题,并建立基于GPS/BDS组合的单频单历元解算模型。而对于双频数据,为了解决方程秩亏的问题,通过引入伪距观测值,建立基于GPS/BDS组合的双频单历元解算模型。最后利用采集的实验数据,对算法的定位效果进行验证与分析,结果显示构建的模型基本可以满足需求。5.对这些理论进行研究,并在此基础上构建函数模型,开发基于GPS/BDS组合系统的单历元解算变形量的软件,并对软件的相应功能进行了介绍。利用课题组的高精度三维移动变形平台,对软件的性能进行分析和测试,结果显示开发的软件的解算精度基本达到了设计的要求。为了进一步对组合系统模型的算法和软件的性能进行研究,以朱集东矿1222(1)工作面为研究对象,研究了 GPS/BDS组合系统的变形监测软件在矿区地表变形监测中的应用。图[45]表[26]参[124]