基于移动窗口的抗差Chebyshev多项式拟合探测与修复单频GPS周跳

由于载波相位的双差观测量消除了公共误差而具有较好的平滑性,并且在双差观测序列进行相邻历元间求差后,周跳能真实地以粗差形式反映出来,在利用Chebyshev多项式拟合双差观测量时,顾及抗差估计的思想、Chebyshev多项式拟合阶数、拟合弧段长度,提出基于移动窗口的抗差Chebyshev多项式拟合算法来探测与修复周跳,分别应用采样间隔为60 s和15 s的L1频率的载波相位数据测试表明：该算法可有效探测多历元间隔周跳及连续周跳,并能对周跳进行准确的修复。     

一种基于双频非差GNSS相位数据的周跳实时探测与修复方法

在TurboEdit方法的基础上,提出一种双频非差GNSS相位数据周跳实时探测与修复算法。在MW组合中,根据卫星高度角进行定权并结合移动窗口递推计算宽巷模糊度。在电离层残差组合的基础上进行历元间二次差分,以更好地减弱电离层残差对周跳检验量的影响。当探测出存在周跳的历元之后,采用搜索法进行修复。通过采用30 s的静态数据和1 s的动态数据,并在观测数据中模拟加入小周跳、大周跳对该方法分别进行测试。结果表明,该方法可正确实现周跳的实时探测与修复。     

扫描线局部特征约束的车载LiDAR点云城市道路边界提取方法

城市环境下的车载LiDAR点云在道路边界提取时容易受到路边车辆、行人遮挡等影响，而造成伪边界点的生成和边界线的不连续。本文发现利用高程标准差约束能够有效的处理该类问题。本文首先进行数据预处理，包括点云分段及地面点滤波、基于相邻点间距离将地面点整合成扫描线存储；其次基于扫描线建立连续双窗口，采用扫描线双向移动窗口法，构造双窗口之间高差、夹角值、高程标准差3种约束条件获取候选路坎点，并根据道路边界的连续性采用密度聚类中的DBSCAN算法聚类去噪，生成较为连续且精确的路坎边界点；最后对边界断点区域计算累计曲率值和距离来判断该位置是否为路口，若边界线断点为路口不进行连接，反之，视为车辆或行人遮挡导致的断点，采用二次多项式曲线填补拟合，获得边界的数学参数模型。实验结果表明，在存在较多遮挡的城市环境下道路边界提取精度能够达到80%以上。     

综合伪距相位观测的实时电离层延迟格网改正算法研究

针对北斗广域差分系统实时电离层延迟格网改正信息是基于伪距观测计算，而相位观测值具有更高的观测精度，提出伪距数据结合相位历元间差分数据综合解算电离层延迟的算法。基于陆态网GPS实测数据对该伪距相位综合算法进行实验验证，结果表明，综合伪距相位算法相比单纯伪距法可以获得平滑、稳定、精度更高的站星斜路径方向电离层延迟值。在此基础上，全天所有实时电离层延迟格网的内符合精度平均提高30.2%，外符合精度平均提高27.8%。     

卫星对地覆盖时间窗口实时计算方法

卫星对地覆盖时间窗口的高效计算能够有效地保障遥感卫星数据信息资源的管理与应用。为解决现有卫星对地覆盖时间窗口计算方法无法提供同时保证精度、效率和实时性的在线服务的问题,提出了一种实时卫星对地覆盖时间窗口计算服务方法。在时间窗口的通用计算方法基础上,建立了地面区域的扩充四至范围,通过判断卫星星下点与地面区域的扩充四至范围的空间关系来决定是否需要计算卫星对地覆盖区域;在卫星对地覆盖区域与地面区域空间关系发生变化时,通过双重时间步长策略提高计算效率和精度;使用流计算框架构建算法的实时在线服务。实验结果表明,与商业软件采用的跟踪传播算法对比,本文方法与其计算结果差异较小,均小于1 s,说明本文方法能够保证较高的计算精度;与传统跟踪传播算法相比,本文方法耗时大幅减少,实现了超过8倍的加速比。本文方法同时保证了精度、效率和实时性,能够满足不同场景下卫星对地覆盖时间窗口的计算需求。     

基于不等式约束算法改善高纬度地区GNSS电离层建模精度

由于当前国际GNSS服务组织（IGS）跟踪站在高纬度区域分布不均，用于电离层拟合建模的观测数据不均匀、不全面，导致在利用这些IGS跟踪站观测数据建立电离层拟合模型时该区域的电离层电子总含量拟合模型精度不够，电离层拟合模型格网输出值甚至出现了大量有悖于电离层实际物理意义的负值和零值现象。针对此问题，利用不等式约束算法，对拟合模型电离层格网输出的负值点、零值点加入不等式约束条件，采用附加不等式约束条件的最小二乘法对参数的解算进行优化，并用实测GNSS数据进行验证。实验结果表明，该算法对测站分布稀疏的高纬度地区出现大量零值和负值的情况有明显改善。此外，该算法对全球电离层模型的建模精度也有一定程度的提高。     

单历元多频最优消电离层组合集选取研究

探讨利用双观测值的3种消电离层组合方式,并列出双频和三频模式下的所有消电离层组合观测值。在此基础上,以定位中误差和整周模糊度中误差作为评价指标,提出最优消电离层组合集的选取方法。计算表明,双频模式下16个独立组合集效果均等价,且在高于0.02 m伪距噪声的情况下无法获得单历元双差模糊度固定解;三频模式下2 196个独立组合集效果存在显著差异,最优组合集在不高于0.6 m伪距噪声的情况下可获得单历元双差模糊度固定解。并且,所选最优组合集优于TCAR/CIR和矩阵变换法的结果。     

基于FCM算法的BDS三频载波相位组合观测值优化选取

针对传统GNSS载波相位组合观测值选取过程中效率低、工作量大的问题，在对BDS三频载波相位组合观测值的波长标准、电离层延迟标准、观测噪声标准进行误差分析的基础上，以长波长、弱电离层、弱观测噪声标准作为聚类指标，采用模糊C均值聚类算法对BDS三频载波相位组合观测值进行优化分类选取，最后通过矩阵变换法和实测数据对优化组合进行整周模糊度解算，对组合模糊度方差-协方差阵以及历元间模糊度差值进行分析，证明该方法的可行性和可靠性。     

形变观测序列变振幅年周期探测方法研究

针对形变观测数据振幅非均匀变化的情况,分别采用最小二乘法、基于F检验的分段最小二乘法及滑动傅里叶法进行年周期拟合,通过比较拟合残差分析各种方法的优劣和适用性。结果显示,在年周期振幅不变或渐变的情况下,3种方法拟合效果均较好,滑动傅里叶拟合略优于其他两种方法;在年周期振幅变化复杂且存在相位差的情况下,分段最小二乘法明显最优,但在分段点会产生阶跃及周期不连续的现象。     

基于GPS高程时间序列粗差的抗差探测与插补研究

研究抗差估计和稳健估计粗差探测IQR准则的粗差剔除算法以及缺值点插值的正交多项式最小二乘拟合方法。以中国3个CORS基准站从1999-03-01—2009-12-31日的单天解GPS高程时间序列为对象进行粗差探测与插补的试验。结果表明：抗差估计比IQR准则能更有效地探测和剔除粗差;三次样条插值当连续缺失历元超过5~10个时插值结果易发生扭曲;低次正交多项式拟合的结果稳定,一般选择2~3次拟合即可获得理想的效果,当连续缺失历元达3个月时,正交多项式拟合后的曲线与序列趋势仍基本一致。     

Extraction method of component waves in full waveform acoustic data and its application

In conventional slowness-time coherence(STC)method,slowness and time need to be searched at the same time,which limits the precision and lowers the efficiency.The dichotomy method combined with slowness-time coherence algorithm aims to enhance the efficiency of data processing and to improve the precision.The algorithm changes the searching pattern of conventional slowness-time coherence method to acquire the slowness of component waves in array acoustic logging data.Based on energy ratio of short time window versus long time window and slowness-time coherence method,the algorithm first acquires the arrivals of the component waves using energy ratio of short time window versus long time window method.It then uses the calculated results as the arrivals in conventional slowness-time coherence method,so the slowness-time two-dimensional searching process is simplified to slowness searching process.Based on dichotomy method,the searching pattern is further optimized in replace of the ergodic searching pattern in conventional slowness-time coherence method,which means that as the iteration proceeds,the current searching interval is reduced to half of the former,so the number of searching times is decreased.The dichotomy method combined with slowness-time coherence algorithm is applied to well L in the data processing.Compared with conventional slowness-time coherence method,for compressional wave,the searching efficiency of the algorithm is 4.53 times better,while for Stoneley wave,the searching efficiency is 1.85 times better.Compared with conventional logging data,the average absolute error of the results of the dichotomy method combined with slowness-time coherence algorithm is 1.14μs/ft smaller than that of the conventional method,while the average relative error is 1.2 percent lower.The dichotomy method combined with slowness-time coherence algorithm shows good results in its application,which can enhance the processing efficiency remarkably while getting reliable results at the same time.     

多边形叠加Vatti算法的VCS优化方法与GPU并行化

Vatti算法是常用的矢量多边形裁剪算法之一,在其构建扫描束实现交点计算的过程中,二叉树的数据结构和递归计算方法导致其计算效率受矢量多边形边界顶点数量影响显著。本文针对Vatti算法执行过程中较为耗时的扫描束构建环节,提出了一种多边形边界顶点预排序的优化方法——VCS（Vertex Coordinate Pre-Sorting）方法,并基于该方法实现了对Vatti算法的GPU细粒度并行化。VCS方法使用双向链表对Vatti算法原有的二叉树数据结构进行了替换,以较小的额外存储空间取得了多边形边界顶点信息查找效率的明显提升。在GPU环境下采用双调排序算法对多边形边界顶点数组元素进行并行化排序并过滤出有效值,克服了原始算法使用二叉树存储导致效率低下的问题。实验结果表明,改进后的算法与原始算法相比,具有相同的计算精度;当多边形顶点数量为92万,CUDA每个线程块中的线程数量为32时,使用VCS优化方法,与采用CPU计算构建扫描束方法相比,GPU并行化方法获得了39.6倍的相对加速比,矢量多边形叠加分析算法效率总体上提升了4.9倍。     

一种基于改进TurboEdit的GPS周跳探测与修复方法

基于TurboEdit算法中的MW组合,利用卡尔曼滤波分离宽巷模糊度以提高模糊度精度。利用移动窗口的多项式拟合对原GF组合中的多项式拟合进行改进,并对周跳的浮点解进行计算。使用GPS数据检测方法的正确性,结果表明,该方法能探测并修复小周跳、大周跳以及多个周跳。     

基于光谱吸收特征分析的彩绘文物颜料识别研究

高光谱成像技术作为一种无损高效的检测方法,对于彩绘文物颜料的鉴别具有重要意义。由于全波段参与光谱相似度计算会造成数据的冗余,没有充分利用光谱的细微特征。为此,本文首先对文物颜料光谱吸收特征进行参量化分析,并通过改进的光谱吸收特征拟合算法与标准光谱进行匹配识别,从而得到识别结果。实验以获取的一幅波长为400~1000nm的古代壁画高光谱影像为例,通过光谱吸收特征分析识别出壁画的颜料主要成分有朱砂、赭粉、石绿和石青,4种颜料的光谱吸收特征拟合度分别是:0.95、0.77、0.92、0.81。实验结果表明:对光谱吸收特征分析可以帮助识别彩绘文物的颜料信息,该方法可为以后文物修复提供参考。     

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基于Rayleigh商的不等精度二次曲线拟合的WTLS迭代解法

针对独立不等精度离散点的二次曲线拟合问题,以系数矩阵元素的一阶误差传播得到的方差为权倒数,采用加权总体最小二乘估计方法求解拟合参数,将加权总体最小二乘问题转化为Rayleigh商问题,从而只需求一正定矩阵的特征值和特征向量,便可通过迭代计算得到待估参数的解。该方法性能稳定且计算量较小,是针对WTLS问题的一种相对简捷高效的计算方法。     

基于蚁群算法的多面函数在GPS高程拟合中的应用

针对多面函数拟合法的中心节点难以选取的问题，提出将蚁群算法引入多面函数并结合稳健估计构建高精度拟合模型的方法。利用蚁群算法在复杂地形中快速寻找特征点，与少量非特征点共同作为中心节点参与模型构建，将稳健估计加入多面函数，运用选权迭代法剔除粗差对拟合模型的影响。GPS高程拟合数据处理实例表明，基于蚁群算法的多面函数结合稳健估计的拟合方法可有效剔除粗差的影响，且拟合精度比只用均匀格网法提高26%。