[发明专利]基于局部均值分解滤波的变形监测GNSS多路径效应改正方法

说明书

本发明公开了一种基于局部均值分解滤波的变形监测GNSS多路径效应改正方法，包括：获取任意一组连续多天观测的GNSS原始监测数据，解算得到监测点X、Y、Z三方向的坐标残差序列并对该残差序列进行分解处理，得到一系列从高频到低频分布的PF分量及一个残余分量；获取代表高频噪声的PF分量与代表低频多路径信号的PF分量的分界点；剔除高频噪声信号，利用剩余PF分量及残余分量构造多路径重复信号；将提取的前一天的X、Y、Z三方向的多路径信号对后一天的GNSS坐标残差序列进行改正处理，以提高GNSS变形监测定位精度。该方法复杂度低、简单快捷，减弱了多路径效应对监测点观测数据造成的影响，提高了GNSS定位精度。

技术领域

本发明涉及多路径效应改正技术领域，具体是涉及一种基于局部均值分解滤波的变形监测GNSS多路径效应改正方法。

背景技术

全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)以其全天候、全天时、精度高、自动化等优势，已广泛应用于大坝、建筑等高精度的工程结构变形监测领域中。当GNSS应用于工程结构变形监测时，基线布设通常较短，多路径效应对于短基线GNSS定位精度的影响不容忽视。

目前常用的多路径效应处理手段有：1)将监测点布设于空旷的地带；2)从硬件上减弱多路径效应，例如选择使用扼流圈天线或在接收机中加入抑制多路径效应的算法；3)数据后处理方式。但是在某一具体工程结构变形监测项目中，各监测点是已经固定下来的，因此第一种方法不适宜。同时，第二种方法对接收机硬件要求高，成本昂贵，并且残余的多路径效应也不容忽视。因此，第三种方法，即数据后处理方式，对于某个具体项目更容易实现。

对于GNSS接收机天线位置和周围环境保持不变的短基线变形监测，多路径效应的影响将重复出现，根据这一性质通过数据后处理方式，在坐标域内分析多路径效应的特征并进行改正处理。同时短基线相对定位中，双差解算模式可以消除卫星钟差和接收机钟差，与基线距离相关的卫星轨道误差，电离层延迟和对流层延迟也基本被消除，坐标残差序列中主要为多路径误差和高频随机噪声，多路径效应是短基线相对定位中主要的误差源，因此要想提高GNSS定位精度，必须消弱多路径效应的影响。

发明内容

本发明提供一种基于局部均值分解滤波的变形监测GNSS多路径效应改正方法，用以解决GNSS变形监测中由于多路径效应对监测点定位精度造成的影响，该方法可以简单有效地剔除GNSS坐标残差序列中的随机噪声以提取多路径重复信号，然后对后续坐标残差序列进行改正处理，从而达到提高GNSS定位精度的目的。

为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于局部均值分解滤波的变形监测GNSS多路径效应改正方法，包括以下步骤：

S1、获取任意一组连续多天观测的GNSS原始监测数据，并采用双差模式解算得到监测点的X、Y、Z三方向的坐标残差序列；

S2、采用局部均值分解法分别对S1得到的X、Y、Z三方向的坐标残差序列进行分解处理，得到一系列从高频到低频分布的PF分量及一个残余分量；

S3、采用连续均方误差准则获取代表高频噪声的PF分量与代表低频多路径信号的PF分量的分界点；

S4、根据S3得到的分界点剔除高频噪声信号，并分别利用剩余PF分量及所述残余分量构造X、Y、Z三方向的多路径重复信号；

S5、将S4得到的X、Y、Z三方向的多路径信号对后一天的GNSS坐标残差序列进行改正处理。

其中，所述步骤S2包括以下分步骤：

S2.1、记X、Y、Z某方向原始坐标残差序列为x(t)，计算x(t)的局部均值和局部幅值，有：