一种利用MW与小波变换探测北斗周跳的方法与流程

本发明涉及一种利用MW与小波变换探测北斗周跳的方法，属于北斗导航定位数据处理
技术领域：
。
背景技术：
：北斗导航系统目前正处于测试阶段，全面建成后将为全球用户提供定位、导航、授时及短报文通信服务。目前已在测绘、智能交通、机械控制、工业测量等方面得到应用。随着北斗(BDS)逐渐成熟，对导航定位的精度要求更为严格。周跳是影响定位精度的一个很重要的因素。周跳的探测与修复是北斗导航定位的关键步骤之一。有效地探测与修复周跳，保证观测数据的“干净”并准确定位，是导航定位系统研究的意义和价值所在。而多频组合定位技术与应用研究受到越来越多的关注。多频数据的最大优势是创造一个更加优良的特征数据相结合的能力，可用于周跳的探测与修复等数据质量的控制中。现阶段，对北斗三频观测数据的周跳探测与修复是研究的热点。在三频情况下，组合观测量具有波长较长、噪声较小、电离层影响较小等特征，能有效提高周跳探测精度。目前，国内外多位专家对北斗三频周跳探测与修复做出了相应的研究，这些方法主要有伪距相位法、高次差法和电离层残差法等。伪距相位法能够探测出三频载波相位数据中的大周跳并通过对探测出的周跳向下取整从而快速修复周跳，但该方法对于小周跳则不敏感；高次差法只对大周跳探测有利，放大信号的同时也引入了更大的噪声；电离层残差法受电离层的影响较大，只适用于电离层变换缓慢的情况下。因此，实有必要提出一种技术手段，以解决北斗小周跳难以探测的问题。技术实现要素：本发明提供了一种利用MW与小波变换探测北斗周跳的方法，以用于解决北斗观测数据中存在的小周跳问题。本发明的技术方案是：一种利用MW与小波变换探测北斗周跳的方法，首先获取任意一组北斗B1、B2、B3三个频段的伪距观测值R1、R2、R3和载波相位观测值然后用MW法对伪距观测值R1、R2、R3和载波相位观测值构造周跳检验量MW12、MW23；接着选择db1小波基对周跳检验量进行小波分解；根据对周跳检验量进行小波分解得到的小波近似系数和细节系数，作出相应的幅值图，同时作出周跳检验量MW12、MW23的直方图；最后在B1、B2、B3三个频段的载波相位观测值的任意历元t加入周跳，根据对加入周跳后构造的周跳检验量进行小波变换得到的近似系数和小波细节系数的幅值中极大值点变化或加入周跳后的未进行小波变换前的周跳检验量的直方图变化探测周跳。所述方法的具体步骤如下：Step1、获取任意一组北斗B1、B2、B3三个频段的伪距观测值R1、R2、R3和载波相位观测值Step2、用MW法对伪距观测值R1、R2、R3和载波相位观测值构造周跳检验量MW12、MW23；式中：f1、f2、f3分别是北斗B1、B2、B3三个频段的载波频率；R1、R2、R3分别为北斗B1、B2、B3三个频段的伪距观测值；λ1、λ2、λ3分别为北斗B1、B2、B3三个频段的载波波长；分别为北斗B1、B2、B3三个频段的载波相位观测值；Step3、先将步骤Step2中构造的周跳检验量MW12看作在分解层数j＝0时的近似值，即aj＝a0＝MW12；然后选择db1小波基对周跳检验量MW12进行3层小波分解，最终得到1个近似系数即aj＝a3和3个细节系数d1、d2、d3；其中，3层小波分解后的周跳检验量与3层小波分解后最终得到近似系数a3和细节系数d1、d2、d3之间的关系为：同理，3层小波分解后的周跳检验量与3层小波分解后最终得到近似系数a3和细节系数d1、d2、d3之间的关系为：所述近似系数a3和细节系数d1、d2、d3可根据下式求得：aj=Σl=0naj-1hn-2ldj=Σl=0naj-1gn-2l,j=0,1,2,3;]]>式中：j为小波分解的层数；l＝0，1，2，…，n；n为周跳检验量的长度，即为选取的北斗B1、B2、B3三个频段中任一频段的伪距观测值或载波相位观测值的个数；hn-2l表示db1小波基所对应的低通滤波器；gn-2l表示db1小波基所对应的带通滤波器；如：若周跳检验量的长度n＝3，则Step4、根据对周跳检验量进行小波分解得到的小波近似系数a3和细节系数d1、d2、d3，作出相应的幅值图，同时作出步骤Step2中构造的周跳检验量MW12、MW23的直方图；Step5、在B1、B2、B3三个频段的载波相位观测值的任意历元t加入周跳；式中i＝1,2,3分别对应北斗B1、B2、B3三个频段t历元未加入周跳时的载波相位观测值；为相应频段t历元加入周跳后的载波相位观测值；Δβ代表t历元加入周跳的大小；Step6、载波相位观测值中加入周跳后，根据对加入周跳后构造的周跳检验量进行小波变换得到的近似系数a3和小波细节系数d1、d2、d3的幅值中极大值点变化或加入周跳后的未进行小波变换前的周跳检验量的直方图变化探测周跳，根据小波近似系数a3和细节系数d1、d2、d3幅值中极大值所对应的点确定周跳发生的历元。本发明的有益效果是：采用MW法构造周跳检验量，消除了大部分噪声，得到的周跳检验量灵敏度较高；只需根据小波系数的幅值变化或周跳检验量的直方图的变化即可判断是否发生周跳，可以直观看出北斗数据中周跳的产生与否；并且根据小波系数幅值中极大值所对应的点即可确定周跳发生的历元，方法简单、明了，易实现。附图说明图1为本发明流程图；图2为实施例3未加周跳时周跳检验量MW12经小波变换后的小波近似系数和细节系数幅值图；图3为实施例3未加周跳时周跳检验量MW12的直方图；图4为实施例3未加周跳时周跳检验量MW23经小波近似系数和细节系数幅值图；图5为实施例3未加周跳时周跳检验量MW23的直方图；图6为实施例3在北斗B1、B2、B3三个频段载波相位观测值的200历元处分别加入1周、2周、3周周跳后周跳检验量MW12经小波变换后的小波近似系数和细节系数幅值图；图7为实施例3加入周跳后周跳检验量MW12的直方图；图8为实施例3在北斗B1、B2、B3三个频段载波相位观测值的200历元处分别加入1周、2周、3周周跳后周跳检验量MW23经小波变换后的小波近似系数和细节系数幅值图；图9为实施例3加入周跳后周跳检验量MW23的直方图。具体实施方式实施例1：如图1-9所示，一种利用MW与小波变换探测北斗周跳的方法，首先获取任意一组北斗B1、B2、B3三个频段的伪距观测值R1、R2、R3和载波相位观测值然后用MW法对伪距观测值R1、R2、R3和载波相位观测值构造周跳检验量MW12、MW23；接着选择db1小波基对周跳检验量进行小波分解；根据对周跳检验量进行小波分解得到的小波近似系数和细节系数，作出相应的幅值图，同时作出周跳检验量MW12、MW23的直方图；最后在B1、B2、B3三个频段的载波相位观测值的任意历元t加入周跳，根据对加入周跳后构造的周跳检验量进行小波变换得到的近似系数和小波细节系数的幅值中极大值点变化或加入周跳后的未进行小波变换前的周跳检验量的直方图变化探测周跳。所述方法的具体步骤如下：Step1、获取任意一组北斗B1、B2、B3三个频段的伪距观测值R1、R2、R3和载波相位观测值Step2、用MW法对伪距观测值R1、R2、R3和载波相位观测值构造周跳检验量MW12、MW23；式中：f1、f2、f3分别是北斗B1、B2、B3三个频段的载波频率；R1、R2、R3分别为北斗B1、B2、B3三个频段的伪距观测值；λ1、λ2、λ3分别为北斗B1、B2、B3三个频段的载波波长；分别为北斗B1、B2、B3三个频段的载波相位观测值；Step3、先将步骤Step2中构造的周跳检验量MW12看作在分解层数j＝0时的近似值，即aj＝a0＝MW12；然后选择db1小波基对周跳检验量MW12进行3层小波分解，最终得到1个近似系数即aj＝a3和3个细节系数d1、d2、d3；其中，3层小波分解后的周跳检验量与3层小波分解后最终得到近似系数a3和细节系数d1、d2、d3之间的关系为：同理，3层小波分解后的周跳检验量与3层小波分解后最终得到近似系数a3和细节系数d1、d2、d3之间的关系为：所述近似系数a3和细节系数d1、d2、d3可根据下式求得：aj=Σl=0naj-1hn-2ldj=Σl=0naj-1gn-2l,j=0,1,2,3;]]>式中：j为小波分解的层数；l＝0，1，2，…，n；hn-2l表示db1小波基所对应的低通滤波器；gn-2l表示db1小波基所对应的带通滤波器；Step4、根据对周跳检验量进行小波分解得到的小波近似系数a3和细节系数d1、d2、d3，作出相应的幅值图，同时作出步骤Step2中构造的周跳检验量MW12、MW23的直方图；Step5、在B1、B2、B3三个频段的载波相位观测值的任意历元t加入周跳；式中i＝1,2,3分别对应北斗B1、B2、B3三个频段t历元未加入周跳时的载波相位观测值；为相应频段t历元加入周跳后的载波相位观测值；Δβ代表t历元加入周跳的大小；Step6、载波相位观测值中加入周跳后，根据对加入周跳后构造的周跳检验量进行小波变换得到的近似系数a3和小波细节系数d1、d2、d3的幅值中极大值点变化或加入周跳后的未进行小波变换前的周跳检验量的直方图变化探测周跳，根据小波近似系数a3和细节系数d1、d2、d3幅值中极大值所对应的点确定周跳发生的历元。实施例2：如图1-9所示，一种利用MW与小波变换探测北斗周跳的方法，首先获取任意一组北斗B1、B2、B3三个频段的伪距观测值R1、R2、R3和载波相位观测值然后用MW法对伪距观测值R1、R2、R3和载波相位观测值构造周跳检验量MW12、MW23；接着选择db1小波基对周跳检验量进行小波分解；根据对周跳检验量进行小波分解得到的小波近似系数和细节系数，作出相应的幅值图，同时作出周跳检验量MW12、MW23的直方图；最后在B1、B2、B3三个频段的载波相位观测值的任意历元t加入周跳，根据对加入周跳后构造的周跳检验量进行小波变换得到的近似系数和小波细节系数的幅值中极大值点变化或加入周跳后的未进行小波变换前的周跳检验量的直方图变化探测周跳。实施例3：如图1-9所示，一种利用MW与小波变换探测北斗周跳的方法，首先获取任意一组北斗B1、B2、B3三个频段的伪距观测值R1、R2、R3和载波相位观测值然后用MW法对伪距观测值R1、R2、R3和载波相位观测值构造周跳检验量MW12、MW23；接着选择db1小波基对周跳检验量进行小波分解；根据对周跳检验量进行小波分解得到的小波近似系数和细节系数，作出相应的幅值图，同时作出周跳检验量MW12、MW23的直方图；最后在B1、B2、B3三个频段的载波相位观测值的任意历元t加入周跳，根据对加入周跳后构造的周跳检验量进行小波变换得到的近似系数和小波细节系数的幅值中极大值点变化或加入周跳后的未进行小波变换前的周跳检验量的直方图变化探测周跳。Step1、获取任意一组北斗B1、B2、B3三个频段的伪距观测值R1、R2、R3和载波相位观测值如表1所示(表中只列举了部分，每个频段的伪距观测值和载波相位观测值各有300个)；表1北斗观测值Step2、根据周跳检验量MW12、MW23计算公式用MW法对表1中伪距观测值周跳检验量MW12、MW23和载波相位观测值构造周跳检验量MW12、MW23；Step3、根据3层小波分解原理，求出周跳检验量MW12经小波分解之后得到的1个近似系数a3和3个小波细节系数d1、d2、d3，作出幅值图如图2，并求周跳检验量MW12中各值在所有值中所占百分比得到图3(直方图利用matlab自带的Histogram选项求得)。从图2可以看出，未加周跳时，用db1小波基对周跳检验量MW12进行3层分解最终得到1个近似系数a3和d1、d2、d3这3个细节系数，可知第一个细节系数d1较d2、d3两个细节系数更好地保留了原始周跳检验量MW12的信息，近似系数a3只能反映近似特征，所含信息量较少。此外，3个细节系数d1、d2、d3幅值范围均没有超过0.5周，即灵敏度更高，那么当后续加入1周或1周以上周跳时，通过这几个细节系数更能明显反应出周跳的发生。图3为未加入周跳时，周跳检验量MW12的直方图，从直方图可见，周跳检验量MW12值为0.2的点是最多的，占到了9％，值为-0.4的点以及值为0.8的点都是比较少的，占了不到1％，其余值所占比重较均匀。同理，求出周跳检验量MW23经小波分解之后得到1个近似系数a3和3个小波细节系数d1、d2、d3，作出幅值图如图4，并求周跳检验量MW23中各值在所有值中所占百分比得到图5。从图4可以看出，未加周跳时，用db1小波基对周跳检验量MW23进行3层分解得到1个近似系数a3和d1、d2、d3这3个细节系数，第一个细节系数d1较好地保留了原始周跳检验量的信息，同样，近似系数a3只能反映近似特征，所含信息量比较少。3个细节系数d1、d2、d3幅值范围均没有超过0.05周，即灵敏度更高，同样地，当后续加入周跳时，通过这几个细节信息与近似信息更能明显反应出周跳的发生。图5为未加入周跳时，周跳检验量MW23的直方图，从直方图可见，周跳检验量MW23中值为-0.02的点是最多的，占到了10.4％。Step4、在B1、B2、B3三个频段的载波相位观测值的200历元分别加入1周、2周、3周的周跳；Step5、载波相位观测值中加入周跳后，对加入周跳后的周跳检验量MW12、MW23进行小波变换得到的小波系数d1、d2、d3的幅值中极大值点变化以及加入周跳后的周跳检验量的直方图变化如图6-9所示：从图6可看出，加入周跳后，周跳检验量MW12经小波变换后的1个近似系数a3幅值没有发生变化，即反映不出周跳信息；而得到的第2个细节系数d2在200历元处幅值出现了最大值，达到0.4周左右，与之前未加入周跳时幅值在0.2周附近相比较，有较大波动，极大值点发生了变化，此时可判断周跳检验量中发生了周跳，亦即判断出载波相位观测值中出现了周跳。且极大值点出现在200历元，那么可定位周跳检验量MW12在200历元处发生了周跳。同时，所得到结论也可以根据直方图的变化说明。由图7可知，周跳检验量MW12直方图所占比重最小的是-0.55～-0.4；所占比重最大的值范围是0.15～0.2，约为9％，与图3未加周跳时周跳检验量MW12的直方图中0.2～0.25所占比重为9％，发生了相应变化；由图7中所占比重次大的值几乎均匀分布在0～0.15范围内，从值为0.35往右，随着值的增大，值所占比重呈一定的阶梯状。综上所述，直方图在周跳加入前后有明显变化，因此可得出结论周跳检验量MW12中发生了周跳。由图8可明显判断出周跳检验量MW23中发生了周跳。由于周跳检验量MW23经小波分解后得到的1个近似系数a3幅值没有发生变化，反映不出周跳信息；而分解得到的3个细节系数d1、d2、d3的灵敏度较MW12分解得到的小波系数的灵敏度更高，当加入周跳后，周跳检验量MW23的反应更灵敏。从图中可看出小波系数d1、d2幅值有明显的变化，达到0.5周，且小波系数中极大值点出现在了200历元，由此可判断并验证200历元处发生了周跳。同理，所得到结论也可以根据直方图的变化说明。由图9可知周跳检验量MW23直方图只有值为-0.15～0和0～0.05有比重，且所占比重分别为70％和30％，与图5未加周跳时周跳检验量MW23的直方图有显著变化，因此，可得出结论周跳检验量MW23中发生了周跳。上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。当前第1页1 2 3