基于经验模式分解的滤波去噪法及其在GPS多路径效应中的应用

经验模式分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)是一种新的信号处理技术,它是基于数据本身的,且能在空间域中将信号进行分解,从而可以区分噪声和有用信号。根据EMD分解白噪声而得到的本征模式函数(IMF)分量的能量密度与其平均周期的乘积为一常量这一特性,建立一种新的基于EMD滤波去噪方法,并将该方法应用于GPS多路径效应的研究中。通过对模拟数据与GPS实测数据的处理分析,得出以下主要结论:①EMD滤波去噪法与小波方法都能最大限度地削弱测量的随机误差,但EMD滤波去噪法比小波方法更直接,且不受测不准原理及小波函数选择的影响;②相比小波方法,EMD能够更有效地剔除瞬时强噪声,从而能够提取更精确的多路径效应重复性误差改正模型。     

基于经验模式分解的滤波去噪方法研究进展

回顾经验模式分解技术的原理和滤波性质,及目前基于经验模式分解的滤波去噪算法,包括部分本征函数模态分量重构法、软阈值法、最优信号重构算法等;分析上述滤波方法在分离信号噪声方面的适用性及其可能的改进措施;最后讨论传统的周期函数拟合模型在GPS高程时间序列噪声提取中应用的局限性,提出经验模式分解应用于GPS高程时间序列噪声提取与研究的新思路。     

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

多路径误差在绝大部分应用中,其测站间相关性很弱,不能通过差分观测得到有效削弱,成为高精度GPS动态变形监测中的主要误差源。针对GPS多路径误差的特点,结合具有良好多尺度分解能力的经验模式分解方法(EMD)和具有良好盲分离能力的独立分量分析(ICA)方法,提出带参考信号的EMD-ICA方法来削弱多路径效应的影响。应用实例的结果证明了该方法的有效性。     

经验模态分解与神经网络的GPS可降水量预测

本文将经验模态分解与神经网络相结合的方法应用于GPS可降水量预测。对GPS可降水量进行经验模态分解,在分解过程中采用径向基神经网络处理端点问题,针对经验模态分解得到的每个分量分别运用径向基神经网络进行预测,并重构出最后的预测结果。重构结果与直接运用神经网络进行预测的GPS可降水量、实测GPS可降水量进行比较,结果表明,相对于直接预测,经验模态分解与神经网络结合的方法具有更高的预测精度。     

基于CEEMD的GPS信号去噪

GPS信号在发送过程中会受到多种误差源的影响,例如星历误差、卫星钟差、电离层对流层延迟、接收机钟差等。这些误差附加在GPS信号上使其与真实信号产生一定偏差,也使GPS信号最终的应用结果产生一定程度上的偏差,这对于科研与日常使用是非常不利的,所以对GPS信号进行去噪处理是十分必要的。互补集合经验模态分解(Complementary Ensemble Empirical Mode Decomposition,CEEMD)为近几年出现的新的数据处理方法。它由集合经验模态分解(Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD)改进而来,不仅保留了经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)在处理非平稳信号方面的优点,又完善了EMD的模态混叠问题,且计算结果表明CEEMD去噪效果优于EMD和EEMD。     

基于经验模态分解的GPS基线解算模型

非建模系统误差是影响高精度GPS基线解算精度的一个重要因素,文章给出基于经验模态分解的GPS基线解算模型,有效消弱系统误差对基线解的影响。在现有经验模态分解理论的基础上,定义经验模态分解的多尺度分解与重构结构,并由此给出基于经验模态的系统趋势分离模型,依据累积标准化模量的均值随尺度的变化确定系统误差与噪声分离尺度的选择标准。给出基于经验模态分解的GPS基线解算的技术路线,首先计算GPS相位双差观测方程的浮点解残差序列,分离出系统误差并用于修正GPS双差观测值,重新计算双差浮点解,采用Lambda算法固定整周模糊度,计算固定基线解,从而消弱系统误差对基线解算的影响,提高基线固定解的可靠性。并采用实测GPS数据验证模型,F-ratio指数与W-ratio指数表明系统误差消弱后,基线固定解可靠性得到明显提高,重新计算的残差序列表明系统误差得到很好的消弱。     

大桥GPS动态监测去噪方法

针对从GPS实际监测到的信号中去除噪声,提取真实信号的问题,该文对EMD去噪法、小波阈值去噪法,EMD小波去噪3种方法进行了比较,并通过实例分析得出:3种方法均可滤除噪声,但效果各不相同;EMD对信号分解具有良好的自适应性,但在滤除噪声时可能因为模态混叠的原因造成过滤不完全,各分量中可能均含有一定量的噪声;小波滤波噪声效果和小波基、阈值函数及分解层数选择有关,具有主观性;对于EMD小波混合去噪方法,提出先用EMD自适应方法进行分解,分解出噪声主导分量和信号主导分量;对于高频噪声主导分量,可能含有少量有用信号,故须再用小波阈值法过滤出有用信号;而对于信号主导分量,再用小波滤除多余噪声,最后进行逆变换得到重构后的信号。实例表明EMD小波混合去噪方法能很好地去除噪声,是一种高效的去噪方法。     

基于经验模态分解的GPS/伪卫星组合基线解算模型

通过经验模态分解(EMD)的多尺度分解与重构结构,依据累积标准化模量的均值随尺幅的变化确定系统误差与噪声分离尺度的选择标准,建立系统趋势分离模型,可以有效地削弱非建模系统误差对基线解算的影响。实验表明,该模型可以很好地削弱双差残差序列的系统误差,整周模糊度固定解的可靠性明显增强,基线向量解的精度明显提高。     

基于经验模态分解的高分辨率影像融合

文章提出基于经验模态分解（Emp iricalMode Decomposition,EMD）的特征层影像融合模型。对多光谱波段影像进行IHS变换获得强度影像,采用行列分解实现一维经验模态分解的二维拓展,并用于分离高分辨波段影像与强度影像的细节特征信息,对高分辨率波段影像的高频与强度影像波段的低频进行重构获得融合后的强度影像,再通过IHS反变换获得融合影像。文章介绍了经验模态分解的基本原理,定义了经验模态分解的多尺度分解与合成结构,提出融合模型的技术路线。选择UICKB IRD影像的全色波段与多光谱波段进行融合实验,根据典型行（列）的EMD分析,确定经验模量的取舍尺度,按提出的融合路线获得融合影像,并与小波融合,IHS融合,Brovey融合模型获得的影像进行视觉及量化比较。选择信息熵、标准差指标对融合影像的空间细节信息进行评价,同时选择平均灰度值、相关系数、偏差指数评价融合影像的光谱扭曲程度,结果表明本融合模型最优。     

基于经验模态分解的高分辨率影像融合

High resolution image fusion is a significant focus in the field of image processing. A new image fusion model is presented based on the characteristic level of empirical mode decomposition （EMD）. The intensity hue saturation （IHS） transform of the multi-spectral image first gives the intensity image. Thereafter, the 2D EMD in terms of row-column extension of the 1D EMD model is used to decompose the detailed scale image and coarse scale image from the high-resolution band image and the intensity image. Finally, a fused intensity image is obtained by reconstruction with high frequency of the high-resolution image and low frequency of the intensity image and IHS inverse transform result in the fused image. After presenting the EMD principle, a multi-scale decomposition and reconstruction algorithm of 2D EMD is defined and a fusion technique scheme is advanced based on EMD. Panchromatic band and multi-spectral band 3,2,1 of Quickbird are used to assess the quality of the fusion algorithm. After selecting the appropriate intrinsic mode function （IMF） for the merger on the basis of EMD analysis on specific row （column） pixel gray value series, the fusion scheme gives a fused image, which is compared with generally used fusion algorithms （wavelet, IHS, Brovey）. The objectives of image fusion include enhancing the visibility of the image and improving the spatial resolution and the spectral information of the original images. To assess quality of an image after fusion, information entropy and standard deviation are applied to assess spatial details of the fused images and correlation coefficient, bias index and warping degree for measuring distortion between the original image and fused image in terms of spectral information. For the proposed fusion algorithm, better results are obtained when EMD algorithm is used to perform the fusion experience.     

Accuracy assessment of GPS navigation augmented by SAR and LiDAR-derived Digital Elevation Models

Remotely sensed Digital Elevation Models (DEM) can be used to augment a standalone Global Positioning System (GPS) by adding an extra range observation which measures the distance to the Earth centre. This method so called height aiding can reduce the number of GPS satellites required to get a 3D position fix from four to three and hence improve the performance of the GPS navigation algorithm in terms of accuracy, reliability and availability. Up until now, the accuracy of height aided GPS navigation using higher resolution Synthetic Aperture Radar (SAR) and Light Detection and Ranging (LiDAR)-derived elevation data has not been fully evaluated in a broad spectrum of navigation scenarios. This article provides a robust and accurate analysis on how much range error is introduced by height aiding using 5 m spacing SAR and 1 m spacing LiDAR-derived DEMs under in-car and personal navigation situations. Based on the experimental results obtained from both dynamic and static tests, suggestions have been made on what level of vertical and positional accuracy can be achieved as well as the related DEM quality issues for navigation purposes.     

GPS精密单点定位技术在像控测量中的应用

本文在分析了GPS相对定位及其RTK在像控中应用的优缺点后,提出了精密单点定位进行像控测量的方法。通过实例证明这种方案是完全可行的,并得出了一些对生产实际有益的结论。     

TEQC软件对GPS数据质量的评定及软件界面的开发

本文主要介绍用于GPS数据转换、编辑和质量检查的共享软件TEQC(Translate／Edit／Quality Check)。作为例子，对一GPS数据进行质量检查。并针对TEQC软件人机交互性差的缺点，进行了软件界面程序的初步开发。     

GPS/BDS组合实时动态精密单点定位

针对常规模式下。单系统实时精密单点定位精度受接收机环境和可视卫星数量影响严重等问题,研究了GPS/BDS双系统实时精密单点定位,采用非差无电离层组合载波和伪距观测值,详细推论了Kalman滤波参数估计方法的基本原理,并利用其进行参数估计,最后通过IGS站和实测数据进行了实时PPP实验,实验表明:GPS/BDS双系统定位模式较GPS单系统有明显改善,在E、N、U方向收敛后RMS值分别达到0.125 m、0.117 m、0.289 m,较单系统在各方向分别改善了11.9%、18.1%、22.5%。证明了GPS/BDS实时PPP能够达到分米级到厘米级定位精度。     

世纪之交的全球定位系统及其应用

综合介绍了全球定位系统（ＧＰＳ）,包括它的卫星系统和接收机,近期和今后的发展情况。评述了ＧＰＳ在各方面的重要应用,包括地基ＧＰＳ的动态和静态应用。重点介绍了当前ＧＰＳ应用的前沿,即空基和星基ＧＰＳ的应用。最后推荐了国际地球动力学ＧＰＳ服务（ＩＧＳ）的内容和产品,并对我国ＧＰＳ综合服务系统提出了建议。     

航天GPS接收机设计

航天GPS接收机为航天器提供航迹、姿态、时问和相对距离等导航信息，提高航天嚣运行的自主性。文中介绍了清华宇航中。航天GPS接收的硬件和软件设计，给出测试结果和分析。     

相对差分GPS精度分析

近年来,全球定位系统(GPS)以其精度高、速度快、经济方便等优点,在布设各种形式的控制网、变形监测及精密工程测量等诸多方面都得到迅速广泛的应用。但由于美国的SA和AS政策,使其精度下降,因此各国都在研究如何提高其精度,本文就此问题给出一些观点。     

GPS技术在像控测量中的应用

继阐述GPS技术已有方法在像控测量中的优缺点后,提出了应用非差相位精密单点定位技术进行像控测量的新方法。通过实例验证了此方法的可行性和高效性,并得出了一些对生产实际有益的结论。     

重力卫星星载GPS简化动力学精密定轨

利用GRACE和SWARM重力卫星星载GPS观测数据,基于简化动力学方法进行精密定轨,通过相位观测值残差分析、重叠轨道对比和科学轨道对比进行轨道精度检核。GRACE和SWARM卫星相位观测值残差RMS值稳定在6 mm左右,重叠轨道对比差值RMS在径向、切向和法向均优于1.24 cm;通过与GFZ和ESA提供的GRACE卫星与SWARM卫星精密轨道对比,GRACE卫星简化动力学轨道在R,T,N方向的轨道精度分别达到1.3 cm、2.1 cm和1.3 cm;SWARM卫星简化动力学轨道在径向、切向和法向的轨道精度分别达到0.8 cm、1.3 cm和1.6 cm。实验表明,基于简化动力学方法,GRACE和SWARM卫星定轨精度均到达厘米级。