Gps测站坐标时间序列周期性探测方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于GPS数据精密处理技术领域，具体涉及一种GPS测站坐标时间序列周 期性探测方法及系统。
【背景技术】
[0002] GPS测站坐标时间序列主要用于噪声模型和速度模型的建立。现有的GPS测站坐 标时间序列预测估计模型通常包含季节性信号，并且将周期性信号如周年信号和半周年等 作为常数参数广泛应用（BlewittandLavall6e，2002)，一般采用周年周期及其谐波和常 数振幅的正弦曲线建模（Nicolaidis，2002)。
[0003] GPS测站坐标时间序列中存在的季节性信号是对环境变化的响应，而隐藏在季节 性信号中的环境噪声是不稳定的。研宄成果表明，环境噪声的表现形式具有周期性可变特 征（Davis,Wernickeetal.，2012)〇
[0004] 然而，数据处理分析策略与GPS相关的技术因素、固体地球质量负荷、大气压负 荷、水储量变化、岩石热膨胀、降雨、多路径效应等因素的综合影响，导致GPS测站坐标时间 序列中的季节性信号呈现周期性可变特征（Davis,Wernickeetal.，2012)。田云锋（2011) 对青藏高原和喜马拉雅地区的GPS垂向分量分析发现存在明显的相位变化，推断是受到地 表水体因子控制；而在CMONOC及周边IGS台站的位置时间序列中均发现了周期约为351/ n(n= 1，…，6)天的"异常"周期项，并认为地表质量负荷并非该异常周期项的来源。
[0005] 目前GPS测站坐标时间序列周期性探测方法存在不足：将周期性时变信号当作时 不变信号进行描述，对速率估值及其不确定性都会产生明显影响。
【发明内容】
[0006] 针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种利用谐函数和最小二乘准则、顾及 周期性可变信号的GPS测站坐标时间序列周期性探测方法及系统。
[0007] 本发明采用谐函数对GPS测站坐标时间序列建模，通过最小二乘准则估计GPS测 站周期性可变信号，从而实现GPS测站坐标时间序列周期性探测。
[0008] 为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：
[0009] 一、GPS测站坐标时间序列周期性探测方法，包括步骤：
[0010] 步骤1，获取GPS测站坐标时间序列观测值；
[0011] 步骤2,剔除GPS测站坐标时间序列观测值粗差并修正天线相位中心偏差；
[0012] 步骤3,采用谐函数描述GPS测站坐标时间序列获得GPS测站坐标时间序列的谐
【主权项】
1. GPS测站坐标时间序列周期性探测方法，其特征是，包括步骤： 步骤1，获取GPS测站坐标时间序列观测值； 步骤2,剔除GPS测站坐标时间序列观测值粗差并修正天线相位中心偏差； 步骤3,采用谐函数描述GPS测站坐标时间序列获得GPS测站坐标时间序列的谐函数 模型，并设计谐函数模型矩阵
其中，y表示GPS测站坐标时间序列观测 值；
h为观测历元，i = 1，2, · · ·，m，m为观测历元 数量，表示可变周期性信号的频率
· ak、bk分别为正弦函数分量、余弦函数分 量
y (〇)为GPS测站参考历元坐标，a。为GPS测站的线性速度；k表示谐函数 编号，q为谐函数数量； 步骤4,采用最小二乘法解算谐函数模型矩阵，获得可变周期性信号的频率估计值，并 采用假设检验方法验证频率估计值； 步骤5,基于假设检验验证后的频率估计值，采用最小二乘方法解算谐函数模型矩阵获 得正弦函数分量ak、余弦函数分量bk和线性速度a P
2. 如权利要求1所述的GPS测站坐标时间序列周期性探测方法，其特征是： 步骤1中通过双差定位软件工具、精密单点定位软件工具或IGS分析中心获取GPS测 站坐标时间序列观测值。
3. 如权利要求1所述的GPS测站坐标时间序列周期性探测方法，其特征是： 所述的GPS测站坐标时间序列的谐函数模型为：
其中，y(ti)为观测历元h对应的GPS测站坐标观测值，y(0)为GPS测站参考历元坐 标；％为GPS测站的线性速度，t i为观测历元；a k、bk分别为正弦函数分量、余弦函数分量， ?,表示可变周期性信号的频率；k表示谐波函数编号，q为谐波函数数量。
4. 如权利要求1所述的GPS测站坐标时间序列周期性探测方法，其特征是： 步骤4进一步包括子步骤： 4. 1解算以下最大化问题以探测频率'及其对应的Aj:
其中，I为单位矩阵，IMb是L2范数运算符，Q，GPS测站坐标时间序列观测值的方 差协方差矩阵；
1 = 1，2,. . . j-Ι ; 4. 2采用假设
Ij断是否向谐函数模型增加新频率，即根据步骤 4. 1获得的探测频率 '及其对应的判定是否接受零假设，若接受，则增加新频率，然后 执行步骤4. 1 ;否则，执行步骤4. 3 ;HQ为零假设，H a为备选假设； 4. 3采用Qy= 〇2I和统计量
-评估假设检验，其中， 4 =尽4, 4为零假设下的最小二乘残差；么2为备选假设下的验后方差，为备选假设下 的最小二乘残差，统计量T2~ F (2, m-n-2s)，s为假设检验过程中确定的备选谐函数数量。
5. 如权利要求1所述的GPS测站坐标时间序列周期性探测方法，其特征是： 步骤5具体为： 采用最小二乘法，通过解算以下矩阵获得正弦函数分量ak和余弦函数分量bk: y = Bx+v X = (ByQilB) 'BrQ^y ^=(B7QilB) 1 其中，矩阵B = [A Ak]，k = 1，. . .，j ;i为χ的最小二乘估值；〇7是GPS测站坐标时间 序列观测值的方差协方差矩阵；y是GPS测站坐标时间序列观测值，V是随机误差矢量，采用 最小二乘法解算获得。 6. GPS测站坐标时间序列周期性探测系统，其特征是，包括： 观测值获得模块，用来获取GPS测站坐标时间序列观测值； 修正模块，用来剔除GPS测站坐标时间序列观测值粗差并修正天线相位中心偏差； 谐函数模型构建模块，用来采用谐函数描述GPS测站坐标时间序列获得GPS测站坐标 时间序列的谐函数模型，并设计谐函数模型矩阵
其中，y表示GPS测站坐 标时间序列观测值
&为观测历元，i = 1，2, · · ·，m， m为观测历元数量，《,表示可变周期性信号的频率；
· ak、bk分别为正弦函数分量、 余弦函数分量；
KO)为GPS测站参考历元坐标，a(l为GPS测站的线性速度；k 表示谐函数编号，q为谐函数数量； 频率估计模块，用来采用最小二乘法解算谐函数模型矩阵，获得可变周期性信号的频 率估计值，并采用假设检验方法验证频率估计值； 周期性探测模块，用来基于假设检验验证后的频率估计值，采用最小二乘方法解算谐 函数模型矩阵获得正弦函数分量ak、余弦函数分量bk和线性速度a P
【专利摘要】本发明提供了一种GPS测站坐标时间序列周期性探测方法及系统，包括步骤：步骤1，获取GPS测站坐标时间序列观测值；步骤2，剔除GPS测站坐标时间序列观测值粗差并修正天线相位中心偏差；步骤3，采用谐函数描述GPS测站坐标时间序列获得GPS测站坐标时间序列的谐函数模型，并设计谐函数模型矩阵；步骤4，采用最小二乘法解算谐函数模型矩阵，探测GPS测站坐标时间序列周期性。本发明可能处理含有时变周期性信号的GPS测站坐标时间序列，并保证探测准确性。
【IPC分类】G01S19-37
【公开号】CN104765055
【申请号】CN201510173563
【发明人】周晓慧, 姜卫平, 马一方
【申请人】武汉大学
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年4月14日