BDS周跳探测与修复方法研究

发布时间：2020-03-20 22:56

【摘要】：随着导航和定位技术在生活和军事当中的应用越来越多,对定位精度的要求也越来越高。BDS的建立不管是军用、还是民用均对我国的发展有着重大意义。如何提高定位的精确性,其中对周跳的探测就是一个关键的因素。在处理BDS数据时,周跳的存在会使观测值中出现一个偏差,这会使观测值失真,从而不能准确解算整周模糊度,因而,周跳探测是BDS载波相位高精度定位必须要解决的问题之一。本文在单频周跳探测与修复方法的基础上作了进一步研究,并且重点研究了小周跳的探测与修复。主要研究工作如下:(1)用差值形态滤波的方法对周跳信号进行降噪处理,然后构造特征向量矩阵,并对矩阵进行奇异值分解,分解检测信号得到若干个分量信号,提取特征向量矩阵的奇异值熵。奇异值熵的大小反映了周跳的状态,通过熵值分析来获得信号特征及信号间差异,以此获取周跳信息,从而判断周跳大小及发生频段。(2)构造周跳检测的动态阈值,通过计算得到一次MW组合残差序列并在历元间作二次差构造新检测量。对所构造检测量进行多项式拟合,通过拟合多项式对下一历元MW组合残差进行预测,与真实值比较来检测该历元是否存在周跳。移动检测窗口对下一历元进行判断,直到检测完所有历元为止。(3)通过对检测信号构造Hankel矩阵,并对其进行多分辨奇异值分解,得到分辨率各异的分量信号。然后对分量信号进行敏感因子提取分析,选取包含周跳特征的分量,构成敏感特征检测量,并对得到的分量信号通过峭度准则进行敏感因子提取分析。最后使用峭度准则选择峭度值较大的分量进行信号重构,以达到滤除噪声干扰,突出信号周跳特征的目的。进而通过模极大值谱精准检测出信号中奇异点的位置,实现对微小周跳的准确探测。探测出周跳位置后,以筛选出的敏感特征向量为基础,构建最小二乘支持向量机预测模型,进行周跳修复。本文针对北斗载波相位定位中周跳探测与修复方法进行研究,为北斗高精度定位中周跳探测与修复提供了理论参考。本文以相位观测量和伪距观测量数据组合理论为基础,对BDS单频周跳的探测与修复进行了重点研究。提出了几种周跳的探测方法,并通过敏感分量的提取以及自适应动态阈值的构造,解决了对小周跳的探测精度低,以及依靠先验信息为阈值来判断是否发生周跳的可靠性低等问题。并且在实现微小周跳探测的基础上,通过构造周跳修复模型完成了周跳的修复。
【图文】：

历元,模极大值,周跳,方法

图 5.7 传统 SVD 分解的 Hilbert 模极大值谱映了传统 SVD 对周跳检测信号奇异点的探测效果。从图中可点并没有出现在含有周跳的历元，而且当分解频率变大时奇增大，不再能够显示周跳信息。对周跳发生的位置做出精准的判断，我们还要通过奇异点检冲跨度。本方法将通过 320 历元处周跳进行示例，对本方法和传历元到 335 历元的检测结果进行分析，，结果如图 5.8、图 5.9。 100 200 300 400 500 600 700 800 900 10 100 200 300 400 500 600 700 800 900 10 100 200 300 400 500 600 700 800 900 10历元t/s

历元,模极大值,方法,奇异点

感分量的峰值均稳定在在 320 历元处，在分解频率增大的情况下，峰值一直稳定保持在奇异点，历元不曾偏移。通过对图 5.8 和图 5.9 的比较，可以看出采用传统 SVD 方法时，第一个分量上的脉冲峰值就已经出现了右偏移，偏离了正确的奇异点历元，当分解频率变大时，峰值偏移距离也发生了相应程度的增加。与此同时，所表示奇异点历元的脉冲跨度也有所增加，第一分量的脉冲跨度为 4 历元而第三分量的脉冲跨度为 9 历元。奇异点历元不同程度的偏移及脉冲跨度的不稳定变化，都可能导致之后的周跳修复存在较大误差。5.3.3 周跳修复建立基于最小二乘支持向量机的预测模型，实现周跳的修复：（1）对所探测出周跳历元处的前 100 组历元进行敏感特征向量提取
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN911.7

【参考文献】