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基于EMD迭代阈值滤波的GNSS多径效应抑制方法技术

技术编号:10220846 阅读:365 留言:0更新日期:2014-07-16 20:58
本发明专利技术公开一种基于EMD迭代阈值滤波的GNSS多径效应抑制方法,对测量误差EMD分解得到N个本征模态函数分量,多径误差常集中在高阶IMF和余项中,一方面,采用奇异谱分析对EMD分解的N个IMF进行噪声估计,根据估计结果选择前M个IMF用作噪声辅助数据分析,得到测量误差的EMD分解结果;另一方面,采用随机采样第1个IMF数据的方式,构造与原信号具有相同信噪比的多个序列,采用模态单元阈值滤波对序列除噪,平均除噪后的多组结果分离得到GNSS多径误差,将其用于补偿GNSS测量结果即实现其测量过程中多径效应的抑制。本发明专利技术提高EMD分解精度,减小噪声的影响。

【技术实现步骤摘要】
基于EMD迭代阈值滤波的GNSS多径效应抑制方法
本专利技术涉及全球卫星导航系统,具体涉及一种基于EMD迭代阈值滤波的GNSS多径效应抑制方法。
技术介绍
GNSS泛指卫星导航系统,包括全球性、区域性和增强的卫星导航,例如美国的GPS、俄罗斯的Glonass、欧洲的Galileo以及中国的北斗卫星导航系统。GNSS软件接收机通过接收卫星的广播星历信号,测量信号的传输延时,并结合信号的传播速度计算出接收机与卫星的距离来实现定位。由于接收机周围可能含有反射物,使得其接收到的信号是卫星信号与其反射信号的混合信号,信号反射增加了卫星信号的传输延时,所以产生距离计算误差,并最终影响定位结果,这种现象称为多径效应。影响卫星定位精度的误差有很多,近年来研究发现,基于短基线的双差分模型能有效的去除系统误差中的具有相关特性的误差,如卫星钟差、接收机钟差以及电离层、对流层传输延迟等等,但是由于多径误差和接收机内部器件产生的热噪声不具有显著的相关性,所以无法通过双差分模型进行消除。目前抑制多径误差的方法主要包括:空间选择法,即选择合适的接收机工作环境;采用先进的天线技术和接收机硬件技术以及各种运行于接收机内部的自适应滤波方法。基于硬件技术的多径抑制方法,不仅增加了系统的体积和成本(例如增加扼流圈,虽然能抑制来自天线下方的大部 分多径误差,但是对来自天线上方的多径误差效果有限),更重要的是其使用效果并不理想,进而限制了其在低成本特别是民用接收机中的应用。由于基于软件的实时滤波方法具有成本低,实施简单的特点,近年来受到了广泛关注。基于多径误差的时变特性,即其统计特征是随时间变化的,传统的固定结构的滤波器无法使用,所以许多自适应滤波方法被引入到多径误差的抑制过程中,例如基于小波变换的自适应滤波、基于变结构的有限冲激响应(FIR)滤波以及基于EMD的常规自适应滤波,上述方法均在一定的条件下取得了很好的效果,但是由于多径误差与接收机环境密切相关,动态环境下自适应滤波设计复杂,其适用性有待进一步研究。EMD是一种数据驱动的自适应分解方法,它基于任意信号均由一组本征模态函数组成的假设,将信号按不同的波动和趋势进行逐级分解,最终得到频率逐级降低的一组本征模态函数(IMF)。如果接收机工作于动态模式下其多径误差的变化具有一定的随机性,但是其幅值往往大于热燥声,频率小于热噪声。
技术实现思路
专利技术目的:为解决现有技术中存在的不足,本专利技术提供一种基于EMD迭代阈值滤波的GNSS多径效应抑制方法。技术方案:本专利技术的一种基于EMD迭代阈值滤波的GNSS多径效应抑制方法,包括以下步骤:(I)对GNSS短基线的双差分残差信号e⑴进行EMD分解,得到一组IMF^//咕(t)和余项 r (t),即本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种基于EMD迭代阈值滤波的GNSS多径效应抑制方法,其特征在于包括以下步骤:(1)对GNSS短基线的双差分残差信号e(t)进行EMD分解,得到一组IMF和余项,分别为ΣI=1Nimfi(t)]]>和r(t),即e(t)=ΣI=1Nimfi(t)+r(t),]]>其中,IMF是指本征模态函数,i为模态分量阶数,imfi(t)为第i阶模态分量序列,N为分解得到的IMF总阶数,t为残差信号的时间变量;(2)利用奇异谱分析对步骤(1)中的IMF进行噪声估计,确定出噪声占优的前M个IMF分量;(3)设Y(t)为噪声辅助分析的序列,初始时设Y(t)=e(t),求解imf(t)i时,将Y(t)逐次加入辅助噪声经EMD分别得到1阶IMF,记结果集为IMFs,设共加入I次噪声,对得到的IMFs取平均,则得到所求IMF分量:且1≤q≤I将Y(t)=Y(t)‑imfi(t)作为分解对象逐次加入噪声继续上述过程得到1阶IMF,依次为imf1~imfM,记R(t)=Y(t)‑imfM为余项;其中,q是指第q次加入辅助噪声得到的IMF编号;(4)对R(t)进行EMD分解得到信号的低频IMF分量,依次为imfM+1~imfN,进而完成含噪声信号的完整EMD分解,N为应用噪声辅助分析后EMD分解得到的IMF总阶数;(5)基于步骤(4)中的IMF分量进行阈值滤波,滤波后重构的信号表示为er(t)=Σi=nmfthr(imfi(t))+Σi=m+1Nimfi(t)+r(t),]]>其中fthr(imfi(t))为阈值滤波函数,其中1≤n≤m‑1,m、n分别为阈值滤波的上界和下界;(6)将er(t)用于GNSS双差分测量结果X(t)的实时补偿数据,X(t)‑er(t)即为去掉多径误差后的GNSS测量结果。...

【技术特征摘要】
1.一种基于EMD迭代阈值滤波的GNSS多径效应抑制方法,其特征在于包括以下步骤: (1)对GNSS短基线的双差分残差信号e(t)进行EMD分解,得到一组IMF和余项,分别为 2.根据权利要求1所述的基于EMD迭代阈值滤波的GNSS多径效应抑制方法,其特征在于:所述步骤(3)中加入的辅助噪声为白噪声,该白噪声满足(O,σ2)分布,σ的取值范围为 0.01 ~0.5。3.根据权利要求1所述的基于EMD迭代阈值滤波的GNSS多径效应抑制方法,其...

【专利技术属性】
技术研发人员:陈熙源崔冰波
申请(专利权)人:东南大学
类型:发明
国别省市:江苏;32

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