基于小波变换的GPS周跳探测

论文摘要

目前GPS的发展趋势表明,载波相位测量定位作为实时高精度定位技术开始广泛地受到人们的关注。周跳的探测与修复是GPS载波相位测量技术中的一个关键问题,周跳的存在直接影响到整周模糊度的解算及GPS观测精度。本文是将小波分析方法应用到周跳的探测中。小波分析隶属于泛函分析,是在傅立叶分析的基础上发展起来的一种分析理论,它已经在许多科学研究和工程技术中得到了广泛的应用。本文在分析讨论GPS载波相位测量技术,尤其是对周跳特性进行详细分析的基础上,将小波分析方法应用到周跳的探测中。GPS载波相位观测值是连续记录的,可作为连续的时间序列来进行分析,而周跳的出现将引起信号的非连续性,使信号发生奇异性突变。基于此,可以利用小波变换的多分辨分析对GPS载波相位观测序列进行多尺度分解,将载波相位观测量分解为高频和低频分量,再利用信号奇异性检测原理,将GPS相位观测值发生周跳点作为信号的奇异点,通过对小波变换后的模量极大值点的分析确定周跳的位置和大小。不同的小波具有不同的特性,用其进行周跳的探测能力也有所不同,本文通过实例对常用小波进行比较,从理论和实践上证明用于周跳探测的最佳小波,以达到良好的效果。论文还将小波变换方法与常规的多项式拟合法进行比较,以说明小波变换在不同的采样率情况下对周跳的探测的优势所在,从而验证该算法的实用性和有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景与研究意义
• 1.1.1 课题的背景
• 1.1.2 课题的研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 GPS周跳探测的研究现状
• 1.2.2 小波分析在 GPS周跳探测中的应用现状
• 1.3 本课题的主要研究内容
• 第2章 GPS基本原理及其误差来源
• 2.1 GPS卫星信号
• 2.1.1 测距码和导航电文
• 2.1.2 GPS信号的特点
• 2.2 GPS定位的主要误差源
• 2.2.1 与卫星有关的误差
• 2.2.2 与信号传播路径有关的误差
• 2.2.3 与接收机有关的误差
• 2.2.4 其他误差
• 2.3 本章小结
• 第3章 GPS载波相位周跳探测的分析
• 3.1 GPS载波相位测量基本原理
• 3.1.1 GPS定位的基本观测量
• 3.1.2 GPS载波相位观测量
• 3.2 周跳特性及产生原因分析
• 3.2.1 周跳的特性
• 3.2.2 周跳产生的原因
• 3.3 检测周跳的观测量
• 3.3.1 载波相位观测方程的建立
• 3.3.2 载波相位观测双差方程的建立
• 3.4 常用周跳探测与修复方法分析
• 3.4.1 高次差法
• 3.4.2 星际差法
• 3.4.3 双频载波相位观测值法
• 3.4.4 电离层残差法
• 3.4.5 伪距与相位组合法
• 3.4.6 多项式拟合法
• 3.5 本章小结
• 第4章 小波变换在周跳探测中的应用基础
• 4.1 小波变换
• 4.1.1 小波变换及其性质
• 4.1.2 常用小波函数简介
• 4.2 小波变换探测周跳的应用基础
• 4.2.1 多分辨分析
• 4.2.2 Mallat算法
• 4.2.3 时频分析与特征提取
• 4.2.4 信号奇异性的检测
• 4.2.5 利用小波探测 GPS周跳的原理
• 4.3 本章小结
• 第5章 基于小波变换的周跳探测实现
• 5.1 Rinex文件的读取程序设计
• 5.1.1 Rinex标准文件的格式说明
• 5.1.2 Rinex观测文件的读取
• 5.2 基于小波变换的 GPS周跳探测
• 5.2.1 不同小波探测周跳能力分析
• 5.2.2 小波变换探测及修复大周跳的情况
• 5.2.3 小波变换对不同采样率观测值的周跳探测
• 5.2.4 小波变换对多历元周跳的探测能力
• 5.3 小波变换法与其他方法探测能力比较
• 5.3.1 与多项式拟合法比较
• 5.3.2 与高次差法的比较
• 5.3.3 与伪距相位组合法的比较
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢