基于demy小波函数的GPS双差数据处理探讨

■试验研究　翘　建前　２０１４丘　基于ｄｅｍｙ小波函数的ＧｐＳ双差数据处理探讨　李海文。江思义，安仲文　（广西建设职业技术学院，广西南宁５３０００３）　摘要本文提取ＧＰＳ实验控制网观测数据中的原始载波信号，对提取的原始载波双差观测值采用ｄｅｍｙ小　波函数进行小波分析，研究不同小波函数及阀值条件下小波去噪的效果。并在评价去噪效果指标均方误差（Ｒ／ＶＩＳＥ）　和信噪比（ｓＮＲ）的基础上加入平滑度指标，通过综合考虑三种指标后得到的小波去除噪声后的数据，较好的提高了　ＧＰＳ观测数据的质量，进而提高了商用软件解算的精度　关键词小波；ＧＰＳ；数据处理　０引言　小波变换作为信号处理的一种新Ｊ　具，在测绘界引起了　越来越多的重视，由于其具有可同时进行时域和频域分析以　基线解算前的小波滤波，以提高信噪比及观测值精度。　１测区概述　本文所用的数据来自于２０１３年１１月本院２０１２级工程　及良好的时频局域化和变化特性，因而特别适合于处理平稳　和非平稳信号。小波分析在ＧＰＳ变形监测数据预处理、周跳　的探测及修复等方面已取得了一定的研究成果。本文利用　ｄｅｍｙ小波基函数对ＧＰＳ原始载波相位观测数据双差值进行　处理，用载波相位观测值进行多分辨分析，对随机误差进行　测量专业ＧＰＳ测量实习布设的ＧＰＳ控制网中的静态测量数　据，选取ｌ３个控制点进行ＧＰＳ控制网布设，９个为待定点，４　个已知点。即ＤＸ１２、ＬＢＬ０２、ＸＬ２、ＸＩＡ为已知点，观测条件基　本合格。如图１：　图１控制网布设图　罔ｌ中ＬＢＩ．０２、Ｎ８和ＤＸｌ２　个点附近有高压线．ＸＬ２　控制点周边房屋较多义靠得较近，导致接收到卫星的数日不　多。除此之外．控制点处于城建　，周边建筑物对信号有较强　的反射作用，会造成接收到的信号中存存周跳、多路径效应　等现象。　将各自的格式数据转换成ｒｉｎｅｘ标准格式数据，再利用ｍａｔｌａｂ　编程将观测文件中的编号为Ｇ２５和Ｇ１５的Ｌ１Ｃ／Ａ码进行读　取，原始数据中提取卫星Ｇｌ５的ｕ的载波信号Ｃ／Ａ码，采样　问隔为ｌ　ｓ。共提取了２２０个历元数据，利用ｄｂｌ０小波对Ｇ１５　和Ｇ２５形成的单差数据进行三层分解，此单差能很好地消除　：　星钟差、轨道误差、大气折射误差等处于第　层高频系数　的信号。在求单差的基础上通过历元间相减获取双差数据，　２数据分析　南于采用南方和中海达两种品牌的ＧＰＳ接收机，所以需　・ｌ４－　第１Ｏ期（总第１６２期）　翘　建ｌ前　试验研究一　对Ｇ１５和Ｇ２５两颗卫星求双差进行数据分析，如图２：　２　Ｏ　－２　一．　Ｓ　．。　ｎ口’　Ｏ　Ｏ＇　Ｏ　Ｏ２　髓口＇　Ｏ　・　Ｏ＇　拉　，　Ｏ　Ｏ２　Ｏ　电０２　ｄ＇　矗甜　５ｏ　１册　１　翘口　图２双差虚拟数据和分解的层数　从图２得知：将单差数据进行双差处理后，双差数据中　仍然存在噪声，但噪声的量相对减少，说明双差能够消除卫　星钟差、接收机钟差，减少不必要的参数。从分解的层数可以　看出：噪声相对集中在历元为１９０～２２０之间。　３小波分析　在此选用双差对ＧＰＳ数据进行降噪处理，目前去噪评价　标准即为均方根误差和信噪比，由于小波基函数的选择和阈　值的选取没有很好的选择标准，所以只能通过不同小波函数　和阈值将Ｇ１５和Ｇ２５形成的双差虚拟值进行处理，得出　ＲＭＳＥ值进行比较结果，进而可比较出效果较好的小波基函　数和阈值，见表１：　表１双差数据去噪效果　从表１得出：在选择小波函数和阈值相同时，双差数据　去噪的效果较好，同时得出选择ｄｅｍｙ小波基函数和Ｐｅｎａｌｉｚｅ　ｌｏｗ确定阈值进行去噪，其均方根误差最小，即双差去噪效果　最好。去噪效果如图３：　焉瞎　圈３　Ｇ２５－Ｇ１５利用ｄｅｍｙ小波函数和Ｐｅｎａｌｉｚｅｌｏｗ　确定阈值进行双差消噪后的示意图　分析可知Ｇ１５和Ｇ２５的双差数据去噪效果最好时，即均　方根误差最小时，选用的小波函数是不同的，双差数据选用　的小波函数是ｄｅｍｙ，去噪前ＲＭＳＥ值为２．７９９，去噪后ＲＭＳＥ　值为０．０１４７，可见双差去噪后的均方根误差要小于去噪前的　结果，这种去噪效果证明均方根误差最小的去噪效果最好。　用平滑度来确定Ｇ２５去噪效果，在Ｐｅｎａｌｉｚｅｌｏｗ确定的阈　值下选用Ｂｉｏｒ６．８小波函数的平滑度ｒ为０．７４０７，ｄｅｍｙ小波　函数的平滑度ｒ为０．８０８３。　由此可见在Ｐｅｎａｌｉｚｅｌｏｗ确定的阈值的情况下，双差采用　ｄｅｍｙ小波函数进行去噪的平滑度要比ｂｉｏｒ６．８高，在Ｇ１５中　采用ｄｅｍｙ小波函数比ｂｉｏｒ６．８小波函数的均方根误差小，去　噪效果好，双差的去噪结果也是一样的，采用ｄｅｍｙ小波函数　去噪效果好，反过来说明了平滑度大的去噪效果好。平滑度　小的去噪效果差，由此得出对于Ｇ２５而言，采用ｄｅｍｙ小波函　数的平滑度要比ｂｉｏｒ６．８高，所以综上所述Ｇ２５用ｄｅｍｙ小波　函数去噪效果是好的。　下面利用信噪比来进一步证明在小波函数都是ｄｅｍｙ和利　用Ｐｅｎａｌｉｚｅｌｏｗ来确定的阈值睛况下，双差去噪效果见表２：　表２利用ｄｅｍｙ小波函数和Ｐｅｎａｌｉｚｅｌｏｗ确定阈值进行双差消噪后结果　从中可以看出进行双差处理的均方根误差明显较小，信　噪比（ＳＮＲ）与ＲＭＳＥ成反比，即ＲＭＳＥ越小，信噪比ＳＮＲ越　大，去噪效果越好。　４小结　本文首先从均方根误差来初步判断去噪效果的好坏，均　方根误差越小说明去噪效果越好，当出现无法判断时，均方　根误差最小时，去噪函数不相同，那么就可以通过平滑度来　判定，最后根据综合考虑选出最好去噪效果的函数，即利用　利用ｄｅｍｙ小波函数和Ｐｅｎａｌｉｚｅｌｏｗ确定的阈值对Ｇ１５和Ｇ２５　进行双差消噪后，去噪效果最好。从实验数据的分析我们得　出小波分析对ＧＰＳ双差虚拟数据进行处理能够达到预期想　要的结果，减少了噪声的污染，得到有用的信息成分。　参考文献　【１】黄声亭，尹辉，蒋征．变形监测数据处理【Ｍ］　武汉：武汉　大学出版社，２００３．　【２］胡友健，梁新美，许成功．论ＧＰＳ变形监测技术的现状与　发展趋势卟测绘科学，２００６．３１（５）：１５６．１５７．　［３文鸿雁．３］基于小波理论的变形分析模型研究【Ｄ］．武汉：武　汉大学，博士学位论文，２００４．　ｆ４】李海文，蒋霖，周海峰，等．小波分析在探测ＧＰＳ信号噪声　中的应用Ｕ】＿勘察科学技术，２００９，（６）：５８－６０．　（下转第１０页）　・ｌ５・　●试验研究　建ｌ前　２０１４盘　底部单元与底座之间采用铰接。檩条两端与横梁铰接。所建　模型如图２所示。　Ｈ／５００（即５６００／５００：１１．２ｒａｍ，其中Ｈ为总高）进行比较得知，　房屋结构的层问侧移和顶层侧移分别为规范规定的侧移限　值的２６．１％和２７．５％。由此可知，带填充墙的两层新型可移动　房屋结构在０．７ｋＮ／ｍ：风压作川下，结构的抗侧移能力能够较　为容易地满足规范要求。　将本文对带填充墙的房屋结构分析结果与文献　巾没　有填充墙的骨架结构有限庀计算结果进行比较可以发现，两　者的水平侧移有着非常大的差别。在带填充墙的情况下，房　屋结构的层问侧移减少了９１．０％，总体侧移减少了９２．６％，说　明可移动房屋的填充墙对结构整体抗侧能力有着　著的贡　献。　４结论　通过对可移动式轻钢结构组合房屋在水平荷载作』｝ｊ下　图２有限元模型　的有限元分析，町以得到如ｒＦ结论：　（１）在设计风倚载作用下，蚺层带填充墙的可移动式轻　建模时结构川钢采川Ｑ２３５钢，ＢＥＡＭ１８８单元的屈服强　度取为２３５ＭＰａ，弹性模　为２００ＧＰａ，泊松比为０．３，密度为　钢结构组合房屋的层问侧移和顶层侧移能够满足没计规范　的要求。　７．８５ｇ／ｃｍ　；ＳＨＥＬＬ６３【单元的弹性模量取为３００ＭＰａ，泊松比为　０．３５，密度为Ｏ．０１２：　Ｈ１　。　结构位移云图如同３所示。　吼　９灌ｊ　啊０Ｎ　（２）框架内嵌填充墙能够　著提高房屋的整体刚度，在　设计分析时应考虑这一有利冈素，从而获得较准确的设计分　析结果以及较好的经济效益。　Ｔ醛ｌ　１　口§　＆　ｆ　（３）为便下相关工程实践和设计１一作借鉴，有必要进一　步提出内嵌填充墙的可移动式轻钢结构组合房屋抗侧性能　的实片Ｊ设计方法。　参考文献　ｆｌ】赵传鑫．整体装配式建筑结构研究分析ＵＪ．山西建筑，　２（）１３，（１８）：４５—４７．　ｆ２１　吴峰．可移动建筑物的特点及设计原则Ⅲ．沈阳建筑工　程学院学报（自然科学版），２００１，（０３）：１６１—１６３．　∑１ｌＪ蕊　．』笪　二　Ｉ３ｌ赵志远等可移动式轻钢结构组合房屋有限元分析ｕ１．　图３结构位移云图　福建建材，２１１１４，（１）：６－７．　【４ｌ　ＧＢ５０｛｝０９—２００１建筑结构荷载规范【ｓ】．　由图３町知，带填充墙的房屋结构　０．７ｋＮ／ｍ！风　作川　下，层问侧移值和顶层侧移值分别为１．８３ｒａｍ和３．０８ｒａｍ，将　其与ＧＢ５００１７—２００３￣钢结构设计规范》巾规定的层问侧移限　值ｈ／４００（即２８００／４００＝７ｒａｍ，其中ｈ为柱离）和顶层侧移限值　【５】祝效华，余志祥等．ＡＮＳＹＳ高级工程有限元分析范例　精选ｌＭＩｌ北京：电子工业出版社，２００４．　（上接第１５页）　基金项目：２｛｝１４年广西教育厅岛校科研项目——《ＧＰｓ　星定化测馈数批处理的研究　实践））（ＹＢ２０１４５２２）　作者简介：李海文（１９７８一），男，硕士，讲师，主要从事工程　测量方面的教学与研究。　Ｉ５　Ｊ李海文，周海峰，等．基于ｄｂｌ｛｝小波基函数的ＧＰＳ信号　去噪效果分析　勘察科学技术，２０１２，（４）：１８—２（】．　１６１郑作亚，黄王成，卢秀山．小波分析理论在ＧＰＳ技术中的　应用Ｕ】．中国科学院上海天文台年－ｆ－】，２Ｏ０３，（４）：４８—５５．　・ｌ０・