基于小波分析的GPS变形监测数据去噪方法研究

发布时间：2017-08-27 13:01

  本文关键词：基于小波分析的GPS变形监测数据去噪方法研究

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【摘要】：近十几年来,随着3S技术的快速进步,变形监测技术也在不断向前发展。GPS技术因其拥有定位迅速、定位精度高、观测自动化、全天候作业、测站间无需通视以及能够同时确定三维坐标等特点,在变形监测中得到广泛应用。GPS卫星信号受到GPS接收机随机噪声、电离层折射、对流层折射、多路径效应等多种误差源的干扰,如何在测站上空不开阔、多路径效应比较严重的高原山区水库边坡观测环境下,发现并削弱这些误差源的影响,得到比较好的变形观测结果,是一个具有重要理论意义和应用价值的研究课题。 小波分析因其具有优良的去噪效果和时频局部化分析功能等特性,目前已经广泛应用到信号处理中。运用小波分析可以将信号分解到不同尺度上,得到信号在各个尺度上的分量值,并且还能将信号进行不失真重构。GPS变形监测信号中包含各种频率成分,但是有效的信息集中在低频段,干扰信息分布在高频段,因此可以通过小波分析消除高频段的干扰,然后提取低频段有效的信息,提高变形监测的精度。 论文围绕小波理论研究基于小波分析的GPS变形监测数据去噪方法,采用VC++语言、以MATLAB为平台,编制基于小波分析的RINEX格式的GPS数据预处理软件,并采用不同的小波分析策略对实测的GPS变形监测数据进行消噪预处理。研究以提高基线解算质量和最终网平差精度为目标,并通过研究和分析给出高原山区水库边坡变形监测环境下小波消噪的最优方法,用以消除接收机随机噪声和多路径影响。最后结合实际工程的观测结果,采用GPS数据后处理软件进行试验研究,验证了研究中提出的小波分析用于GPS变形观测数据消噪方法的有效性。本文主要做了以下几方面的研究工作： (1)对GPS变形监测技术、小波分析理论的发展和国内外研究现状进行了回顾,总结了GPS变形监测技术和小波分析在测绘领域应用中存在的一些问题。 (2)阐述了傅里叶变换到小波分析的发展过程,对小波分析原理进行介绍并分析了最大尺度确定的问题。 (3)研究GPS信号的噪声特性,对提取出的原始卫星观测值信号、单差观测值信号、双差观测值信号进行了小波分解,分别研究其高频部分的特点。对小波滤波去噪方法进行研究,主要研究了小波变换阂值去噪法,并从纯粹信号处理的角度给出了小波去噪效果的评价指标。 (4)采用VC++语言、以MATLAB为平台,运用面向对象的思想,编制了基于小波分析的RINEX格式的GPS数据预处理软件(GPS Pre_Process Software)。 (5)将基于小波分析的RINEX格式的GPS数据预处理软件(GPS Pre_Process Software)应用到阿海水电站水库影响待观区GPS变形监测数据预处理中,设计了4组实验,验证了小波分析对GPS变形监测数据的去噪效果。 本文的第五章是实验算例,分析实验结果可以看出,基于小波分析的GPS信号小波去噪方法具有较好的去噪效果,采用合适的小波函数、分解层数、阈值确定原则、阈值函数和阈值重调方法,能够很大程度上消除GPS观测数据中的接收机随机噪声和多路径效应等影响,并且使信号的信噪比得到较大的提高,从而提高基线解算的精度,得到更优的网平差结果
【关键词】：小波分析 GPS变形监测 GPS数据预处理 数据去噪
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：P228.4
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-20
• 1.1 论文的研究背景和意义12-14
• 1.2 国内外研究现状14-17
• 1.2.1 GPS变形监测技术研究现状14-16
• 1.2.2 小波分析的发展与应用研究现状16-17
• 1.3 GPS数据预处理的目的、内容和意义17-18
• 1.4 本文主要研究内容及章节安排18-20
• 第二章 小波分析的基础理论20-28
• 2.1 傅里叶变换20-23
• 2.1.1 短时傅里叶变换21-22
• 2.1.2 从傅里叶变换到小波分析22-23
• 2.2 小波分析原理23-27
• 2.2.1 小波函数23-24
• 2.2.2 小波变换24-25
• 2.2.3 多分辨率分析及Mallat算法25-26
• 2.2.4 最大尺度确定26-27
• 2.3 本章小结27-28
• 第三章 基于小波分析的GPS变形监测数据去噪方法研究28-39
• 3.1 基于小波分析的GPS信号噪声特性研究28-35
• 3.1.1 GPS信号结构28-29
• 3.1.2 GPS定位的误差源29-30
• 3.1.3 GPS信号的噪声特性研究30-35
• 3.2 基于小波的阈值去噪方法35-37
• 3.3 小波滤波去噪效果评价指标37-38
• 3.4 本章小结38-39
• 第四章 基于小波分析的GPS数据预处理软件(GPS Pre-Process Software)的编制39-50
• 4.1 软件编制的思路39-40
• 4.2 Matlab一维信号的小波消噪理论40-43
• 4.3 GPS Pre-Process Software软件的文件系统43-46
• 4.4 GPS Pre-Process Software软件的功能模块46-48
• 4.4.1 观测文件导入46-47
• 4.4.2 信号文件输出47
• 4.4.3 小波降噪47
• 4.4.4 观测文件重组还原47-48
• 4.5 GPS Pre-Process Software软件编制的关键技术及特点48-49
• 4.6 本章小结49-50
• 第五章 GPS Pre-Process Software软件在阿海水电站水库影响待观区GPS变形监测数据预处理中的应用50-80
• 5.1 阿海水电站水库影响待观区GPS变形观测项目简介50-57
• 5.1.1 工程概况50-54
• 5.1.2 GPS变形监测数据采集54-56
• 5.1.3 数据处理56-57
• 5.2 基于信号处理理论的一维GPS观测信号小波消噪策略实验.57-62
• 5.2.1 实验概述57-58
• 5.2.2 小波消噪策略实验58-61
• 5.2.3 实验结果分析61-62
• 5.3 用TEQC软件评价GPS Pre-Process Software软件的单测站数据小波消噪效果实验62-70
• 5.3.1 实验概述63
• 5.3.2 基于单测站数据小波消噪预处理的TEQC软件评价实验63-67
• 5.3.3 阿海水电站库区GPS变形监测中接收机噪声和多路径影响探究67-70
• 5.3.4 实验结果分析70
• 5.4 GPS Pre-Process Software软件进行单测站数据预处理后的基线解算精度及可靠性分析实验70-75
• 5.4.1 实验概述71
• 5.4.2 基于单测站数据预处理的基线解算实验71-75
• 5.4.3 实验结果分析75
• 5.5 GPS Pre-Process Software软件进行单测站数据预处理后对网平差结果影响的实验75-78
• 5.5.1 实验概述76
• 5.5.2 基于单测站数据预处理的网平差结果影响实验76-78
• 5.5.3 实验结果分析78
• 5.6 本章小结78-80
• 第六章 总结与展望80-84
• 6.1 全文总结80-83
• 6.2 工作展望83-84
• 致谢84-85
• 参考文献85-89
• 附录A 主要程序代码89-105
• 附录B (攻读硕士学位期间参与的科研项目及社会实践和发表的论文)105

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 胡友健;梁新美;许成功;;论GPS变形监测技术的现状与发展趋势[J];测绘科学;2006年05期

2 黄丁发,丁晓利,陈永奇,龚涛,熊永良;GPS多路径效应影响与结构振动的小波滤波筛分研究[J];测绘学报;2001年01期

3 章传银,张正禄;变形体的稳定性及其定量分析方法初探[J];测绘学报;1997年04期

4 黄丁发,卓健成;GPS相位观测值周跳检测的小波分析法[J];测绘学报;1997年04期

5 杨光,何秀凤,华锡生,侯新华;GPS一机多天线在小浪底大坝变形监测中的应用[J];水电自动化与大坝监测;2003年03期

6 夏开旺;田林亚;杨永平;;基于小波分析的坝区GPS信号噪声研究[J];水电自动化与大坝监测;2006年04期

7 王静瑶,吴云;现代地壳运动与地震监测预报研究的现状和发展趋势[J];地球科学进展;2000年01期

8 李海文;江思义;李向民;周海峰;曾凯宁;;基于小波分析的GPS信号噪声特性[J];地理空间信息;2010年01期

9 王琪，游新兆，，王启梁;用全球定位系统（GPS）监测青藏高原地壳形变[J];地震地质;1996年02期

10 周硕愚,张跃刚,丁国瑜,吴云,秦小军,施顺英,王琪,游新兆,乔学军,帅平,邓干金;依据GPS数据建立中国大陆板内块体现时运动模型的初步研究[J];地震学报;1998年04期

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1 袁德宝;GPS变形监测数据的小波分析与应用研究[D];中国矿业大学（北京）;2009年

本文编号：745558