基于小波变换的多路径误差研究

论文摘要

GPS测量具有高精度的三维定位能力,所以它逐渐成为各种变形监测一种极为有效的手段,但GPS测量受到多项误差源的影响,而多路径误差与环境密切相关,不能通过相对定位的差分技术得到有效的消弱,使得多路径误差成为高精度变形监测的主要误差源。小波变换被誉为“数学显微镜”,它是信号分析与处理的一种极为有效的数学方法,在信号分析中有着其他方法不可比拟的优势。本文首先论述了研究变形监测中多路径误差的背景和意义、介绍了GPS误差来源、小波分析理论及小波在测绘学科中的应用,探讨小波变换在GPS信号处理中的应用;其次从多路径产生原理出发,分析总结了多路径的类型及多路径效应的特性,分析了一个反射源和多个反射源条件下的多路径效应影响;然后研究小波变换方法提取坐标系列中的多路径误差。在研究过程中,首先解决了小波基的选择及分解层数的确定问题,并对原始坐标进行了相关性分析;其次利用传统算法进行实例分析,提取多路径误差,对原始坐标进行滤波处理及滤波效果分析,分析表明传统算法提取的多路径效应及滤波效果均不理想,算法有待于改进;然后针对传统算法的不足,作者提出改进后的算法、框图,并利用改进后的算法进行实例分析,提取原始坐标系列中多路径误差,对原始坐标进行滤波处理,并对提取出的多路径及滤波后的坐标系列进行相关性分析研究;最后对传统算法和改进后的算法提取的多路径及滤波后的坐标系列进行比较分析,分析表明改进后的算法能有效地提取出坐标中的多路径误差,达到理想的滤波效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 变形监测中研究多路径效应的背景和意义
• 1.2 GPS 在变形监测中的优势
• 1.3 GPS 变形监测数据处理常用方法
• 1.4 GPS 多路径误差研究现状
• 1.5 小波分析的发展及在测绘学中的应用
• 1.5.1 小波分析的发展历史
• 1.5.2 小波分析在测绘学中的应用
• 1.6 本文研究的主要内容
• 第二章 GPS 简介及多路径误差特征
• 2.1 GPS 简介
• 2.1.1 GPS 系统组成
• 2.1.2 相对定位原理
• 2.1.3 载波相位的双差观测模型
• 2.2 GPS 误差来源
• 2.2.1 与卫星有关的误差
• 2.2.2 与传播途径有关的误差
• 2.2.3 与 GPS 接收机有关的误差
• 2.3 多路径误差的产生原理
• 2.4 多路径误差类型
• 2.5 多路径误差的特性
• 2.5.1 时空环境效应
• 2.5.2 多路径效应与反射物至 GPS 天线距离有关
• 2.5.3 多路径误差的量值范围
• 2.5.4 多路径效应的影响与接收机的抑制能力有关
• 2.5.5 多路径效应的相关性
• 2.6 多路径误差的函数表达
• 2.7 多路径误差分析
• 第三章 小波分析理论及在信号处理中的应用
• 3.1 小波与小波变换
• 3.1.1 小波的定义
• 3.1.2 小波变换
• 3.1.3 小波变换的性质与特点
• 3.2 几种典型小波基
• 3.3 小波函数选取原则
• 3.4 小波分解与重构
• 3.4.1 多分辨分析
• 3.4.2 由多分辨分析构造小波基
• 3.4.3 Mallat 算法
• 3.5 探讨小波变换在信号处理中的应用
• 3.5.1 探测 GPS 周跳
• 3.5.2 检测信号的奇异性
• 3.5.3 去除非平稳信号的噪声
• 3.5.4 提取特征信号
• 第四章 GPS 多路径效应研究
• 4.1 原始坐标相关性分析
• 4.2 小波变换的关键问题
• 4.3 传统算法提取多路径
• 4.3.1 传统算法、框图
• 4.3.2 实例分析
• 4.4 改进后的算法提取多路径
• 4.4.1 改进后的算法、框图
• 4.4.2 移动平均方法
• 4.4.3 实例分析
• 4.5 两种算法的比较
• 第五章 总结与展望
• 5.1 研究成果及创新
• 5.2 后续工作及展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 公开发表的论文