SSA、EMD与ICA在GPS信号去噪及多路径效应中的应用

发布时间：2020-07-09 07:54

【摘要】：GPS以其诸多优点广泛应用在测绘领域。GPS测量技术与常规测量技术相比虽有许多优势,但测量过程中会受到卫星、大气以及接收机等多种误差源的影响。其中大部分系统误差可以通过误差改正模型、双频观测、差分测量等手段来消除,但观测随机噪声、多路径效应等偶然误差由于不具有空间相关性和规律性,因此难以消除。这些误差附着在GPS信号上,最终影响定位精度。随着测量技术的发展,对观测精度的要求越来越高,GPS信号去噪就变得十分必要。本文完成的主要工作内容如下:1.信号去噪方法的分析。对信号滤波去噪方法,包括SSA、EMD以及ICA等的原理、研究现状进行了分析,并研究了它们各自的优势和不足。针对EMD方法的模态混叠问题和ICA方法需要多通道观测量作为输入量的问题提出了一种联合降噪方法,该方法充分结合两者的优点,以下简称EMD-ICA滤波降噪法。2.GPS观测随机噪声的去噪分析。通过GPS仿真信号的去噪实验验证SSA、EMD以及EMD-ICA三种方法的去噪能力。结果表明,三种方法均能有效分离GPS仿真信号中的随机噪声信号。通过对比分析发现,SSA方法的去噪效果明显优于另外两种方法,EMD-ICA方法略优于EMD方法,说明EMD-ICA方法能够一定程度上克服EMD方法的模态混叠问题。3.GPS多路径效应分析。利用多路径效应的周日重复性特点,对位移序列中的多路径效应进行提取和改正。首先在实测GPS数据基础上利用SSA、EMD、EMD-ICA三种去噪方法对连续三天位移时间序列进行降噪处理,建立各天多路径误差改正模型;再利用第一天多路径改正模型对其他几天位移时间序列进行多路径效应改正。结果表明,与EMD、EMD-ICA相比,SSA方法建立的多路径模型对临近几天的多路径效应误差削弱效果最好。
【学位授予单位】：山东科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P228.4
【图文】：

根据随机噪声对不同类型ＧＰＳ观测数据的影响程度，在伪距观测量施加逡逑０．０５ｍ？０．９０ｍ等效距离偏差的随机误差影响；载波相位观测量施加０．００１ｍ？０．０１０ｍ等效逡逑距离偏差的随机误差影响。图３．１为Ｄａｔａ邋Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ邋Ｔｏｏｌ邋ＧＰＳＳＩＭ模块ＧＰＳ观测数据的逡逑仿真流程。逡逑测站信息、时间、数据类型等初始值设置逡逑逦＾邋ｒ逦邋逦＾邋ｒ逦逡逑标准轨道文件逦测站坐标文件逡逑地球运动模型逦逦逦邋逦逦逡逑设置误差参数逡逑逦逦逦邋逦；邋ｒ逦邋逦＞邋［逦逡逑逦？计算卫星轨迹逦计算测站位置逡逑ｉ￣￣＇￣￣邋—＇￣￣Ｉ逦１逡逑卫星与测站间２逦ｉｆ仰２：玄逦、随机噪声的等逡逑实际距离４１逦邋逦＾效距离偏差逡逑＞邋ｒ逦逡逑迭代求伪距、逡逑载波观测值４逦逡逑逦ＪＴ逦逡逑仿真观测数据逡逑生成逡逑图３．１邋ＧＰＳ观测数据仿真流程图逡逑Ｆｉｇ．邋３．１邋Ｆｌｏｗ邋ｃｈａｒｔ邋ｏｆ邋ＧＰＳ邋ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ邋ｄａｔａ邋ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ逡逑３０逡逑

模拟生成２０１５年年积日为２３０的高频静态观测数据，采样频率为１Ｈｚ，数据采样间隔为逡逑１Ｓ，信号长度为３６００。最终得到ＢＪＦＳ站对ＧＰＳ第８颗卫星的仿真观测数据。仿真结果逡逑如下图所示，其中图３．２为模拟８号卫星的Ｐ２测码伪距观测信号以及０．５ｍ的随机噪声逡逑信号，图３．３为模拟８号卫星Ｌ１载波相位观测信号以及０．０２ｍ的随机噪声信号。图中（ａ）逡逑为含噪仿真原始观测数据信号，（ｂ）为加入的仿真随机噪声信号。逡逑ｘ１0７逦（ａ）含噪Ｐ２原始信号逡逑２．２５，！逦－逦－逦逦逦：逦逦－．．．．．．－——一一■—，－一－逡逑２．２－邋－？逡逑■ｉ逦？？…逡逑＠２．１５＊逡逑２．１邋一逡逑＾逡逑２．０５

模拟生成２０１５年年积日为２３０的高频静态观测数据，采样频率为１Ｈｚ，数据采样间隔为逡逑１Ｓ，信号长度为３６００。最终得到ＢＪＦＳ站对ＧＰＳ第８颗卫星的仿真观测数据。仿真结果逡逑如下图所示，其中图３．２为模拟８号卫星的Ｐ２测码伪距观测信号以及０．５ｍ的随机噪声逡逑信号，图３．３为模拟８号卫星Ｌ１载波相位观测信号以及０．０２ｍ的随机噪声信号。图中（ａ）逡逑为含噪仿真原始观测数据信号，（ｂ）为加入的仿真随机噪声信号。逡逑ｘ１0７逦（ａ）含噪Ｐ２原始信号逡逑２．２５，！逦－逦－逦逦逦：逦逦－．．．．．．－——一一■—，－一－逡逑２．２－邋－？逡逑■ｉ逦？？…逡逑＠２．１５＊逡逑２．１邋一逡逑＾逡逑２．０５

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 卢辰龙;匡翠林;易重海;章浙涛;;奇异谱分析滤波法在消除GPS多路径中的应用[J];武汉大学学报(信息科学版);2015年07期

2 罗飞雪;戴吾蛟;唐成盼;黄大伟;伍锡锈;;参考经验模态分解-独立分量分析及其在GPS多路径误差处理中的应用[J];测绘学报;2012年03期

3 王学敏;黄方林;;EMD端点效应抑制的一种实用方法[J];振动.测试与诊断;2012年03期

4 戴吾蛟;伍锡锈;罗飞雪;;一种利用增广参数Kalman滤波的GPS多路径效应处理方法[J];武汉大学学报(信息科学版);2012年04期

5 苗正戈;鹿珂珂;刘陵顺;张海洋;;GPS信号结构及其测距码研究[J];电子设计工程;2011年16期

6 李旋;孙磊;骆辉;戴吾蛟;何伟;;基于小波消噪的EMD模型在GPS振动信号处理中的应用[J];工程勘察;2011年03期

7 田振光;马煦;谢欣;;GPS多路径特性分析及处理技术[J];数字通信世界;2011年02期

8 范晓燕;周乾;;GPS测量中多路径效应研究综述[J];工程地球物理学报;2010年03期

9 罗飞雪;戴吾蛟;;小波分解与EMD在变形监测应用中的比较[J];大地测量与地球动力学;2010年03期

10 钟萍;袁林果;丁晓利;;GPS多路径重复性试验研究[J];测绘科学;2010年02期

相关博士学位论文 前2条

1 田云锋;GPS位置时间序列中的中长期误差研究[D];中国地震局地质研究所;2011年

2 朱习军;基于小波分析的高精度GPS测量质量控制研究[D];山东科技大学;2006年

相关硕士学位论文 前5条

1 吴金斌;EMD-ICA滤波降噪法及其在GPS多路径效应中的应用[D];东华理工大学;2017年

2 李振宇;GPS坐标时间序列中信号与噪声分析[D];长安大学;2017年

3 刘齐芬;小波包去噪方法研究及其在GPS数据处理中的应用[D];河北师范大学;2009年

4 胡振彪;基于PDA的门址数据采集系统[D];中国海洋大学;2008年

5 游广芝;GPS导航定位中的误差分析与修正[D];哈尔滨工业大学;2007年

本文编号：2747174