[發明專利]基于局部均值分解濾波的變形監測GNSS多路徑效應改正方法

在審

• 申請號: 202010866061.1
• 申請日: 2020-08-25
• 公開（公告）號: CN112099067A
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發明（設計）人: 陳旭升;化希瑞;陳倜;丁方;楊登科;陳濤;馬碩;王龍超;張鵬海;翟文博;劉廣南;李銀博;李路沙
• 申請（專利權）人: 中國鐵路設計集團有限公司
• 主分類號: G01S19/42
• 分類號: G01S19/42;G01B7/16
• 代理公司: 天津創智天誠知識產權代理事務所(普通合伙) 12214
• 代理人: 陳昌娟

本發明公開了一種基于局部均值分解濾波的變形監測GNSS多路徑效應改正方法，包括：獲取任意一組連續多天觀測的GNSS原始監測數據，解算得到監測點X、Y、Z三方向的坐標殘差序列并對該殘差序列進行分解處理，得到一系列從高頻到低頻分布的PF分量及一個殘余分量；獲取代表高頻噪聲的PF分量與代表低頻多路徑信號的PF分量的分界點；剔除高頻噪聲信號，利用剩余PF分量及殘余分量構造多路徑重復信號；將提取的前一天的X、Y、Z三方向的多路徑信號對后一天的GNSS坐標殘差序列進行改正處理，以提高GNSS變形監測定位精度。該方法復雜度低、簡單快捷，減弱了多路徑效應對監測點觀測數據造成的影響，提高了GNSS定位精度。

技術領域

本發明涉及多路徑效應改正技術領域，具體是涉及一種基于局部均值分解濾波的變形監測GNSS多路徑效應改正方法。

背景技術

全球導航衛星系統(Global Navigation Satellite System,GNSS)以其全天候、全天時、精度高、自動化等優勢，已廣泛應用于大壩、建筑等高精度的工程結構變形監測領域中。當GNSS應用于工程結構變形監測時，基線布設通常較短，多路徑效應對于短基線GNSS定位精度的影響不容忽視。

目前常用的多路徑效應處理手段有：1)將監測點布設于空曠的地帶；2)從硬件上減弱多路徑效應，例如選擇使用扼流圈天線或在接收機中加入抑制多路徑效應的算法；3)數據后處理方式。但是在某一具體工程結構變形監測項目中，各監測點是已經固定下來的，因此第一種方法不適宜。同時，第二種方法對接收機硬件要求高，成本昂貴，并且殘余的多路徑效應也不容忽視。因此，第三種方法，即數據后處理方式，對于某個具體項目更容易實現。

對于GNSS接收機天線位置和周圍環境保持不變的短基線變形監測，多路徑效應的影響將重復出現，根據這一性質通過數據后處理方式，在坐標域內分析多路徑效應的特征并進行改正處理。同時短基線相對定位中，雙差解算模式可以消除衛星鐘差和接收機鐘差，與基線距離相關的衛星軌道誤差，電離層延遲和對流層延遲也基本被消除，坐標殘差序列中主要為多路徑誤差和高頻隨機噪聲，多路徑效應是短基線相對定位中主要的誤差源，因此要想提高GNSS定位精度，必須消弱多路徑效應的影響。

發明內容

本發明提供一種基于局部均值分解濾波的變形監測GNSS多路徑效應改正方法，用以解決GNSS變形監測中由于多路徑效應對監測點定位精度造成的影響，該方法可以簡單有效地剔除GNSS坐標殘差序列中的隨機噪聲以提取多路徑重復信號，然后對后續坐標殘差序列進行改正處理，從而達到提高GNSS定位精度的目的。

為了達到上述發明目的，本發明采用以下技術方案：

一種基于局部均值分解濾波的變形監測GNSS多路徑效應改正方法，包括以下步驟：

S1、獲取任意一組連續多天觀測的GNSS原始監測數據，并采用雙差模式解算得到監測點的X、Y、Z三方向的坐標殘差序列；

S2、采用局部均值分解法分別對S1得到的X、Y、Z三方向的坐標殘差序列進行分解處理，得到一系列從高頻到低頻分布的PF分量及一個殘余分量；

S3、采用連續均方誤差準則獲取代表高頻噪聲的PF分量與代表低頻多路徑信號的PF分量的分界點；

S4、根據S3得到的分界點剔除高頻噪聲信號，并分別利用剩余PF分量及所述殘余分量構造X、Y、Z三方向的多路徑重復信號；

S5、將S4得到的X、Y、Z三方向的多路徑信號對后一天的GNSS坐標殘差序列進行改正處理。

其中，所述步驟S2包括以下分步驟：

S2.1、記X、Y、Z某方向原始坐標殘差序列為x(t)，計算x(t)的局部均值和局部幅值，有：