三种GNSS高程时序降噪方法的效果对比分析

为了探究经验模态分解(EMD)、整体经验模态分解(EEMD)和小波降噪三种方法的降噪性能,以中国区6个国际GNSS服务(IGS)站高程分量的5?a、10?a和20?a时序数据为例,对它们的降噪结果进行比较分析.?首先利用线性拟合分离趋势项,并采用3σ准则剔除异常值,得到满足符合降噪要求的样本序列;然后分别用这三种方法分...     

联合LMD与EMD的GNSS站坐标时间序列去噪方法

针对GNSS站坐标时间序列信噪不易分离的问题,在传统EMD去噪方法的基础上,本文提出了一种联合LMD与EMD的坐标时间序列去噪方法。该方法首先采用LMD分解原始坐标时间序列,基于连续均方误差（CMSE）原则分离高频噪声与低频信号,保持低频分量不变;然后对高频分量进行EMD去噪;最后以2次分解所得低频信号之和作为去噪后时间序列。以仿真数据与8个GNSS基准站实测数据进行试验,通过多种评价指标进行精度评估。结果表明,与传统EMD方法相比,联合LMD与EMD的方法能够更加精确地去除坐标时间序列中的噪声。     

利用MSMPCA去噪的CEEMD方法监测高频GNSS同震形变

考虑到全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)地震信号的非线性和非平稳性,利用一种多尺度多方向主成分分析(multiscale multiway principal component analysis,MSMPCA)去噪的完备总体经验模态分解(complete...     

联合EMD与核主成分分析的激光陀螺信号消噪

为了有效抑制激光陀螺的随机漂移,提高其惯导精度,提出了一种联合经验模态分解(EMD)和核主成分分析(KPCA)的陀螺信号消噪方法。该方法利用EMD将陀螺信号分解为一组内蕴模态函数(IMF),基于EMD噪声能量分布模型,近似估算各层IMF中的噪声能量;然后利用KPCA分解各层IMF,根据噪声能量自适应地选择应保留的主成分分量,以剔除各层IMF中的噪声实现陀螺信号的消噪。通过实验将该方法与小波去噪算法进行对比,利用交叠式Allan方差和经、纬度误差分析不同方法对陀螺信号的消噪效果。实验结果表明,相比经典的小波消噪方法,本文方法的消噪效果有一定程度的提高,可以更有效地抑制陀螺信号的随机漂移。     

小波去噪与北斗三频信号周跳探测与修复

传统的三频伪距相位组合方法易受到伪距观测噪声的影响,难以检测不敏感的小周跳.三个频率的载波相位观测数据组成的无几何距离组合(GF)方法具有检测敏感小周跳的能力,但存在病态方程组的问题.鉴于此,提出了一种利用小波去噪的无几何伪距相位组合与GF组合建立组合模型的方法,即利用小波变换对伪距观测值进行去噪,通过选择最优组合系数,构建优化的组合模型.该方法通过小波去噪保证了源数据的质量,采用无几何伪距相位组合与GF组合模型提高了周跳检测和修复的准确性,同时病态方程组问题得到解决.最后利用最小二乘方法结合正交三角(QR)分解算法,以及用空间搜索和L1范数最小原理固定周跳的最优整数并修复周跳,采集北斗卫星导航系统(BDS)三频测量数据用于实验验证.实验结果表明：小波变换去噪的优化组合模型可以检测和修复各种周跳,尤其是对不敏感的小周跳.     

基于独立分量法的新疆GNSS时间序列共模误差分析CSCD

共模误差(CME)是区域连续全球卫星导航系统(GNSS)网中的主要误差来源之一.针对GNSS时间序列具有非高斯分布特征,基于二阶统计量的主成分分析(PCA)难以准确提取出CME分量问题,采用具有高阶统计量的独立分量分析(ICA)对CME进行提取.以2011—2018年新疆区域GNSS坐标时间序列为例,将PCA滤波效果进行对比验证,分析了CME对GNSS坐标时间序列的影响,并对CME序列进行周期分析.结果表明:前6个独立分量包含CME分量,这可能与卫星轨道、地表质量负荷和时钟误差有关,ICA滤波后东(N)、北(E)、天顶(U)三个方向的均方根(RMS)值分别降低31.83%、32.29%、35.49%,速度不确定度分别降低44.14%、38.49%、43.32%,各测站的周期项振幅较滤波前更一致,有效地剔除了CME,提高了坐标时间序列的精度.     

多指标融合的小波去噪最佳分解尺度选择方法1

借助最小均方根误差、信噪比及光滑度变化随小波分解尺度增加的收敛特性,提出了一种多指标融合的小波去噪最佳分解尺度选择方法。该方法利用信息熵来融合小波去噪过程中不同方面的变化特征,能够更全面地反映小波去噪结果与分解尺度间的对应关系;通过定量识别融合指标变化的拐点,能够有效识别小波去噪的最佳分解尺度。针对不同类型的去噪信号进行实验分析并与现有方法进行比较,验证了本文提出方法的有效性与优越性。     

联合加权小波和EEMD的GNSS坐标时间序列降噪分析

针对GNSS坐标时间序列中有用信号与噪声难以准确分离这一问题,本文提出加权小波Z变换(weighted wavelet Z-transform, WWZ)和集合经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition,EEMD)的降噪方法.通过对西北地区70个陆态网络连续站垂向坐标时间序列的降噪处理,分别采用均方根误差(root mean squared error,RMSE)、信噪比(signal to noise ratio,SNR)、闪烁噪声(flicker noise,FN)振幅及速度不确定度为评价指标,验证了本文方法的降噪效果在一定程度上优于小波降噪和EEMD降噪.结果显示：WWZ-EEMD相比小波降噪和EEMD降噪,降噪后信号序列RMSE分别降低了0.331 mm、 0.757 mm,SNR分别提高了1.911 dB、3.635 dB;FN振幅及速度不确定度均有明显改善,验证了本文降噪方法的有效性.     

基于GNSS多径信号的反射面参数估计算法

全球卫星导航系统(GNSS)多径信号广泛存在于城市峡谷等复杂导航定位场景中.多径信号在干扰GNSS接收机并造成系统定位精度下降的同时,也为接收机提供了周边反射面环境信息.在码相位延迟幅度联合跟踪算法(CADLL)实现GNSS多径信号感知和特征参数提取的基础上,设计实现了基于粒子滤波的反射面参数估计算法.该算法可以在GN...     

联合高度角与信噪比的精化随机模型及其对高纬度精密单点定位的影响

利用主成分分析法(PCA)确定了观测噪声中高度角和信噪比(SNR)的贡献,在此基础上建立了精化的全球卫星导航系统(GNSS)随机模型,并验证了基于此随机模型的高纬度测站精密单点定位(PPP)效果.结果表明:在高纬度地区精化随机模型相比于仅顾及高度角或SNR的传统随机模型效果更佳,定位精度较高度角模型提高约30％,较SN...     

小波阈值去噪法在非稳定信号处理中的应用

高大建筑物和工业设施等的变形监测数据一般都是含噪的信号,需要对其进行降噪处理,获取其准确的变形信息,以便掌握真实的变形情况。由于监测数据都是非稳定的信号,通常采用小波阈值降噪法对其处理,但传统的软硬阈值进行降噪的效果不佳,需对其进行改进。文中采用3种改进的小波阈值降噪法与传统的方法进行比较,通过对信噪比和均方差的分析,获得适合于变形监测数据的非稳定信号的降噪方法。     

一种利用级联小波变换的ICES at-GLAS 波形去噪方法

波形去噪是大光斑星载激光雷达数据处理和应用结果可靠性的重要保障。针对ICESat-GLAS回波波形中的噪声问题,构建一种自适应阈值的级联离散小波变换的方法,可实现对地球科学激光测高系统(GLAS)回波信号的去噪处理,该方法既能够使高频信号得到再分解,又降低小波包变换去噪的复杂度。通过与传统的小波噪声阈值去噪等方法的对比分析,可以发现:在同样的小波分解层次下,文中构建的方法要优于传统的小波噪声阈值法,有助于ICESat-GLAS大光斑激光雷达波形数据去噪处理。     

含缺值GNSS基准站坐标序列的非插值小波分析与信号提取

受多种因素影响,GNSS基准站坐标序列通常都含有缺值,传统小波分析需要对缺值数据进行内插或补零处理。本文基于小波系数与时间序列观测数据的重构关系,提出了一种非插值的二进小波变换的最小范数解法,导出了相应的计算式,并严格证明了传统的补零处理算法与本文的最小范数解法等价。最后利用中国地壳运动观测网络一期27个基准站实测数据以及模拟数据进行了验证分析。结果表明,本文的非插值算法与插值算法提取的信号差异较小,27个基准站坐标序列的平均残差中误差仅相差2.01%(North),0.54%(East)和1.26%(Up),两种算法提取的信号之差与信号平均方差比仅相差1.16%(North),0.54%(East)和1.62%(Up)。     

高分二号卫星影像自适应模糊阈值法小波去噪

高分二号卫星影像提供了丰富的图像信息,高分二号影像数据的发布打破了我国高分辨率对地观测数据长期依赖进口的局面。但是图像在传输和保存过程中会有噪声干扰,如果感兴趣区域受到污染,则会导致该区域内的影像信息不能被充分利用。为了解决高分二号遥感影像去噪这一难题,本文采用自适应模糊阈值法去噪方式,该方法根据各个尺度下噪声方差建立的自适应模糊阈值函数非线性处理后,重新构造作为新的小波系数,经小波逆变换后得到去噪图像。通过与均值滤波器滤波、高斯平滑滤波、中值滤波器滤波、小波全局阈值去噪和Birge-Massart策略阈值法去噪比较,结果表明,自适应模糊阈值去噪法充分结合软硬阈值处理方式的优点,既保留图像细节又使图像更加平滑,图像整体信息完好,去噪效果更为理想。     

Weighted discriminators for GNSS BOC signal tracking

Modern Global Navigation Satellite System including Galileo and GPS III will employ multiplexed binary offset carrier (MBOC) modulation to achieve spectrum separation and enhanced tracking performance. A challenge of the MBOC or BOC signal tracking is the presence of ambiguities due to multiple sidepeaks of the autocorrelation functions. Several different techniques including multi-correlator and double estimator schemes have been proposed to address the ambiguity issue. We propose a class of ambiguity-free code tracking techniques by exploiting the unique features of the BOC modulation. In the proposed architecture, the incoming BOC-modulated signals are correlated with BOC-modulated replica and the spreading codes, respectively. Through a multiplicative combination strategy of the two correlator outputs, a noncoherent weighted discriminator is formed and shown to possess the ambiguity-free property. The multipath effect is assessed and compared with existing early-minus-late power and autocorrelation sidepeak cancellation technique discriminators. The noise effects of the theory and simulation are also discussed. In order to further verify the proposed scheme, a set of field data of a Galileo in-orbit validation satellite is collected and processed. It is demonstrated that the proposed method is simple to implement, free from ambiguities, and yields acceptable performance in the presence of multipath and noise.     

GNSS信号土壤衰减模型的试验验证方法

GNSS（global navigation satellite system）信号在土壤中的衰减情况对于研究GNSS反射信号的有效遥感深度具有重要意义。本文通过试验研究了北斗信号与GPS（global positioning system）信号在土壤中的衰减情况。在试验设计上将GNSS天线置入土壤中并不断改变天线上方的土壤厚度与湿度以采集GNSS信号的功率衰减数据,最后利用这些数据反演土壤湿度以对GNSS信号土壤衰减模型进行验证。试验结果表明,土壤能够使GNSS信号发生明显的衰减。土壤的湿度值与厚度值越大,GNSS信号功率衰减越严重。在黏土土质,土壤湿度为0.15~0.30 cm³/cm³的情况下,当土壤厚度达到21 cm时,GNSS信号功率已衰减至无法被GNSS接收机测出。进一步根据GNSS信号衰减模型反演土壤湿度,结果显示,模型在土壤厚度大于等于10 cm、卫星仰角高于50°的情况下较为精确,此时利用北斗B1信号与GPS L1信号反演土壤湿度的均方根误差分别小于0.04 cm³/cm³与0.09 cm³/cm³。     

陀螺仪转子电流信号去噪方法研究

磁悬浮陀螺全站仪定向系统中转子电流数据的噪声是影响仪器定向精度的重要因素之一.文章经统计分析知转子电流信号为非平稳信号,对其进行对比分析,确定选取特定的阈值和小波基函数对转子电流信号进行小波阈值去噪.借助信噪比、均方根误差和平滑度多类评价指标的变化特征随小波分解层数增加而收敛的特性,来确定最佳分解层数.实验结果表明:此种方法实现了转子电流有效信号和环境噪声信号的有效分离,剔除了不同观测环境条件下转子电流观测数据的噪声,提高仪器的定向精度.     

基于小波系数相关性的图像去噪

本文提出了一种基于小波系数相关性的图像去噪方法.针对自适应去噪方法平滑掉实际信号的不足,利用小波分解系数近指数的衰减特性及同一尺度上各信号分量的相关性分析,对每个小波系数设置不同的阈值,区别对待信号的低频和高频系数,最后重构小波.实验结果表明,从视觉和峰值信噪比(PSNR)上,本文使用的方法优越于全局阈值法.     

A new multipath mitigation method based on adaptive thresholding wavelet denoising and double reference shift strategy

Multipath disturbance is one of the major error sources in high-accuracy positioning for global navigation satellite system (GNSS). Although various methods based on software and hardware strategies have been developed to mitigate this error, they are still limited by different kinds of factors and the effect is not ideal. After analyzing the existing methods, a new single-difference sidereal filtering method, based on adaptive thresholding wavelet denoising and double reference shift strategy (ATDR), is proposed to mitigate multipath effects for static short-baseline GNSS applications. The key idea of the proposed method is the use of both the adaptive thresholding wavelet denoising to extract an accurate multipath correction model from the reference Day and the double reference shift strategy to mitigate multipath for subsequent Day 2 more accurately and efficiently. By applying the introduced adaptive thresholding method, the average improvement rate of the RMS values of the single-difference residuals can reach about 15.82% compared with the constant thresholding method. Moreover, after applying the proposed ATDR method, the 3D positioning precision is improved by about 37.73% for the single epoch mode with 30 s data sampling rate and about 31.22% for the continuous mode with 1 s high sampling rate compared with the original results. Even compared with the constant thresholding single orbital reference (CTSR) method, the improvement percentage is about 33.94% in single epoch mode and about 25.40% in continuous mode for 3D positioning precision, respectively. In conclusion, the results of the two experiments indicate that the proposed ATDR method performs much better than the CTSR method in mitigating multipath for different sampling rates and different processing modes in the measurement domain for GNSS static short-baseline postprocessing applications.     

GNSS非模型化误差处理理论与方法

正由于系统误差的时空复杂特性及认知有限,即使通过了差分和线性组合、经验模型改正及传统参数化吸收等方式,在GNSS观测值中仍然会有残余系统误差的存在,这些残余系统误差可称为非模型化误差。非模型化误差会对GNSS精密定位与导航产生负面作用。为突破现有GNSS应用的精度和可靠性,本文研究了GNSS非模型化误差的处理理论与方法,包括不同应用模式和观测环境下的处理策略,并建立随外界条件变化而自适应调整的非模型化误差处理流程。