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基于小波变换的GPS载波相位周跳检测与修复
赵军祥
【期刊名称】《飞行器测控学报》
【年(卷),期】2006(025)001
【摘要】载波相位周跳检测与修复是实现GPS高精度定位的难点之一.小波变换具有空间局部性好的特点,本文利用小波变换把载波相位观测量分解为高频和低频分量,提出了利用小波系数局部极值点检测相位周跳的方法.基于载波相位和多普勒频率共同约束的埃尔米特多项式,外推周跳时刻载波相位,与观测值比较确定周跳的大小,从而修复周跳.利用飞机实际观测数据和仿真的高动态数据进行了计算,给出了计算结果,表明该方法可以对高动态情况下载波相位周跳进行准确探测和修复.
【总页数】4页(P6-9)
【作者】赵军祥
【作者单位】北京跟踪与通信技术研究所·北京·100094
【正文语种】中文
【中图分类】P228.4
【相关文献】
1.一种新的GPS载波相位周跳探测与修复方法 [J], 滕云龙;师奕兵;郭承军
2.GPS载波相位的周跳检测与修复分析 [J], 袁润平;王党卫;翟建勇;来毅
3.基于三差解检测与修复GPS载波相位周跳新方法 [J], 袁洪;万卫星;宁百齐;李静年
4.GPS载波相位周跳检测和修复方法 [J], 范胜林;黄蓓蓓;袁信
5.GPS载波相位观测值中周跳探测与修复的研究 [J], 李为乔;程鹏飞;蔡艳辉;徐寿志
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基于贝叶斯压缩感知的周跳探测与修复方法∗李慧;赵琳;李亮【期刊名称】《物理学报》【年(卷),期】2016(65)24【摘要】针对观测噪声对周跳探测与修复性能的影响，提出了一种新的利用贝叶斯压缩感知技术进行周跳探测与修复的方法。
在历元间-站间载波相位双差观测模型的基础上，通过挖掘周跳信号的稀疏特性，获取感知矩阵，推导并建立稀疏周跳探测模型，利用稀疏贝叶斯学习中的相关向量机原理，结合周跳相关数据的先验信息，基于主动相关决策理论，进行回归估计获得周跳预测值的分布，进而实现周跳的探测与修复。
实验表明，新方法在仅利用单频或双频载波相位观测量的情况下能有效探测并修复周跳，性能优于正交匹配追踪法及l1范数法。
%The presence of cycle slips corrupts the carrier phase measurement which is critical for high precision global navigation satellite system static or kinematic positioning. The process of cycle slips is comprised of detecting the slips, estimating its exact integer and making a repair. In this paper, a novel approach to cycle slip detection and repair based on Bayesian compressive sensing is proposed, in order to reduce the noise effects on the performances of cycle slip detection and repair. Unlike traditional cycle slip detection and repair methods, we exploit the sparse property of the cycle slip signal, aiming to obtain the perception matrix and establish the sparse cycle slip detection model. Then in order to estimate and repair the value of cycle slips, the residuals of carrier phase double difference and the interferencenoise between multiple satellites, when more than one satellite has cycle slips, are taken into consideration, which is used as prior information to obtain the likelihood expression for cycle slip signal. Finally, we use the prior information about signals based on relevance vector machine principle derived from sparse Bayesian learning to predict cycle slip distribution and then estimate the value of cycle slips. The novel approach is tested with the actual collection of satellite data in the experiment. It is shown that the novel approach proposed in this paper can effectively estimate cycle slips and achieve better performance than orthogonal matching pursuit and l1 norm based algorithm when the redundancy of carrier phase is large enough. In the case of single frequency carrier phase observation, when redundancy is not less than 7, the novel approach can completely detect and repair cycle slips; in the case of dual-frequency carrier phase observation, when cycle slips happen in four of the eight satellites, 97.6%probability of accuracy is accomplished by the new approach.【总页数】8页(P249101-1-249101-8)【作者】李慧;赵琳;李亮【作者单位】哈尔滨工程大学自动化学院，哈尔滨 150001;哈尔滨工程大学自动化学院，哈尔滨 150001;哈尔滨工程大学自动化学院，哈尔滨 150001【正文语种】中文【相关文献】1.一种基于贝叶斯压缩感知的说话人识别方法 [J], 杨彦;吕臻;赵力2.基于贝叶斯压缩感知的复数稀疏信号恢复方法 [J], 王伟;唐伟民;王犇;雷舒杰3.基于贝叶斯压缩感知UWB单站定位方法 [J], 谢承尧;王大鸣4.基于贝叶斯压缩感知UWB单站定位方法 [J], 谢承尧;王大鸣;5.基于GPD的稳健贝叶斯压缩感知ISAR成像方法 [J], 夏朝禹; 高瑜翔; 黄坤超; 包兆华; 郭春妮; 王震因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
一种基于Haar小波变换的彩色图像人脸检测方法
陈健;周利莉;史红刚;苏大伟
【期刊名称】《微计算机信息》
【年(卷),期】2005(021)10S
【摘要】本文提出了一种基于Haar小波变换的彩色图像人脸检测方法。
首先进行彩色空间的变换．检测出图像中的肤色区域；利用Adaboost算法训练出的基于Haar小波变换的检测器对该区域进行人脸检测；建立眼睛颜色模型．并根据眼睛、嘴在不同分量上的分布特征，将它们从人脸区域中提取出来；最后融合眼睛、嘴候选区域的信息．利用特征不变的方法进行眼睛和嘴的确定。
实验结果表明．该方法能够快速有效地检测出人脸，并能够确定眼、嘴的位置。
【总页数】3页(P157-159)
【作者】陈健;周利莉;史红刚;苏大伟
【作者单位】河南郑州信息工程大学信息科学系,450002
【正文语种】中文
【中图分类】TP391
【相关文献】
1.一种基于小波变换和模板的人脸检测方法 [J], 闫宏;张兴周
2.一种基于Haar小波变换的彩色图像人脸检测方法 [J], 陈健;周利莉;史红刚;苏大伟
3.一种基于肤色分割的彩色图像人脸检测方法 [J], 汤秋艳;王琰
4.一种融合肤色和Haar特征的人脸检测方法 [J], 林景亮;唐杰
5.一种基于Haar小波变换的低速率拒绝服务攻击检测方法 [J], 蔡晓丽;陈舜青;宁慧
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周跳探测与修复摘要：在GPS 数据处理过程中，周跳的存在会使观测值中出现一个偏差，这会使观测值失真，从而不能准确解算整周模糊度，因而，周跳探测与修复是GPS 载波相位高精度定位必须要解决的问题之一。
本文简单介绍周跳的概念、一些常用的周跳探测方法，并探讨了周跳对定位的影响。
关键词：数据处理，周跳，探测修复1 周跳的概念完整的载波相位观测值可表示为：),(),()0()(0i i i t Fr t t Int b t φφφ+-+=式中，)0(b 为初始整周模糊度：),(0t t Int i -φ为整周记数：),(i t Fr φ为不足一周的小数部分。
由于某些原因，历元0至i 之间的整周记数发生中断，这样，恢复之后的整周记数发生错误，而小数部分正确，这就是周跳现象。
周跳的大小可由1周到几万周不等。
2 引起周跳的原因引起周跳的原因主要有以下四个方面(Bernese Document, 2001 ):（1）由于树木、建筑等对卫星信号的遮挡;（2）由于电离层条件、多路径效应、接收机的高动态和卫星的低高度角等产生的低信噪比;（3）接收机处理软件的问题;（4）卫星振荡器出现故障。
3 周跳对定位的影响周跳的发生是个随机事件，因此周跳的探测的算法必须是计算量少、及时的算法。
周跳的探测与修复的过程是必须进行的，因为它干扰了相位观测数据，会导致定位数据处理结果中存在偏差，在跳周数被确定和通过检验后，最后的修复是很容易用数学加减法实现的。
图 3.1显示周跳在相位观测中存在的情况。
图1.1载波相位中存在的周跳对于L1载波，一周的周跳可以造成约20cm的测距误差，根据查佩利的统计，观测值中存在一个周跳对经度、纬度、高程的影响可达分米级，因此，在GPS载波相位定位数据处理中应对周跳进行合理的处理。
通常对所探测出的周跳有周跳修复或添加新模糊度参数两种处理方法。
添加新模糊度参数法由于使观测方程中相位模糊度参数增加，将增大模糊度确定的难度。
基于小波分析的周跳探测摘要：周跳的探测和修复是gsp数据处理中的重要组成部分，对周跳发生的历元和周跳大小进行准确的探测是周跳修复的关键。
利用小波分析技术对人为加入1周的双差观测值进行多尺度分解，通过对高频信息的分析计算，发现能够确定周跳发生的历元和周跳大小。
不同的小波函数探测周跳的能力也不同，通过不同小波函数探测周跳的对比分析，发现bior3.1小波函数在确定周跳发生历元和探测周跳大小方面都优于其它小波函数。
关键词：周跳小波分析探测detection and reparation about cycle-slip are important parts of gps data processing.detecting the location and the value of the cycle-slip accurately is the key for the cycle-slip repair.the double differencing carrier phase observables with one cycle-slip is done with multi-scale wavelet decomposition.the loction and the value of the cycle-slip is determined through the high frequency information.the ability of detecting the cycle-slip is different between different wavelet, after the analyze and contrast , bior3.1 wavelet was superior to other wavelet in detecting the cycle slip.key words: cycle slipwavelet analysisdetection中图分类号：p228.4 文献标识码：a 文章编号：全球定位系统（gps）自建成后，凭借其高精度、全天候、高效率，多功能等特点，在各个领域得到了广泛应用。
第31卷第6期2006年6月武汉大学学报・信息科学版G eomatics and Information Science of Wuhan University Vol.31No.6J une 2006收稿日期:2006203218。
项目来源:国家自然科学基金资助项目(40574009);中国科学院百人计划资助项目。
文章编号:167128860(2006)0620512204文献标志码:A基于小波变换的GPS 精密单点定位中的周跳探测黄兵杰1,2,3 柳林涛1 高光星3 周 剑3(1 中国科学院测量与地球物理研究所动力大地测量学开放实验室,武汉市徐东大街340号,430077)(2 中国科学院研究生院,北京市石景山区玉泉路甲19号,100039)(3 武汉市勘测设计研究院,武汉市万松园路209号,430022)摘 要:基于双频观测值的Melbourne 2W übbena 组合和Geometry 2free 组合,提出了利用连续小波变换方法来探测GPS 相位观测值中的周跳,论述了GPS 精密单点定位中的周跳探测和连续小波变换方法探测周跳的算法,说明利用高斯函数的一阶求导小波变换对周跳的多尺度分解的敏感性,能够提高组合观测信号的信噪比,准确定出1周左右的周跳发生位置,从而可以提高利用非差观测值解算周跳和模糊度的效率,并给出具体算例验证了本方法的可行性和有效性。
关键词:精密单点定位;连续小波变换;周跳中图法分类号:P228.41 在GPS 数据观测过程中,周跳现象不仅可能频繁发生,而且可能出现上万周的周跳。
大于10周的周跳,在数据处理中较容易发现,但小于10周的周跳,特别是1～5周的小周跳或半周跳,在数据处理中很难发现,如果发生1周的周跳,在较差的卫星几何图形下可能对测点坐标产生几cm 的误差[1]。
因此,对于高精度的GPS 数据处理,周跳的探测是GPS 载波相位数据处理中不可缺少的重要组成部分,只有消除了周跳的相位数据,才能用于精密定位。
基于小波变换的周跳探测与修复
张金华;胡伍生
【期刊名称】《测绘工程》
【年(卷),期】2009(018)004
【摘要】探测和修复周跳一直是GPS定位中的关键问题.利用小波变换对相位减伪距观测量进行周跳探测.首先介绍小波变换周跳探测的一般方法,然后在此基础上提出改进.改进方法可以对周跳进行探测和直接修复,进而探测和修复多次周跳,同时有效地克服一般方法町能出现探测失误的缺点.这种改进方法的效果在实验中得到验证.
【总页数】4页(P24-27)
【作者】张金华;胡伍生
【作者单位】东南大学交通学院,江苏,南京,210096;东南大学交通学院,江苏,南京,210096
【正文语种】中文
【中图分类】P228.4
【相关文献】
1.基于北斗三号三频数据的周跳探测与修复 [J], 付伟; 帅玮祎; 董绪荣
2.一种基于双差观测的BDS周跳探测与修复方法 [J], 谢瑞煜; 杨利斌; 赵建军
3.基于多项式拟合和多普勒周跳探测与修复 [J], 赵松克;付文涛;阮兰君
4.基于卡尔曼滤波的实时总电子含量周跳探测与修复 [J], 罗逸楠;蔡红涛;高顺祖
5.基于MATLAB的GPS周跳探测与修复 [J], 曹小鸿
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第36卷第1期2011年2月测绘信息与工程Journal of Geo maticsV ol.36N o.1Feb.2011文章编号:1007 3817(2011)01 0032 02文献标志码:B 基于haar小波基周跳探测与修复方法曾远星 张书毕 卞和方 侯东阳(中国矿业大学环境与测绘学院,徐州市解放南路2号,221008)摘 要:利用haa r小波的紧支性,分析了haar小波GP S周跳检测原理,实现了双频组合观测值中周跳和粗差的判断。
关键词:全球定位系统;周跳;haar小波;紧支性中图法分类号:P228在精密定位中,周跳探测和修复在载波相位测量中非常重要,是GPS数据预处理不可或缺的部分。
Co llin等[1]首先提出利用小波方法探测周跳,目前小波周跳探测的主要方法是采用db6小波基对信号进行多层分解[2,3]。
蔡昌盛等[4]提出了利用db6小波基对观测值进行修复并取得了一定效果,分析利用haar小波对双频组合观测值进行周跳探测,并探测进一步修复周跳的可行性。
1 haar小波原理由于haar小波是一种不连续的短支集小波,在处理间断问题时比长支集小波更为有效,因为在最初的尺度下,短支小波允许用户对信号特别是离散信号进行更为精细的分析,更接近实际情况。
小波的分解过程:将原始信号分别进行低通、高通滤波,再分别进行二元抽样,得到低频、高频(也称平均、细节)两部分系数。
其分解公式为:f j(x)= k z a j k (2j x-k) V j(1)式中,a j k为各序列对应的信号值,其分解与重构原理及其系数的关系推导过程见文献[5]。
2 小波周跳探测原理周跳是在进行连续载波相位测量时,若接收机对某卫星的载波相位观测值在某一历元发生周跳,则从该历元开始,卫星后的所有载波相位观测值中引入一相同大小的整周偏差数。
而粗差是由于仪器故障或疏忽等因素使观测值的绝对值超过限差的测量偏差。
周跳具有承接性,而粗差具有间断性。
在M atlab中haar小波变换使用的是M allat算法,采用二元抽样,对双频观测值组合上某些点间相互关系的特征不能完全反映。
为了获取信号完整性的特征,需对其进行处理。
一般采用的是对组合观测值序列进行外推或内移。
采用内移方法,即根据载波相位双差观测值序列 n(n=1,2, ,n)内移一个历元,由 2到 n组成一个新的序列 n-1。
分别对 n和 n-1两个序列分解和重构,进行粗差和周跳的探测与修复,其过程为:1)双频组合观测值序列 n={ 1, 2, 3+N, 4+N, , n+N}和 n-1={ 2, 3+N, 4+N, , n+N}采用M allat算法分解后的高频系数为cd m和cd m,其中m=n/2。
给出:cd2=( 3- 4)/2cd 1=( 2- 3-N)/2因此在第3个序列上有N个周跳时可根据cd 1确定,即奇数序列发生周跳可根据高频系数cd m确定。
2)同理,假如在第4个序列上有N个周跳,则可根据高频系数cd2来确定。
即偶数序列上开始发生周跳可根据cd m来判断。
3)考虑周跳探测时可能出现粗差,由于粗差没有承接性,则发生粗差时cd m和cd m都能显示。
3 周跳的修复当有周跳和粗差发生时,出现模量极大值,采用平均值和中误差的方法判断信号跳变的位置,从第1个历元(该历元与真值相差1/2)至第i个历元所求得的i个均值 N i 和方差 2i为:N i = N i-1 +(N i - N i-1 )/i(2) 2i= 2i-1+(N i -N i-1 )2- 2i-1/i(3)根据第i+1个历元的观测值,求得N i+1 与 N i 之差的绝对值N i+1 - N i ,若满足N i+1 - N i >4 i,就认为第i+1个历元载波相位观测值中有跳变,进第1期曾远星等:基于haar 小波基周跳探测与修复方法一步利用探测出来的跳变点,利用多项式或均值法对细节系数进行修复[6]。
4 算 例采用haar 小波分别对加入周跳和粗差的宽巷组合值和内移一个系数的宽巷组合值进行分解,利用IGS Wuhan 测站2010年1月1日的观测资料,观测卫星为PRN 07,采样率为30s 。
采用Matlab 平台,求得宽巷观测值的整周模糊度N ,取其中112个历元组成序列 t 。
加入周跳和粗差:25、50历元处加入一个周跳,75、100历元处加入一个粗差。
在小波分析中,采用haar 小波基对信号进行单尺度分解如图1所示,其中图1(a)及图1(b)分别为 t 及 t -1的变换细节系数。
系数的个数都为观测历元个数的1/2。
图1(a)出现跳变的点是25、38、50;图1(b)出现跳变的点是12、37、50。
由于两个序列都能探测粗差,如果存在相同或相邻历元,则判断为粗差,其值之和即为发生粗差的历元处,即粗差发生在75和100历元,其他为周跳,这种方法能准确判断周跳和粗差。
图1 单尺度分解利用周跳修复原理对高频系数进行修复。
修复后的单尺度分解高频系数重构,利用重构信号与原信号的线性组合关系探测周跳,获取两个函数,与原信号之差。
将两个差值相加,获取的周跳和粗差分别为25、50历元处分别为0.9520、1.0691;75、100历元处分别为1.0351、0.8871。
试验结果如图2所示,其中图2(a)为haar 变换残差,图2(b)为db6变换细节信号。
获取值与理论值存在微小差异,主要因为差值系数的选择造成,但得出的值精度已经很高了。
本文主要对观测值的宽巷组合加入1周跳进行了探讨,分析了采用的方法对粗差和周跳分离的可行性。
图2 试验结果5 结束语小波变换用于周跳探测修复是一种很有效的方法,它通过一定尺度的带通滤波器提取细节信号,并将突变以一定比例放大,从而发现周跳和粗差。
与其他方法相比(如图2(b)),它具有定位准确、自动化程度高并能准确获取其大小等优点。
文中也有不足的地方,如主要利用了haar 小波的双频观测值宽巷组合数据,对于观测数据的其他线性组合及相邻两个点同时产生粗差等问题没有考虑。
参考文献[1]Co llin F,W arnant R.A pplicatio n of the W avelet T r ansfo rm fo r GPS Cycle Slip Co rr ect ion and Compariso n w ith Kalman F ilter [J].M anuscripta Geodaetica,1995,20(3):161 172[2]张金华,胡伍生.基于小波变换的周跳探测与修复[J].测绘信息与工程,2009,34(4):24 27[3]石杏喜.基于小波技术的G PS 相位观测值周跳探测[J].南京理工大学学报,2005,18(1):105 108[4]蔡昌盛,高井祥.G PS 周跳探测及修复的小波变换法[J].武汉大学学报 信息科学版,2007,32(1):39 42[5]孙延奎.小波分析及其应用[M ].北京:机械工业出版社,2005[6]李征航,张小红.卫星导航定位技术及高精度数据处理方法[M ].武汉:武汉大学出版社,2009[7]李征航,黄劲松.G PS 与数据处理[M ].武汉大学出版社,2005[8]王毅,汪洋,蔡华.基于小波变换的逐步线性回归分析预测大坝位移[J].测绘信息与工程,2008,33(4):16 17收稿日期:2010 10 28。
第一作者简介:曾远星,硕士生,现主要研究GPS 及其数据处理。
E mail:zen gyuan xing19@(下转第36页)33测绘信息与工程第36卷讨的问题。
参考文献[1]Gender en C,Po hi J,V an L M.U ltisensor Imag e Fusionin Remo te Sensing:Co ncepts,M ethods and A pplica tio ns[J].Internatio nal Jo urnal of Remote Sensing, 1998,19(5):823 854[2]Chavez P S,Sides S C,A nderson J pariso n ofT hr ee D ifferent M ethods to M er ge M ulti r eso lutio n and M ult i spectr al Data L andsat T M and SP OT Panchromat ic[J].PERS,1991,57(3):295 303[3]杨姮.小波变换方法在高分辨率多光谱图像融合中存在的问题[J].红外与毫米波学报,2002,21(1):77 80 [4]杨蒙召,李朝锋,许磊.基于复数小波变换和H Curve准则对图像的去噪[J].计算机应用,2005(4):669 771 [5]曹圣群,黄普明.H V S模型及其在静止图像压缩质量评价中的应用[J].中国图像图形学报,2003,8(4):379386[6]Lew is A S,K now les G.I mage Co mpr essio n U sing the2 D W avelet T r ansfor m[J].I EEE T ransactions o n Imag e Pr ocessing,1992,1(2):244 250[7]Qu Guihong,Zhang Dali,Y an P rmationM easure fo r Per for mance of Imag e F usion[J].Elect ron ics L etters,2002,38(7):313 315[8]李涛,田岩.一种基于模糊集和小波变换的图像融合方法[J].华中科技大学学报(自然科学版),2005,33(3):24 26[9]郭洪义,钱春明.小波域遥感图像不变纹理分类[J].测绘信息与工程,2008,33(4):33 34收稿日期:2010 10 19。
第一作者简介:陈晓梅,硕士,高级工程师,现主要研究计算机技术与应用。
E mail:shx yb kpg@Satellite Image Fusion Algorithm of Combining HVSand Fuzzy Membership FunctionCH EN X iaomei1 L I Chaof eng2 YA N G M engz hao2(1Busines s S hool,Jian gnan Un iversity,2School of Information T echnology,Jiangnan U nivers ity,1800Lihu Road,Wuxi214122,China)Abstract:A new w avelet satellite im ag e fusion algorithm,based on H uman Vision Sy stem(H VS)and fuzzy m em bership function,is proposed.The new alg orithm describes image edg e,tex ture,and bright area by combining w av elet and H VS model.T he fuzzy membership function is used to calculate their w eight co efficient.The image is finally fused by w eig hted average meth o d from w pared w ith other algorithm described by the references,the new alg orithm can gain better fusion per for mance.Key Words:w av elet transform;human v ision sy stem;fuzzy membership;satellite image fusion (上接第33页)Cycle Slip Detection and Repair Methods Based on the Haar WaveletsZEN G Yuanx ing ZH AN G S hubi B I AN H ef ang H OU Dongy ang(Sch ool of En vir on mental Science and Spatial Informatics,C hina Un iversity of M inin g and Techn ology,2S outh J iefan g Road,Xuz hou221008,Chin a)Abstract:We analyze GPS cy cle slip detection principle to achiev e the dual com bination of o bser v ations in the cycle slips and g ross error of the judge.Thro ug h the decom positio n and reco nstr uc tion coefficients,w e can derive the relationship betw een the cy cle slips and gro ss error.Key Words:GPS;cy cle skip;haar w avelet;compact support proper ty36。
