一種可削弱多路徑效應(yīng)的gnss數(shù)據(jù)處理方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可削弱多路徑效應(yīng)的GNSS數(shù)據(jù)處理方法，包括：S1設(shè)置基準(zhǔn)點和監(jiān)測點；S2利用GNSS接收設(shè)備進(jìn)行連續(xù)同步觀測獲得觀測數(shù)據(jù)；S3對觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)一進(jìn)行靜態(tài)模式的基線解算；S4采用靜態(tài)模式的基線解算獲得各歷元的基線分量；S5各歷元的基線分量形成基線分量時間序列，按多路徑重復(fù)周期分割將基線分量時間序列分割為子序列；S6對各子序列分別進(jìn)行小波分解與重構(gòu)；S7分別計算重構(gòu)的所有子序列中各同類基線分量的均值，得最終基線分量；S8固定基準(zhǔn)點坐標(biāo)，利用最終基線分量進(jìn)行平差，獲取各監(jiān)測點坐標(biāo)。本發(fā)明方法可削弱多路徑效應(yīng)影響，從而確保GNSS監(jiān)測精度，尤其適用于高層建筑施工測量。
【專利說明】
一種可削弱多路徑效應(yīng)的GNSS數(shù)據(jù)處理方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于工程測量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種可削弱多路徑效應(yīng)的GNSS數(shù)據(jù)處理 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)前，GNSS(全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)）因其全天候、全天時、連續(xù)性、高精度、無需通 視等優(yōu)點，在建筑施工測量領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。然而在一些特殊環(huán)境下，如高層建筑施工過 程中，大量鋼結(jié)構(gòu)塔吊、金屬圍護(hù)欄、金屬樓層隔板的使用，給衛(wèi)星信號造成了極大的干擾， 相比其他環(huán)境會產(chǎn)生更劇烈的多路徑效應(yīng)。此種多路徑效應(yīng)由點位周邊的反射物造成，換 言之，該多路徑效應(yīng)與周圍環(huán)境密切相關(guān)。而通常各點位上的環(huán)境是千差萬別的，常規(guī)的相 對定位方式無法消除多路徑效應(yīng)，將導(dǎo)致定位結(jié)果產(chǎn)生厘米級以上的偏差，對施工產(chǎn)生極 為不利的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種可削弱多路徑效應(yīng)的GNSS數(shù)據(jù)處理方法。
[0004] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的可削弱多路徑效應(yīng)的GNSS數(shù)據(jù)處理方法，包括步 驟：
[0005] S1設(shè)置N個基準(zhǔn)點，各基準(zhǔn)點上架設(shè)一GNSS接收設(shè)備，N彡1;同時，設(shè)置K個監(jiān)測點， 各監(jiān)測點上架設(shè)一 GNSS接收設(shè)備，K多1;基準(zhǔn)點和監(jiān)測點統(tǒng)稱觀測點；
[0006] S2利用GNSS接收設(shè)備進(jìn)行M小時的連續(xù)同步觀測獲得觀測數(shù)據(jù)，M多2T，T為多路徑 重復(fù)周期；
[0007] S3對所有觀測點的觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)一進(jìn)行靜態(tài)模式的基線解算，固定基準(zhǔn)點坐標(biāo)進(jìn)行 平差，得各監(jiān)測點的初始坐標(biāo)；
[0008] S4觀測點間兩兩形成動態(tài)基線，以兩觀測點中多路徑指標(biāo)較小的觀測點作為起 點，另一觀測點作為終點；固定起點的初始坐標(biāo)，終點置為動態(tài)模式，采用PPK法解算，獲得 各歷元的基線分量;各觀測點的多路徑指標(biāo)根據(jù)各觀測點的觀測數(shù)據(jù)計算得到；
[0009] S5各歷元的基線分量形成基線分量時間序列A BL，按多路徑重復(fù)周期將A BL分割 為D個子序列，:D = T」丄」表示下取整;刪除多余歷元的基線分量數(shù)據(jù)；
[0010] S6對各子序列分別進(jìn)行小波分解與重構(gòu)，獲得重構(gòu)的子序列；
[0011] S7分別計算重構(gòu)的所有子序列中各同類基線分量的均值，得最終基線分量；
[0012] S8固定基準(zhǔn)點坐標(biāo)，利用最終基線分量進(jìn)行平差，獲取各監(jiān)測點坐標(biāo)。
[0013] 基準(zhǔn)點設(shè)于地面，監(jiān)測點設(shè)于變形特征的關(guān)鍵位置，在應(yīng)用于高層建筑物測量時， 監(jiān)測點設(shè)于高層建筑物頂部施工層。
[0014] 步驟S2中，進(jìn)行連續(xù)同步觀測的采樣間隔不大于1秒。
[0015] 作為優(yōu)選，在執(zhí)行步驟S3前對觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行如下處理：
[0016] 找出所有觀測點公共的同步時間段，從觀測數(shù)據(jù)中剔除非公共的同步時間段的觀 測數(shù)據(jù)；
[0017]遍歷各觀測點的觀測數(shù)據(jù)，確保各多路徑重復(fù)周期T內(nèi)跟蹤的衛(wèi)星相同。
[0018]所述的確保各多路徑重復(fù)周期T內(nèi)跟蹤的衛(wèi)星相同，具體為：
[0019]若有某多路徑重復(fù)周期內(nèi)獨有的衛(wèi)星，刪除該衛(wèi)星的觀測數(shù)據(jù)。
[0020] 步驟S4中，若兩觀測點的多路徑指標(biāo)相等，則以兩觀測點中數(shù)據(jù)完整率較高或周 跳比較小的觀測點作為起點，各觀測點的數(shù)據(jù)完整率和周跳比根據(jù)各觀測點的觀測數(shù)據(jù)計 算得到。
[0021] 作為優(yōu)選，執(zhí)行步驟S5前，對各歷元的基線分量進(jìn)行預(yù)處理，即，對基線分量中的 非固定解，采用該非固定解前后相鄰歷元的固定解經(jīng)線性內(nèi)插，所得內(nèi)插值代替該非固定 解。
[0022] 步驟S6進(jìn)一步包括子步驟：
[0023] 6.1對各子序列中基線分量分別進(jìn)行小波分解；
[0024] 6.2根據(jù)小波分解結(jié)果獲得各子序列的第i層細(xì)節(jié)部分，計算各子序列第i層細(xì)節(jié) 部分的相關(guān)系數(shù)P( i)，i = 1，2，......lev，lev表示小波分解層數(shù)；
[0025] 6.3將最大相關(guān)系數(shù)所對應(yīng)層號記為i'，利用各子序列小波分解結(jié)果中第i'層近 似部分和第i'層以上的細(xì)節(jié)部分進(jìn)行重構(gòu)，獲得重構(gòu)的子序列。
[0026]作為優(yōu)選，步驟S4中，在PPK法解算過程中，估計對流層天頂延遲參數(shù)，以削弱對流 層誤差。
[0027] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
[0028] 可削弱多路徑效應(yīng)影響，從而確保GNSS監(jiān)測精度，尤其適用于高層建筑施工測量。
【附圖說明】
[0029] 圖1為實施例所采用的GNSS監(jiān)測系統(tǒng)示意圖；
[0030] 圖2為實施例中GNSS信號的多路徑效應(yīng)原理圖；
[0031] 圖3為GNSS數(shù)據(jù)處理方法的具體流程圖。
【具體實施方式】
[0032] 為便于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解和實施本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明 作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的實施示例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用 于限定本發(fā)明。
[0033] 見圖1，本實施例針對高層建筑，為便于高層建筑頂部施工，在高層建筑附近地面 選擇一處視野開闊、地質(zhì)穩(wěn)定、無信號干擾和反射物的觀測點，于觀測點架設(shè)一GNSS接收設(shè) 備作為基準(zhǔn)點。在高層建筑頂部施工層，架設(shè)三臺GNSS接收設(shè)備作為監(jiān)測點，分別記為監(jiān)測 點1、監(jiān)測點2、監(jiān)測點3,監(jiān)測點1、監(jiān)測點2、監(jiān)測點3的分布位置根據(jù)施工需求設(shè)定，無特別 要求。由于塔吊、施工護(hù)欄、樓層隔板大量使用了金屬構(gòu)件，GNSS信號會因此產(chǎn)生嚴(yán)重的多 路徑效應(yīng)，導(dǎo)致定位結(jié)果產(chǎn)生偏差。
[0034]圖2示意性地給出了多路徑信號的原理圖，實際上，同一顆衛(wèi)星的信號，可能會受 到多個物體的鏡面反射或漫反射，從多個不同的路徑進(jìn)入同一臺GNSS接收設(shè)備，從而"污 染"信號，給定位解算引入誤差。然而，由于每臺接收設(shè)備所處環(huán)境是有差異的，因而同一時 刻其所受的多路徑效應(yīng)各不相同，無法通過相對定位的方式予以消除。
[0035]為有效消除多路徑效應(yīng)的影響，下面將提供一種GNSS數(shù)據(jù)處理方法的具體實施方 式，其流程見圖3。
[0036]第一步，利用前述4臺GNSS接收設(shè)備進(jìn)行48小時的連續(xù)同步觀測，獲得觀測數(shù)據(jù)。 本【具體實施方式】中，采樣率設(shè)置為ls，衛(wèi)星截止高度角為15°。文中基準(zhǔn)點、監(jiān)測點1、監(jiān)測點 2、監(jiān)測點3統(tǒng)稱為觀測點。
[0037]第二步，根據(jù)觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和靜態(tài)模式的基線解算。
[0038] 本步驟具體為：
[0039] 2.1找出所有觀測點公共的同步時間段，從觀測數(shù)據(jù)中剔除非公共的同步時間段 下的觀測數(shù)據(jù)；
[0040] 2.2對各觀測點，遍歷其連續(xù)48小時的觀測數(shù)據(jù)，確保每一個多路徑重復(fù)周期內(nèi)跟 蹤的衛(wèi)星相同；若有某多路徑重復(fù)周期內(nèi)獨有的衛(wèi)星，剔除該衛(wèi)星的觀測數(shù)據(jù)。
[0041]多路徑重復(fù)周期為衛(wèi)星運行周期與一個恒星日的公倍數(shù)，GPS衛(wèi)星周期為 llh58min，所以，本實施例中所采用的多路徑重復(fù)周期為23h56m。
[0042]有時，由于衛(wèi)星開始發(fā)射或停止工作的原因，使得衛(wèi)星在某一個多路徑重復(fù)周期 內(nèi)消失，又在另一多路徑重復(fù)周期內(nèi)出現(xiàn)，該衛(wèi)星即某多路徑重復(fù)周期內(nèi)獨有的衛(wèi)星。 [0043] 2.3對所有觀測點的觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)一進(jìn)行靜態(tài)模式的基線解算，固定基準(zhǔn)點坐標(biāo)進(jìn) 行平差，得到監(jiān)測點1、監(jiān)測點2、監(jiān)測點3的初始坐標(biāo)。
[0044]第三步，動態(tài)模式的基線解算。
[0045] 觀測點兩兩間形成動態(tài)基線，每條動態(tài)基線包含一個起點和一個終點。動態(tài)基線 起點的選取原則為：以多路徑指標(biāo)較小的觀測點作為起點；若形成動態(tài)基線的兩觀測點的 多路徑指標(biāo)相等，則選擇數(shù)據(jù)完整率較高或周跳比較小的觀測點作為起點。
[0046] 本實施例中，共計形成動態(tài)基線6條。動態(tài)模式的基線解算具體為：固定起點的初 始坐標(biāo)，若起點為基準(zhǔn)點，起點的初始坐標(biāo)即基準(zhǔn)點的已知坐標(biāo);終點置為動態(tài)模式，采用 PPK法(相位后處理動態(tài)法)進(jìn)行解算獲得各歷元的基線分量。本【具體實施方式】中，基線分量 為以起點為原點的站心坐標(biāo)系下的北基線分量A N、東基線分量A E和高基線分量A U。 [0047]上述多路徑指標(biāo)、數(shù)據(jù)完整率和周跳比可采用TEQC軟件工具，根據(jù)各觀測點的觀 測數(shù)據(jù)計算獲得。作為優(yōu)選，TEQC軟件工具計算時所采用的觀測數(shù)據(jù)為子步驟2.2所獲得的 觀測數(shù)據(jù)。
[0048]為削弱對流層誤差，在PPK法解算過程中，需估計對流層天頂延遲參數(shù)。
[0049] 第四步，形成并分割基線分量時間序列。
[0050] 各歷元的基線分量形成基線分量時間序列，按多路徑重復(fù)周期將基線分量時間序 列 ABL={ AN, AE, AU}分割為2段子序列：ABL1 = { AN1, AE1, AU1}和 ABL2={ AN2, A E2，AU2}，一個子序列對應(yīng)一個多路徑重復(fù)周期，刪除多余歷元的基線分量數(shù)據(jù)。
[0051 ]作為優(yōu)選方案，在形成基線分量時間序列前，對各歷元的基線分量進(jìn)行預(yù)處理，具 體為:剔除基線分量中的非固定解，采用該非固定解前后相鄰歷元的固定解經(jīng)線性內(nèi)插，所 得內(nèi)插值代替該剔除的非固定解。
[0052]第五步，選對各子序列分別進(jìn)行小波分解與重構(gòu)。
[0053]小波基根據(jù)經(jīng)驗選擇，也可通過對比試驗選擇更優(yōu)的小波基。本【具體實施方式】中， 取db4作為小波基。
[0054]下面將對本步驟進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0055] 5.1對子序列A BL1、A BL2的三個基線分量分別進(jìn)行小波分解。
[0056]分解層數(shù)lev采用公式lev = fix(log(lx/(lw_l))/log(2)計算獲得，其中，lw表示 所選小波基的低通濾波器的長度，本【具體實施方式】中，lw表示"db4"的低通濾波器的長度； lx表示基線分量時間子序列長度;fix表示取整。本實施例中，lw = 8, lx = 86400,所計算分 解層數(shù)lev = 13。
[0057]以北基線分量A N1和A N2為例，其小波分解后如下：
[0058] ANl=al3i+dli+d2i+---+dl3i (1)
[0059] AN2 = al32+dl2+d22+---+dl32 (2)
[0060] 式（1)~（2)中，al3#Pal32分別表示北基線分量AN1和AN2小波分解后的第13層 近似部分;也和虹汾別表示北基線分量AN1和AN2小波分解后的第i層細(xì)節(jié)部分，i = l， 2,......13〇
[0061] 5.2根據(jù)小波分解結(jié)果獲得各子序列的第i層細(xì)節(jié)部分，計算各子序列各層細(xì)節(jié)部 分的相關(guān)系數(shù)，將第i層細(xì)節(jié)部分的相關(guān)系數(shù)記為P(i)，i = l，2,......13。例如，P(3)表示 A BL1小波分解所得的第3層細(xì)節(jié)部分與A BL2小波分解所得的第3層細(xì)節(jié)部分的相關(guān)系數(shù)。 [0062] 5.3獲取相關(guān)系數(shù)中的最大值，將該最大值所對應(yīng)層號記為i'，利用第i'層近似部 分和第i'層以上的所有細(xì)節(jié)部分進(jìn)行重構(gòu)，獲得重構(gòu)的子序列。
[0063]下面仍然以北基線分量A N1和A N2為例，對重構(gòu)進(jìn)行具體說明。
[0064] 假設(shè)i '為5，則重構(gòu)后的北基線分量A N1和A N2如下：
[0065] ANl，=a5i+dli+d2i+d3i+d4i (3)
[0066] A N2' =a52+dl2+d22+d32+d42 (4)
[0067] 式(3)~(4)中，AN1'和A N2 '分別表不重構(gòu)的北基線分量;a5i和a52分別表不北基 線分量A N1和A N2小波分解后的第5層近似部分。
[0068]第六步，以重構(gòu)的子序列的平均值作為最終基線分量。
[0069]下面仍然以北基線分量A N1和A N2為例對本步驟進(jìn)行說明，東基線分量A E和高 基線分量A U的最終基線分量的獲得方法相同。
[0070] 所得最終北基線分量A沒如下：
[0071] 論=(麗 + 麗)/2 (5)
[0072] 式(5)中，ANl、分別表不重構(gòu)后的兩子序列中北基線分量的均值。
[0073] 第七步，固定基準(zhǔn)點坐標(biāo)，利用最終基線分量進(jìn)行平差，獲取各監(jiān)測點坐標(biāo)。
【主權(quán)項】
1. 一種可削弱多路徑效應(yīng)的GNSS數(shù)據(jù)處理方法，其特征是，包括步驟： S1設(shè)置N個基準(zhǔn)點，各基準(zhǔn)點上架設(shè)一GNSS接收設(shè)備，N多1;同時，設(shè)置K個監(jiān)測點，各監(jiān) 測點上架設(shè)一 GNSS接收設(shè)備，K多1;基準(zhǔn)點和監(jiān)測點統(tǒng)稱觀測點； S2利用GNSS接收設(shè)備進(jìn)行M小時的連續(xù)同步觀測獲得觀測數(shù)據(jù)，M多2T，T為多路徑重復(fù) 周期； S3對所有觀測點的觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)一進(jìn)行靜態(tài)模式的基線解算，固定基準(zhǔn)點坐標(biāo)進(jìn)行平 差，得各監(jiān)測點的初始坐標(biāo)； S4觀測點間兩兩形成動態(tài)基線，以兩觀測點中多路徑指標(biāo)較小的觀測點作為起點，另 一觀測點作為終點；固定起點的初始坐標(biāo)，終點置為動態(tài)模式，采用PPK法解算，獲得各歷元 的基線分量;各觀測點的多路徑指標(biāo)根據(jù)各觀測點的觀測數(shù)據(jù)計算得到； S5各歷元的基線分量形成基線分量時間序列A BL，按多路徑重復(fù)周期將A BL分割為D 個子序列，_D = ，[」表示下取整;刪除多余歷元的基線分量數(shù)據(jù)； S6對各子序列分別進(jìn)行小波分解與重構(gòu)，獲得重構(gòu)的子序列； S7分別計算重構(gòu)的所有子序列中各同類基線分量的均值，得最終基線分量； S8固定基準(zhǔn)點坐標(biāo)，利用最終基線分量進(jìn)行平差，獲取各監(jiān)測點坐標(biāo)。2. 如權(quán)利要求1所述的可削弱多路徑效應(yīng)的GNSS數(shù)據(jù)處理方法，其特征是： 步驟S2中，進(jìn)行連續(xù)同步觀測的采樣間隔不大于1秒。3. 如權(quán)利要求1所述的可削弱多路徑效應(yīng)的GNSS數(shù)據(jù)處理方法，其特征是： 在執(zhí)行步驟S3前對觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行如下處理： 找出所有觀測點公共的同步時間段，從觀測數(shù)據(jù)中剔除非公共的同步時間段的觀測數(shù) 據(jù)； 遍歷各觀測點的觀測數(shù)據(jù)，確保各多路徑重復(fù)周期T內(nèi)跟蹤的衛(wèi)星相同。4. 如權(quán)利要求3所述的可削弱多路徑效應(yīng)的GNSS數(shù)據(jù)處理方法，其特征是： 所述的確保各多路徑重復(fù)周期T內(nèi)跟蹤的衛(wèi)星相同，具體為： 若有某多路徑重復(fù)周期內(nèi)獨有的衛(wèi)星，刪除該衛(wèi)星的觀測數(shù)據(jù)。5. 如權(quán)利要求1所述的可削弱多路徑效應(yīng)的GNSS數(shù)據(jù)處理方法，其特征是： 步驟S4中，若兩觀測點的多路徑指標(biāo)相等，則以兩觀測點中數(shù)據(jù)完整率較高或周跳比 較小的觀測點作為起點，各觀測點的數(shù)據(jù)完整率和周跳比根據(jù)各觀測點的觀測數(shù)據(jù)計算得 到。6. 如權(quán)利要求1所述的可削弱多路徑效應(yīng)的GNSS數(shù)據(jù)處理方法，其特征是： 執(zhí)行步驟S5前，對各歷元的基線分量進(jìn)行預(yù)處理，即，對基線分量中的非固定解，采用 該非固定解前后相鄰歷元的固定解經(jīng)線性內(nèi)插，所得內(nèi)插值代替該非固定解。7. 如權(quán)利要求1所述的可削弱多路徑效應(yīng)的GNSS數(shù)據(jù)處理方法，其特征是： 步驟S6進(jìn)一步包括子步驟： 6.1對各子序列中基線分量分別進(jìn)行小波分解； 6.2根據(jù)小波分解結(jié)果獲得各子序列的第i層細(xì)節(jié)部分，計算各子序列第i層細(xì)節(jié)部分 的相關(guān)系數(shù)P( i)，i = 1，2，......lev，lev表示小波分解層數(shù)； 6.3將最大相關(guān)系數(shù)所對應(yīng)層號記為i'，利用各子序列小波分解結(jié)果中第i'層近似部 分和第i'層以上的細(xì)節(jié)部分進(jìn)行重構(gòu)，獲得重構(gòu)的子序列。8.如權(quán)利要求1所述的可削弱多路徑效應(yīng)的GNSS數(shù)據(jù)處理方法，其特征是： 步驟S4中，在PPK法解算過程中，估計對流層天頂延遲參數(shù)，以削弱對流層誤差。
【文檔編號】G01S19/22GK106054214SQ201610694365
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年8月18日
【發(fā)明人】章迪, 郭際明, 梅文勝, 巢佰崇
【申請人】武漢大學(xué)