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基于小波和Kalman滤波的GPS数据去噪方法研究
作 者: 丁文
导 师: 马洪滨
学 校: 东北大学
专 业: 大地测量学与测量工程
关键词: 小波分析 Kalman滤波 GPS 数据去噪
分类号: P228.4
类 型: 硕士论文
年 份: 2009年
下 载: 64次
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内容摘要
本文在分析影响GPS定位精度的各种误差来源的基础上,根据小波分析基本理论和GPS信号噪声特性,将小波分析这一数学工具应用到GPS数据去噪处理中,同时引入Kalman滤波方法,将其与小波分析方法有机结合,进而提出利用基于小波分析的自适应Kalman滤波方法进行GPS数据去噪处理,并通过实验证明该方法在GPS数据去噪方面能达到良好的效果。本文的主要工作如下:针对GPS信号的结构特性,将L1、L2载波数据进行提取,以削弱多路径噪声和观测噪声等偶然误差为目的,以一条基线观测数据为研究对象,采用不同分解层数、不同阈值选取方法、不同小波函数等三种方案进行小波去噪处理,结果表明:选用合适的去噪方法可以很大程度上提高基线解算的精度,反之则会降低基线解算的精度。同时,在选用合适的小波去噪方法基础上,对不同观测时间和不同长度的多条基线观测数据进行去噪处理,给出了小波分析用于GPS数据去噪的有效作用范围。在小波去噪的基础上,引入自适应Kalman滤波方法,以小波去噪有效范围内的观测数据为研究对象进行二次处理,并与单独的小波去噪效果和单独的自适应Kalman滤波处理效果进行对比,结果表明:基于小波分析的自适应Kalman滤波方法对GPS观测数据的去噪效果优于小波分析方法和自适应Kalman滤波方法,三种方法将GPS基线解算的精度分别提高了43%、35%和4%。基于小波分析的自适应Kalman滤波方法“净化”GPS原始观测数据的效果最为理想。
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全文目录
摘要 5-6 Abstract 6-11 第1章 绪论 11-19 1.1 研究背景 11-12 1.2 国内外研究现状 12-16 1.2.1 小波分析的发展简述 12-13 1.2.2 小波分析在GPS数据处理中的应用 13-14 1.2.3 Kalman滤波在GPS数据处理中的应用 14-16 1.3 问题的提出和研究的意义 16-18 1.3.1 问题的提出 16-17 1.3.2 研究的意义 17-18 1.4 本文的研究目的和主要内容 18-19 1.4.1 研究目的 18 1.4.2 研究的主要内容 18-19 第2章 GPS定位方法及误差来源 19-31 2.1 GPS定位方法与观测量 19-20 2.1.1 GPS定位方法 19 2.1.2 GPS观测量 19-20 2.2 GPS观测方程 20-22 2.2.1 伪距观测方程 20-21 2.2.2 载波相位观测方程 21-22 2.3 GPS测量的误差来源 22-31 2.3.1 与卫星有关的误差 22-24 2.3.2 卫星信号的传播误差 24-27 2.3.3 与接收设备有关的误差 27-29 2.3.4 其他误差 29-31 第3章 小波分析基础理论 31-43 3.1 小波分析概述 31-33 3.1.1 傅立叶变换 31-32 3.1.2 小波分析 32-33 3.1.3 小波分析与Fourier变换的区别 33 3.2 小波变换 33-35 3.2.1 连续小波变换 33-34 3.2.2 离散小波变换 34-35 3.3 小波分解与重构 35-39 3.3.1 多分辨分析 35-37 3.3.2 Mallat算法 37-39 3.4 小波的种类 39-43 3.4.1 Haar小波 40 3.4.2 Daubechie小波(dbN) 40 3.4.3 Symlet小波(symN) 40-41 3.4.4 Coiflet小波(coifN) 41-43 第4章 基于小波分析的GPS数据去噪方法研究 43-67 4.1 GPS信号噪声特性研究 43-44 4.1.1 GPS信号结构 43-44 4.1.2 GPS信号的噪声特性 44 4.2 小波去噪方法应用研究 44-51 4.2.1 基于小波分析的信号去噪问题描述 45-46 4.2.2 常用的小波去噪方法 46-49 4.2.3 小波去噪的步骤 49-51 4.3 小波去噪用于GPS数据处理 51-67 4.3.1 载波数据的提取 51-55 4.3.2 一条基线数据处理实验 55-58 4.3.3 多条基线数据处理实验 58-67 第5章 基于小波分析的kalman滤波方法在GPS数据去噪中的应用 67-79 5.1 Kalman滤波的基本原理 67-68 5.2 Kalman滤波的数学模型 68-69 5.3 基于小波分析的自适应卡尔曼滤波方法 69-71 5.4 实验结果与数据分析 71-79 结论与展望 79-81 参考文献 81-85 致谢 85-87 攻读学位期间发表的论文及科学研究经历 87
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中图分类: > 天文学、地球科学 > 测绘学 > 大地测量学 > 卫星大地测量与空间大地测量 > 全球定位系统(GPS)
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