复杂环境下GNSS滑坡监测多路径效应分析及处理方法

GNSS-RTK技术用于地形地貌、植被环境较为复杂区域监测形变时,因反射引发的多路径效应会对形变监测结果产生较大影响,严重制约该技术应用于高精度滑坡监测。针对复杂环境下GNSS滑坡监测多路径效应,通过采集秦巴山区监测环境与黄土监测环境下GNSS滑坡形变监测数据,对不同环境的可视卫星观测范围、信噪比及多路径效应序列进行详细分析,并利用恒星日滤波法对多路径效应序列进行修正,验证复杂环境下削弱多路径效应的方法和精度。结果表明:受监测地形影响,多路径效应与低高度角相关关系减弱,采用单一截止高度角削弱多路径效应的方法不适用;复杂环境引起的多路径效应可达2m,其定位精度无法满足形变监测要求;通过小波去噪,对定位结果采用恒星日滤波法提取误差趋势项,并用于相邻两天的定位误差实时修正,发现采用恒星日滤波法进行多路径效应修正后使定位残差提高至毫米级,东、北和高程3个方向精度分别提高84.38%、72.88%、64.84%。     

基于PPP技术的伪距多路径效应分析

从3个方面研究了河北省CORS系统各参考站的伪距多路径效应:1)比较了不同截止高度角条件下（5°、15°和25°）的伪距多路径效应,分析了多路径效应与高度角之间的关系;2)以若干个受多路径影响较为严重的参考站为例,基于其多路径效应的天空分布图（skyplot）分析了不同方位、不同高度角卫星观测值的多路径大小,同时对相应测站环境进行考察,验证了多路径效应的环境影响因素;3)利用PPP技术分别处理了受多路径影响最强和最弱的两参考站：永清和安新站同一天的观测数据,考察了多路径效应对PPP位置估值的收敛时间和收敛稳定性的影响。     

接收机天线姿态对多路径效应的影响研究

为探究GNSS动态精密测量中天线倾斜姿态对卫星信号多路径延迟影响的规律,建立卫星与倾斜天线间的相对位置关系,根据多路径效应综合指标,进行理论分析与实验验证。结果表明,天线姿态发生倾斜时,多路径效应明显增加,有效观测值数量降低,定位精度变差;多路径延迟的大小与天线倾斜方向及角度有关,处于不同方位、高度的卫星信号的多路径延迟具有不同的变化规律。     

对流层延迟对高差较大GPS测站短基线时间序列的影响分析

选择5对IGS测站短基线作为研究对象,使用两种不同的基线解算方案进行数据处理,基于小波分析方法研究对流层延迟估计对高差较大GPS测站短基线时间序列的影响。结果表明,对于高差大于100 m的短基线,不估计对流层延迟会使高程方向时间序列出现虚假的季节性变化,周年振幅影响最大可达17.7 mm,估计对流层延迟后该季节信号显著减弱;此外,还发现不估计对流层延迟时,测站间天顶总延迟差异与基线高程方向产生的偏差具有一定的相关性。     

BDS-2和BDS-3卫星伪距多路径偏差特性比较

通过分析2016-07-01 JFNG测站BDS-2卫星伪距多路径组合（MP组合）的特征,证实BDS-2卫星的伪距观测值存在与卫星高度角有关的伪距多路径偏差,且该偏差与卫星类型和信号频率有关。利用SGG0站2017-07-10~07-20的数据计算BDS-3卫星的MP序列,通过三次多项式拟合建立每一颗卫星在各个频率上的高度角模型发现,对应的系数接近0,说明BDS-3卫星伪距观测值几乎不存在伪距多路径偏差。     

基于EMD和小波的GPS/BDS变形监测中的多路径误差削弱方法

针对GPS/BDS实时监测坐标序列中多路径误差的周日重复特性和高频随机噪声,分别采用EMD以及EMD与小波阈值去噪相结合的方法对现有坐标序列构建多路径时序模型,并通过恒星日滤波削弱后续坐标序列中具有强相关性的多路径误差。实测数据的处理结果表明,EMD可以很好地去除GPS/BDS实时监测序列中的高频随机噪声并削弱多路径误差的影响,提高实时监测精度50%左右,EMD和小波组合方法较单EMD效果稍好。     

HHT-EEMD用于IGS站高程时间序列分析

利用经验模态分解（EMD）和整体经验模态分解（EEMD）方法,将BJFS站2000~2015年高程时间序列进行分解,发现其不仅存在1 a、0.5 a、0.25 a、2个月、1个月以及长周期等周期项,还存在以往方法很难探测出来的近似2 a周期信号。与EMD分解结果对比,整体经验模态分解可以明显减弱模式混叠现象。对各分量进行Hilbert 变换（HHT）,得到时间-频率-能量的Hilbert 频谱图。结果表明,年周期和2 a周期变化是高程运动的主要贡献项。利用小波变换方法对比验证EEMD的分解结果表明,与小波分析相比,EEMD重构信号与高程序列差异的RMS更小,证明了HHT-EEMD方法在数据资料分析过程中的有效性。对环境负载及GRACE负载造成的测站位移进行功率谱分析得出,环境负载确实会造成IGS站高程时间序列的1 a、0.5 a以及季节性运动,GRACE负载还验证了2 a信号的存在。     

安卓智能手机GNSS数据筛选方案研究

通过设置两种不同的遮挡环境,对测地型接收机和智能手机静态采集的测量数据进行对比分析。结果表明,智能手机可接收部分非直射卫星信号,受多路径效应干扰明显。根据非直射卫星信号的数据特征设计智能手机原始GNSS数据筛选方案,静态定位实验结果表明,应用数据筛选方案能够显著提升智能手机在复杂环境下的定位精度。智能手机SPP定位算法和RTK定位算法平面方向的定位精度可提升20%~40%,高程方向的定位精度可提升30%~60%。     

GPS/QZSS在亚太地区实时相对定位性能分析

利用BNC(BKG NTRIP client)传输的实时观测数据,从可见卫星数、位置精度因子(position dilution of precision, PDOP)、多路径效应、信噪比和实时相对定位精度等方面对GPS和QZSS在亚太地区的定位性能进行评估和分析。结果表明,QZSS与GPS组合后,可见卫星数增加,卫星几何构型更好,可提高定位精度的可用性和可靠性;QZSS卫星多路径效应的变化规律与GPS卫星一致,且QZSS卫星各频点的多路径误差大多小于GPS卫星;GPS和QZSS卫星各频点的信噪比随高度角变化趋势基本相同;在N、E、U方向上,GPS/QZSS组合的实时相对定位精度比GPS有所提升。     

基于改进EEMD的GPS多路径误差建模与削弱方法研究

引入一种改进的集合经验模式分解方法（improved ensemble empirical mode decomposition,IEEMD）进行多路径误差的建模。与EEMD方法相比较,IEEMD方法可以有效地克服模态分量数目不一致和分解不彻底等问题,并将原始序列分解为不同尺度的模态分量。同时,考虑到不同模态分量中高斯白噪声的能量密度与平均周期之积为常数,设计一种自动选择尺度与重构的方法,用于模态分量的选择与重构,进而构建GPS多路径误差模型。在此基础上,采用恒星日滤波技术,进行邻近周日GPS坐标序列中多路径误差的实时削弱。实验结果表明,采用同样的尺度选择方法和恒星日滤波技术,使用IEEMD方法可以得到比EEMD方法精度更高的GPS坐标序列。     

BDS多路径效应特征及其对静态基线解精度的影响

为研究BDS载波相位多路径效应的特征,在强多路径环境下进行连续多天短基线静态数据采集,并计算双差观测值残差序列,分GEO、IGSO、MEO 3类卫星分析BDS多路径重复性,在此基础上研究多路径效应对BDS静态基线解精度的影响。结果表明,BDS多路径误差具有较强的重复性,其中GEO及IGSO卫星的多路径误差重复周期为1 d,MEO卫星的多路径误差重复周期为7 d;GEO卫星的多路径误差具有系统性偏移,但不是一个常数,而是随时间发生缓慢变化,因此长时间的静态观测并不能平滑该误差,从而导致在较强多路径环境下,BDS多路径误差对其静态解的影响可达cm级。     

采用变系数回归模型提取GPS坐标序列季节性信号

提出采用变系数回归模型提取连续GPS坐标序列中包含的振幅时变季节性信号。对模拟数据及实际GPS坐标序列两组数据的分析结果表明,变系数回归模型在提取GPS坐标序列季节信号方面比传统模型更有效。经处理,GPS坐标序列能获得更合理的速度及噪声估计。     

最小二乘谐波估计对GNSS坐标时间序列多路径效应提取能力的研究

在对比分析单元谐波估计与多元谐波估计这2种最小二乘谐波估计方法的数学原理及实现方法基础上,基于实际监测点的GNSS坐标时间序列,通过实验对比2种方法在提取多路径效应方面的效果.结果表明,单元谐波估计和多元谐波估计均能较好地提取多路径效应;在未发生数据中断的情况下,相比于单元谐波估计,多元谐波估计的去噪效果更明显,E、N...     

海潮负荷地心运动对GPS坐标时间序列周期信号的影响分析

分别采用地球系统质心（center of mass of the whole earth system, CM）和固体地球质心（center of mass of the solid earth, CE）框架的海潮负荷(ocean tide loading, OTL)改正计算132个全球站的静态精密单点定位PPP坐标,分析海潮负荷引起的地心运动对GPS坐标时间序列的影响。结果表明：1）海潮负荷地心运动在水平和垂直方向上引起的坐标差异分别为0.7 mm和1.3 mm,海潮负荷地心运动对坐标时间序列的影响具有显著的区域分布特征;2）在CM-OTL和CE-OTL中,海潮负荷效应引起的周期信号明显减小,海潮负荷改正所属框架与GPS轨道所属框架的不一致将引入GPS交点年信号、14 d、9 d信号;3）利用IGS精密轨道进行PPP计算时,应采用CE框架进行海潮负荷改正。     

PCA和KLE在高采样率GPS定位中的应用

为抑制多路径误差和随机噪声以提高定位精度,引入主成分分析（PCA）和KLE变换方法对定位坐标序列随机噪声水平进行评价、提取和消除多天坐标序列中的多路径误差。对比分析结果表明,主成分系数比值能有效地反映出强随机噪声对某天定位坐标序列的影响,PCA方法能有效地提取和消除多天定位坐标序列中的多路径误差,显著提高定位精度。KLE变换对随机噪声污染不敏感,对多路径误差的滤波能力较PCA略弱,但其对随机噪声以及局部异常具有较好的抑制作用。     

BDS三频观测值多路径误差的差异性分析

BDS分布在3个不同高度的轨道上且同时播发3种频点的信号数据,导致其观测值多路径误差可能在星座间、频点间存在差异。基于此,利用我国iGMAS跟踪网络和国际MGEX跟踪网络的17个GNSS多模观测站数据,从高度角、信号频点、接收机类型、跟踪站分布以及卫星星座等5个方面进行BDS多路径误差的差异性分析,同时与同源观测站上的GPS观测值多路径误差进行对比。结果表明,B3频点的多路径误差最小;3种星座间,GEO卫星的多路径误差最小;BDS的GEO卫星和IGSO卫星的多路径误差在地域上无明显的差异;BDS的B3频点上的多路径误差优于GPS 3个频点上的对应结果,BDS的B1和B2频点与GPS的L1和L2频点上多路径误差的精度相当。     

Some Problems on the Global Wavelet Spectrum

In order to test the validity of the global wavelet spectrum - a new period analysis method based on wavelet analysis, we carried out some simple experiments. In our experiments we used idealized time series and real Nifio 3 sea surface temperature （SST） for testing purposes. First we combined different signals which have the same power but different periods into some new time series. Then we calculated the global wavelet spectra and Fourier power spectra for the testing time series. The testing results revealed that on some occasions the global wavelet spectrum tends to amplify the relative power of longer periods. By making comparisons with the results obtained by the traditional Fourier power spectrum, we demonstrated that on an occasion when the global wavelet spectrum does not work the Fourier power spectrum can be used to achieve the right results. Hence it is recommended that when making period analysis with the global wavelet spectrum one needs to do further tests to confirm their results.