[發(fā)明專利]基于HHT和支持向量機的周跳探測與修復方法

有效

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• 申請日: 2013-10-28
• 公開（公告）號: CN103576167A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發(fā)明（設計）人: 雷雨;趙丹寧;高玉平;蔡宏兵
• 申請（專利權）人: 中國科學院國家授時中心
• 主分類號: G01S19/21
• 分類號: G01S19/21;G01S19/27
• 代理公司: 西北工業(yè)大學專利中心 61204
• 代理人: 顧潮琪

技術領域

本發(fā)明涉及衛(wèi)星導航精密定位技術領域，具體涉及一種周跳探測與修復方法。

背景技術

衛(wèi)星導航定位的原理是，當衛(wèi)星位置已知時，通過測量四顆以上的衛(wèi)星到同一接收機的距離可以解算出接收機的三維坐標。當前用于定位解算的測量值主要有偽距測量值和載波相位測量值這兩種，其中偽距測量值的誤差大，定位精度不高；同偽距測量值相比，載波相位測量值的誤差小，用于定位時，絕對定位的精度可達厘米級，相對定位精度可達毫米級。因此在高精度定位接收機中，普遍采用載波相位測量值來進行定位。

載波相位測量值由初始整周未知數(shù)、載波相位整周數(shù)和不足整數(shù)的小數(shù)三部分組成，其中，初始整周未知數(shù)無法事先知道，所以又稱整周模糊度；小數(shù)部分由接收機鑒相器獲得；整數(shù)部分由接收機電子計數(shù)器獲得。由于山脈或建筑物的遮擋、惡劣的電離層條件和接收機內(nèi)置軟件錯誤等原因，導致信號失鎖，從而引起整周計數(shù)錯誤，產(chǎn)生所謂的周跳現(xiàn)象。周跳是載波相位測量值的特有問題，它給整周模糊度引入了整周數(shù)的偏差，進而影響定位的精度以及可靠性，僅一周的周跳就會導致二十厘米的定位誤差。因此，在高精度載波相位定位中，必須能及時發(fā)現(xiàn)周跳并正確的給予處理，這就需要一種有效的周跳探測與修復方法。

目前，已有多種方法用于探測與修復周跳，這些方法大致可分為兩類：

第一類方法是既可以用于單頻接收機，又可用于多頻接收機，如高次差法、多項式擬合法、多普勒頻移法、Kalman濾波法和碼相二次差等方法。高次差法只能探測大周跳，且難以修復周跳；多項式擬合法探測周跳的能力取決于數(shù)據(jù)采樣間隔，難以探測小周跳；多普勒頻移法要求接收機能觀測多普勒頻移量，其測周跳的能力與數(shù)據(jù)采樣間隔有關；Kalman濾波方法僅適用于載體作勻速運動且信號失鎖較短的情況；碼相二次差方法易受偽距測量噪聲的影響，探測效果不理想。

第二類方法是僅適用于多頻接收機，如電離層殘差法、寬巷組合法、偽距/載波相位組合法等。電離層殘差法能探測小周跳，但是當雙頻載波相位同時發(fā)生周跳且周跳大小之比接近頻率比時，該方法失效；寬巷組合法探測周跳的能力強，但要求接收機能接收雙頻精密P碼數(shù)據(jù)，這限制了其應用；偽距/載波相位組合法探測周跳的能力依賴于偽距測量精度，通常難以探測小周跳。

可見上述方法都存在一定的局限性，尤其對于單頻接收機而言，普遍難以探測和修復小周跳。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種載波相位測量中基于HHT和支持向量機的周跳探測與修復方法，對周跳檢驗量的時間序列經(jīng)EMD分解后，對IMF分量作Hilbert變換，根據(jù)高頻IMF分量的Hilbert幅值探測周跳，再結合支持向量機回歸技術修復周跳，提高了周跳探測的靈敏度以及周跳修復的準確性。

本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案包括以下步驟：

步驟1、根據(jù)偽距和載波相位觀測數(shù)據(jù)構成碼相二次差時間序列D(t)，歷元t＝1～L,其中L為大于1的自然數(shù)；

步驟2、對時間序列D(t)通過EMD分解算法進行多時間尺度分解，得到n個IMF分量和一個趨勢分量，其中n為大于1的自然數(shù)；

步驟3、對各IMF分量進行Hilbert變換，得到各分量的Hilbert幅值；

步驟4、判斷各分量的Hilbert幅值在t歷元是否發(fā)生突變；

如果各分量imf_i的Hilbert幅值在t歷元同時發(fā)生突變，則認為在t歷元發(fā)生周跳，記錄在該歷元幅值發(fā)生突變的分量，執(zhí)行步驟5；

如果各分量imf_i的Hilbert幅值在t歷元沒有同時發(fā)生突變，則認為沒有發(fā)生周跳，對歷元t加1，繼續(xù)執(zhí)行步驟4；

其中，判斷各分量的Hilbert幅值在t歷元發(fā)生突變的條件為：

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