留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

全球定位系统

高频GNSS信号去噪的小波和多方向主成分分析

李保金 李艳艳

李保金, 李艳艳. 高频GNSS信号去噪的小波和多方向主成分分析[J]. 全球定位系统, 2021, 46(4): 33-39. doi: 10.12265/j.gnss.2021020601
引用本文: 李保金, 李艳艳. 高频GNSS信号去噪的小波和多方向主成分分析[J]. 全球定位系统, 2021, 46(4): 33-39. doi: 10.12265/j.gnss.2021020601
LI Baojin, LI Yanyan. Combined method of wavelet and MPCA for high-rate GNSS signal denoising[J]. GNSS World of China, 2021, 46(4): 33-39. doi: 10.12265/j.gnss.2021020601
Citation: LI Baojin, LI Yanyan. Combined method of wavelet and MPCA for high-rate GNSS signal denoising[J]. GNSS World of China, 2021, 46(4): 33-39. doi: 10.12265/j.gnss.2021020601

高频GNSS信号去噪的小波和多方向主成分分析

doi: 10.12265/j.gnss.2021020601
基金项目: 山东省自然科学基金(ZR2019BD006);国家自然科学基金(41804001)
详细信息
    作者简介:

    李保金:(1998—),男,主要从事高频GNSS数据处理方法的研究

    李艳艳:(1987—),博士,讲师,主要从事高频GNSS数据处理方法及其地震学应用研究

    通讯作者:

    李艳艳 E-mail:yylee@whu.edu.cn

  • 中图分类号: P228.4

Combined method of wavelet and MPCA for high-rate GNSS signal denoising

  • 摘要: 针对传统主成分分析(PCA)忽视测站各坐标分量之间相关性的问题,提出了一种小波去噪和多方向主成分分析(WD-MPCA)组合的方法. 该方法弥补了传统PCA的缺陷,与经验模态分解和主成分分析(EMD-PCA)组合方法及小波去噪和主成分分析(WD-PCA)组合方法相比,WD-MPCA组合方法精度最高. 经WD-MPCA组合方法去噪后,其平均中误差分别为0.83 mm、0.85 mm和8.30 mm,比原始坐标残差时间序列的平均中误差分别降低了81.14%、81.91%和40.37%. WD-MPCA组合方法充分考虑了各测站不同分量之间的相关性,可以有效去除信号中的高频随机白噪声(WN)和低频有色噪声(CN),这对高频全球卫星导航系统(GNSS)技术的实际应用和理论发展具有重要的意义.

     

  • 图  1  美国南加州CRTN观测网络中高频GNSS测站分布图

    图  2  P494站滤波前后GNSS残差时间序列对比图

    图  3  P494站滤波前后滤除的误差曲线对比图

    图  4  滤波前后中误差比较图

    图  5  P494站滤波前后残差时间序列的功率谱密度比较图

    表  1  滤波前后 10 个GNSS 站的残差时间序列的平均中误差 mm

    方向GNSSEMD-PCAWD-PCAWD-MPCA
    E4.403.062.860.83
    N4.703.152.990.85
    U13.929.108.508.30
    下载: 导出CSV
  • [1] BILICH A, CASSIDY J F, LARSON K M. GPS seismology: application to the 2002 MW 7.9 denali fault earthquake[J]. Bulletin of the seismological society of america, 2008, 98(2): 593-606. DOI: 10.1785/0120070096
    [2] 殷海涛, 甘卫军, 肖根如, 等. 利用高频GPS技术进行强震地面运动监测的研究进展[J]. 地球物理学进展, 2009, 24(6): 2012-2019. DOI: 10.3969/j.issn.1004-2903.2009.06.011
    [3] 熊永良, 黄丁发, 徐韶光, 等. 长距离动态GPS数据处理方法与汶川地震引起的动态地壳形变特征分析[J]. 武汉大学学报(信息科学版), 2010, 35(3): 265-269.
    [4] JI C, LARSON K M, TAN Y, et al. Slip history of the 2003 san simeon earthquake constrained by combining 1-Hz GPS, strong motion, and teleseismic data[J]. Geophysical research letters, 2004, 31(17): L17608. DOI: 10.1029/2004GL020448
    [5] 李征航, 黄劲松. GPS测量与数据处理[M]. 武汉: 武汉大学出版社, 2013: 79-82.
    [6] 戴吾蛟, 丁晓利, 朱建军, 等. 基于经验模式分解的滤波去噪法及其在GPS多路径效应中的应用[J]. 测绘学报, 2006, 35(4): 321-327. DOI: 10.3321/j.issn:1001-1595.2006.04.005
    [7] HUANG N E , SHEN Z , LONG S R , et al. The empirical mode decomposition and the Hilbert spectrum for nonlinear and non-stationary time series analysis[J]. Proceedings mathematical physical and engineering ences, 1998, 454(1971): 903-995. DOI: 10.1098/rspa.1998.0193
    [8] 敖敏思, 胡友健, 赵斌, 等. PCA和KLE在高采样率GPS定位中的应用[J]. 大地测量与地球动力学, 2011, 31(6): 145-150.
    [9] ABDI H, WILLIAMS L J. Principal component analysis[J]. Wiley interdisciplinary reviews: computational statistics, 2010, 2(4): 433-459. DOI: 10.1002/wics.101
    [10] WDOWINSKI S, BOCK Y, ZHANG J, et al. Southern california permanent GPS geodetic array: spatial filtering of daily positions for estimating coseismic and postseismic displacements induced by the 1992 landers earthquake[J]. Journal of geophysical research solid earth, 1997, 1021(B8): 18057-18070. DOI: 10.1029/97JB01378
    [11] LARSON K M, BILICH A, AXELRAD P. Improving the precision of high-rate GPS[J]. Journal of geophysical research, 2007, 112(B5): B05422. DOI: 10.1029/2006JB004367.2007
    [12] 殷海涛, 甘卫军, 熊永良, 等. PCA空间滤波在高频GPS定位中的应用研究[J]. 武汉大学学报(信息科学版), 2011, 36(7): 825-829.
    [13] TUCKER L R. Implications of factor analysis of three-way matrices for measurement of change[J/OL]. [2021-02-03]. Problems in measuring change, 1963: 122-137. http://collections.uakron.edu/digital/collection/p15960coll1/id/21916
    [14] 张昊楠, 匡翠林, 卢辰龙, 等. 基于小波滤波和PCA组合的多路径改正方法[J]. 大地测量与地球动力学, 2013, 44(4): 137-141.
    [15] 卢辰龙, 匡翠林, 张昊楠, 等. 组合EMD和PCA的多路径改正方法[J]. 工程勘察, 2014, 42(5): 58-62.
    [16] MANDELBROT B B, VAN NESS J W. Fractional brownian motions, fractional noises and applications[J]. Siam review, 1968, 10(4): 422-437. DOI: 10.1137/1010093
    [17] MONTILLET J P, TREGONING P, MCCLUSKY S, et al. Extracting white noise statistics in GPS coordinate time series[J]. IEEE geoence and remote sensing letters, 2013, 10(3): 563-567. DOI: 10.1109/LGRS.2012.2213576
    [18] REA W, OXLEY L, REALE M, et al. Estimators for long-range dependence: an empirical study[J/OL]. [2021-02-10]. Electronic journal of statistics, 2009. https://www.i-journals.org/ejs/
    [19] 冯宝红, 葛义强. 基于小波降噪的GPS基线解算方法[J]. 南京工业大学学报(自然科学版), 2015, 37(3): 79-84.
    [20] 郭秋英, 胡振琪. 基于小波变换的GPS快速精密定位[J]. 煤炭学报, 2007, 32(11): 1179-1182. DOI: 10.3321/j.issn:0253-9993.2007.11.013
    [21] DONG D, FANG P, BOCK Y, et al. Spatiotemporal filtering using principal component analysis and karhunen-loeve expansion approaches for regional GPS network analysis[J]. Journal of geophysical research, 2006, 111(B3): B03405. DOI: 10.1029/2005JB003806
    [22] CHOI K, BILICH A, LARSON K M, et al. Modified sidereal filtering: implications for high-rate GPS positioning[J]. Geophysical research letters, 2004, 31(22): L22608. DOI: 10.1029/2004GL021621,2004
    [23] WILLIAMS S D P, BOCK Y, FANG P, et al. Error analysis of continuous GPS position time series[J]. Journal of geophysical research: solid earth, 2004, 109(B3): B03412. DOI: 10.1029/2003BJ002741
  • 加载中
图(6) / 表(1)
计量
  • 文章访问数:  55
  • HTML全文浏览量:  17
  • PDF下载量:  6
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2021-02-06
  • 网络出版日期:  2021-08-12

目录

    /

    返回文章
    返回