[發明專利]GNSS測站坐標時間序列周期性探測方法及系統

有效

• 申請號: 201910579540.2
• 申請日: 2019-06-28
• 公開（公告）號: CN110398753B
• 公開（公告）日: 2023-06-06
• 發明（設計）人: 周曉慧;姜衛平;楊藝林;范文藍
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01S19/08
• 分類號: G01S19/08;G01S19/20;G01S19/24
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 嚴彥

本發明提供一種GNSS測站坐標時間序列周期性探測方法及系統，包括獲取GPS測站坐標時間序列觀測值，剔除粗差并修正天線相位中心偏差；采用周期圖法對GPS測站坐標時間序列進行初步頻譜分析，獲取對應測站若干個主要周期頻率，按照主頻的振幅大小進行排序；采用諧函數描述GPS測站坐標時間序列，獲得GPS測站坐標時間序列的諧函數模型，并構建諧函數模型矩陣；采用主頻作為先驗約束，獲得多個周期性信號的備選頻率；基于最小二乘準則解算諧函數模型，獲取優選的頻率并采用假設檢驗方法驗證備選頻率，構建包含多個優選頻率的諧函數模型；根據假設檢驗驗證后的備選頻率，基于最小二乘準則解算諧函數模型矩陣，獲得對任一GNSS測站周期性信號的探測結果。

技術領域

本發明屬于GNSS數據精密處理技術領域，具體涉及一種GNSS測站坐標時間序列周期性探測方法及系統。

背景技術

GNSS測站坐標時間序列反映了測站位置隨時間變化的規律特征?，F有的GNSS測站坐標時間序列預測估計模型通常包含長期趨勢項和季節性信號。目前最廣泛的做法為，將周期性信號簡單地作為周年信號和半周年信號及其組合作為常數參數廣泛應用(BlewittandLavallée,2002)，一般采用周年周期及其諧波和常數振幅的正弦曲線建模(Nicolaidis,2002)。

GNSS測站坐標時間序列中存在的季節性信號是對環境變化的響應。然而，數據處理分析策略與GPS相關的技術因素、固體地球質量負荷、大氣壓負荷、水儲量變化、巖石熱膨脹、降雨、多路徑效應等因素的綜合影響，導致GNSS測站坐標時間序列中的季節性信號呈現周期性可變特征(Davis,Wernicke?et?al.,2012)。田云鋒(2011)對青藏高原和喜馬拉雅地區的GPS垂向分量分析發現存在明顯的相位變化，推斷是受到地表水體因子控制；而在CMONOC及周邊IGS臺站的位置時間序列中均發現了周期約為351/n(n＝1,…,6)天的“異?！敝芷陧?，并認為地表質量負荷并非該異常周期項的來源。

目前GNSS測站坐標時間序列周期性探測方法存在不足：將周期性信號簡單地當作周年信號和半周年信號及其組合進行描述，對速率估值及其不確定性都會產生明顯影響。針對此項不足，Amiri-Simkooei?et?al.,(2007)提出了利用最小二乘諧波(Least?SquareHarmonic?Estimation，簡稱LSHE)估計方法對周期性信號進行探測。然而，采用LSHE方法存在兩大問題：(1)理論上而言，不采用任何先驗約束的情況下，周期信號及其諧波信號有無限多個組合的可能性，這將造成估計結果的可靠性不強；(2)任意諧波信號的組合，周期性信號頻率相近時，易出現奇異情況，可能造成相近頻率周期性信號的判定錯誤，最終導致周期性信號建模的錯誤。

發明內容

針對上述現有技術存在的兩大問題，本發明提供了一種GNSS測站坐標時間序列周期性探測方法及系統，以周期圖法結果作為約束信息，減少組合周期性信號的備選項；顧及線性模型系數矩陣的結構，解決臨近頻率的奇異問題；并利用諧函數和最小二乘準則，實現GPS測站坐標時間序列周期性探測方法。

本發明所采用的技術方案提供一種GNSS測站坐標時間序列周期性探測方法，包括以下步驟，

步驟1，獲取GPS測站坐標時間序列觀測值；

步驟2，剔除GPS測站坐標時間序列觀測值粗差并修正天線相位中心偏差，得到修正后的GPS測站坐標時間序列；

步驟3，采用周期圖法對步驟2中獲取的GPS測站坐標時間序列進行初步頻譜分析，獲取對應測站若干個主要周期頻率，按照主頻的振幅大小進行排序；

步驟4，采用諧函數描述GPS測站坐標時間序列，獲得GPS測站坐標時間序列的諧函數模型，并構建諧函數模型矩陣：

步驟5，采用步驟3中主頻作為先驗約束，獲得多個周期性信號的備選頻率；基于最小二乘準則解算諧函數模型，獲取優選的頻率并采用假設檢驗方法驗證備選頻率，構建包含多個優選頻率的諧函數模型；