抗差Vondrak滤波方法在时间频率传递中的应用

时间频率传递的结果会受到非模型化误差和观测噪声的影响,其噪声常为高频信号,构建低通滤波器可在一定程度上消除观测值序列中的高频噪声信号.本文对Vondrak滤波函数的本质进行剖析,通过IGG3算法对钟差序列进行定权并采用频率响应法选择适合的滤波因子;对不同的链路分别进行卫星双向时间频率传递(two-way satellite time and frequency transfer, TWSTFT)、基于软件接收机的卫星双向时间传递(two-way satellite time and frequency transfer based on software defined receiver, SDR-TWSTFT)和短基线共视时间频率传递实验,并对钟差结果采用抗差Vondrak滤波进行平滑去噪.结果表明：滤波后的钟差序列能够很好地反映原始钟差序列的趋势;平滑后的TWSTFT钟差结果,日波动效应得到了有效的抑制,精度有明显提升;对于共视钟差结果,精度有明显提升,与精密单点定位(precise point positioning,PPP)时间传递结果的差值保持在-1.0～1.0 ns范围内.     

基于Vondrak滤波的GPS周跳探测与修复

利用天文数据处理中的最优平滑法Vondrak滤波,导出了结合双差观测数据的GPS周跳探测与修复的新方法,实现了分析双差观测数据质量和双差观测域中探测和修复周跳的功能。     

利用Vondrak滤波优化Richards曲线的沉降预测方法

针对沉降预测模型的重要参数难以选取问题,考虑观测数据中含有噪声的影响,提出了利用Vondrak滤波优化Richards曲线的沉降预测方法。为了使预测值更加逼近实测值,选择以Richards曲线为基础模型进行改进,优化模型的沉降初始值和沉降极限值参数。利用Vondrak滤波对实测沉降数据进行平滑处理,减弱观测值中噪声的影响,为模型构建提供更加合理的参考数据。将Fminsearch函数计算结果作为参数迭代初始值,联合逐步回归分析法求得预测模型的最优参数。通过对比实验分析发现,改进方法的预测精度达到了±0.124 mm,与未加改进的预测方法相比,精度得到了较大提高。研究结果表明,利用Vondrak滤波优化的沉降预测方法能够提高精度,同时验证了改进方法的有效性。     

BDS三频PPP时间传递精度分析

针对BDS三频PPP时间传递精度及其在国际时间比对中应用的可行性问题,基于无电离层影响、几何距离不变以及最小噪声原则构建三频消电离层组合PPP模型。选取2个MGEX测站2019年第14天至第20天共7 d的观测数据,采用WUM精密卫星轨道和钟差,进行BDS三频PPP时间传递实验。研究表明:BDS三频较双频消电离层组合观测值具有更小的观测噪声;以IGS钟差产品时间传递结果为参考,BDS三频和双频PPP时间传递精度分别为0.61 ns和0.75 ns,三频较双频PPP时间传递精度提高了18.67%。研究成果验证了BDS三频PPP在时间传递中的可行性和优势,为推动BDS时间传递应用提供了参考。     

基于Vondark模型平滑精密单点定位(PPP)授时钟差解

精密单点定位技术(PPP)获得的用于精密授时的钟差解序列会受到观测噪声和模型误差影响,难以高精度描述原子频标的性能和稳定性。为进一步提高授时结果的可靠性,采用Vondark数据平滑方法对PPP的钟差序列进行平滑。算例结果表明平滑后的授时解精度和短期稳定度均有明显改进,同时还发现不同的钟差序列平滑过后效果不一样,认为适用该方法的情况是数据变化规律未知。     

一种基于Helmert方差分量估计的Vondrak滤波方法

从基于Helmert方差分量估计的Vondrak滤波方法(简称HVF法)的基本假设入手,介绍了HVF方法,该方法能够在未知拟合函数的情况下,通过自动选择合理的平滑因子控制数据平滑的程度,对时序数据序列进行合理平滑,最大限度的削弱数据序列中的随机误差,将信号与噪声合理分离.     

电离层时变特性约束的BDS长距离RTK定位算法

电离层误差是影响长距离GNSS定位性能的主要因素,通常采用无电离层组合消除电离层误差的影响,但无电离层组合存在观测噪声放大、在多系统多频数据时无法对单个频率的观测值进行单独处理,直接消除电离层参数使得无法对电离层参数施加约束,而电离层的先验信息,时空约束信息更易获得,为此本文对非组合定位模型中电离层误差的时变特性进行研究。在非组合定位模型中电离层参数常被估计为随机游走,功率谱密度决定了随机游走的过程,也表达了电离层误差的时变特性,通过对功率谱密度的研究,对电离层参数进行合理的约束来改善定位的性能。不需要经验模型及人为的给予电离层参数时变约束信息,而是通过顾及电离层实时特性的电离层观测值确定功率谱密度值,提供了简单实用的电离层时变约束方法。通过试验验证采用Vondrak平滑方法进行电离层延迟的最佳平滑,能在削弱观测噪声的同时反映电离层实时变化,求得的电离层功率谱密度能显著提升整周模糊度收敛时间,使定位性能达到最优。对电离层时变约束的BDS三频观测数据长距离RTK定位试验表明：静态和动态定位模式下均能实现模糊度的快速固定,可满足高精度实时定位的需求。     

BDS-3精密单点定位时间传递综合性能分析

我国北斗三号卫星导航系统(BDS-3)的建设已基本完成,因而,充分利用当前BDS-3进行精密单点定位(PPP)的时间传递亟需深入研究.本文从两方面来充分研究BDS-3 PPP时间传递:1)北斗二号卫星导航系统(BDS-2)、BDS-3和BDS-2+BDS-3 PPP时间传递;2)钟模型约束的BDS-3 PPP时间传递.试验结果表明:相比BDS-2 PPP,BDS-3和BDS-2+BDS-3 PPP结果平滑残差的均方根(RMS)值可减少约为34.5%和38.23%,960 s的稳定度分别提高35.81%和37.75%;相比传统的白噪声(WN)模型,基于钟模型的BDS-3和BDS-2+BDS-3 PPP时间传递所得平滑残差RMS值分别减少65.17%和74.42%;频率稳定度最大可提高80%.     

基于Helmert方差分量估计的Vondrak滤波方法

从基于Helmert方差分量估计的Vondrak滤波方法（简称HVF法）的基本假设入手,介绍HVF方法,该方法能够在未知拟合函数的情况下,通过自动选择合理的平滑因子控制数据平滑的程度,对时序数据序列进行合理平滑,最大限度地削弱数据序列中的随机误差,将信号与噪声合理分离。     

一种海洋磁力测量降噪的有效方法

波浪噪声和随机噪声是影响海洋磁力测量数据处理精度的重要因素.基于小波阈值消噪理论,研究了海洋磁力测量数据中的波浪和随机噪声的消除方法.仿真和实例计算表明:借助于小波的分解与重构,有效地减弱或消除了测量数据中的波浪和随机噪声,具有较高的精度和可靠性.该方法解决了传统的滑动拟合法对波浪和随机噪声与测量数据中的真实高频信息一起平滑过滤的局限性问题.     

CVVF方法用于GPS多路径效应的研究

将交叉证认法与Vondrak数字滤波器相组合,提出一种分离测量资料中信号与噪声的新方法,即CVVF方法,并将该方法用于GPS多路径效应的研究中.对数字模拟试验和实际观测资料的分析表明,该方法能最大限度地削弱测量的随机误差,使资料序列中的信号和噪声合理分离.同时,利用GPS多路径效应周期性重复的特性,可有效地削弱多路径效应对观测结果的影响,从而提高GPS定位精度.     

GNSS PPP海洋平台动态变形监测分析北大核心CSCD

实时监测海洋平台在环境激励下的动态变形对于保障其安全运营有着重要意义。GNSS PPP技术无需设置基站,仅依靠单点监测站便可实现精密单点定位,因而在海洋平台变形监测领域具有潜在的应用价值。针对GNSS PPP信号受背景噪声干扰而精度较低的问题,本文提出改进CEEMDAN算法对GNSS PPP信号降噪,并应用于某海洋平台动态变形监测。结果表明:①GNSS PPP技术结合改进CEEMDAN算法可有效监测海洋平台在环境激励下的动态变形;②改进CEEMDAN可有效去除GNSS PPP背景噪声干扰;③基于降噪后信号可获取监测点清晰的三维位移轨迹,从而为结构安全评估提供参考。     

顾及有色噪声的光纤陀螺随机噪声自适应滤波方法

作为光纤陀螺误差的重要组成部分,随机噪声严重影响着光纤陀螺的精度,对光纤陀螺随机噪声进行准确建模和补偿是提升陀螺精度的有效方式。本文针对光纤陀螺随机噪声的复杂性,难以对其进行精确分析,ARIMA （auto-regressive moving average）模型Kalman滤波中有色噪声不能使用状态扩充法建模的问题,扩展了Harvey方程,实现有色噪声白化。同时,考虑先验噪声的不确定性以及模型参数在线更新导致的参数与状态噪声相互耦合,分析了动态Allan方差估计量测噪声的不足,使用VBAKF （variational Bayesian adaptive Kalman filter）实时修正滤波状态噪声与量测噪声。试验表明,Harvey法较传统滤波建模方式,随机噪声序列方差降低40%,Harvey法结合VBAKF使序列方差降低了54%;VBAKF较动态Allan方差,可以更好地估计量测噪声。结果表明,此方法可有效抑制随机噪声Kalman滤波中有色噪声和随机模型不准确的影响,提高随机误差补偿精度。     

Filtering GPS time-series using a Vondrak filter and cross-validation

Multipath disturbance is one of the most important error sources in high-accuracy global positioning system (GPS) positioning and navigation. A new data filtering method, based on the Vondrak filter and the technique of cross-validation, is developed for separating signals from noise in data series, and applied to mitigate GPS multipath effects in applications such as deformation monitoring. Both simulated data series and real GPS observations are used to test the proposed method. It is shown that the method can be used to successfully separate signals from noise at different noise levels, and for varying signal frequencies as long as the noise level is lower than the magnitude of the signals. A multipath model can be derived, based on the current-day GPS observations, with the proposed method and used to remove multipath errors in subsequent days of GPS observations when taking advantage of the sidereal day-to-day repeating characteristics of GPS multipath signals. Tests have shown that the reduction in the root mean square (RMS) values of the GPS errors ranges from 20% to 40% when the method is applied.     

基于接收机钟差约束的精密单点定位时间传递研究

精密单点定位(PPP)技术起初主要面向定位与导航等位置应用.近年来,PPP技术逐渐成为时间传递等非定位应用的一种重要且有效的手段.如今,具有更高稳定性的氢原子钟也被越来越多的测站用来提供时间频率基准.而传统的PPP时间传递方法通常在数据处理时将接收机钟差参数视为白噪声(WN)参数进行处理,并未充分利用原子钟的高稳定特性...     

主成分分析模型及在变形监测中的应用

随机误差和多径效应作为GPS变形监测中的主要误差源,严重影响着GPS测量精度。针对这一问题,本文将主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)模型引入GPS变形监测领域,首先利用传统PCA方法将测量数据转换至特征空间,通过剔除小特征值对应的特征向量实现对高斯分布随机噪声的抑制,然后将多径噪声作为色噪声进行分析,提出一种广义PCA方法利用多径噪声的时间相关性对其进行滤除,基于实际工程测试数据的实验结果表明,相对于传统的小波噪声抑制方法,所提方法可以获得更好的噪声抑制性能。     

非组合与组合PPP模型比较及定位性能分析

使用2011 10 10全球随纬度均匀分布的10个IGS测站的观测数据,分别采用非组合、组合PPP（precise point positioning）模型进行定位解算,详细对比分析了两种PPP模型的静态和动态定位精度和收敛速度,以及ZPD估计精度。实验结果表明,两种PPP模型均可实现水平方向mm~cm级,高程1~3 cm的静态定位精度;水平方向1~3 cm,高程方向4 cm左右的模拟动态定位精度,非组合L1和L2载波相位观测值残差只有传统模型中组合相位观测值残差的1/3~1/5,内符合精度更高。对于30 s采样率的观测数据,组合PPP静态定位平均收敛时间为23 min,动态为38 min;非组合PPP静态定位平均收敛时间为29 min,动态为71 min,后者的收敛时间均普遍长于前者。在ZPD估计方面,两种模型的估计精度相当,均可达6 mm左右。     

北斗广域高精度时间服务原型系统

基于精密单点定位(precise point positioning,PPP)的时间传递技术以其精度高、覆盖范围广的优点成为性能最优的GNSS时间传递方法之一。随着广域差分产品时效性的提高,实时PPP时间传递开始应用于精密授时的研究。本文在PPP时间传递技术的基础上,结合实时卫星钟差估计、接收机时钟调控及硬件延迟标校技术,建立了基于北斗卫星导航系统(BeiDou navigation satellite system,BDS)的广域高精度时间服务(wide-area precise timing,WPT)系统,可为用户实时提供准确、稳定、可溯源的时间。WPT系统分为时间服务平台和用户终端两个部分。时间服务平台引入高精度的时间作为系统的参考时间基准,并提供广域实时差分改正数;用户终端基于实时PPP时间传递算法获取本地钟与系统时间基准的差异,并采用精密调钟技术实现终端与系统的同步。为了验证系统的实时授时性能,本文进行了零基线、短基线及广域环境下的性能测试和评估。试验结果表明,该系统零基线、短基线时间同步精度优于0.5 ns,广域条件下单天的授时精度均优于1 ns,为基于北斗系统的精密授时技...