一种GPS共视远程数据处理方法和系统技术方案

本方案提供了一种GPS共视远程数据处理方法和系统，其中，该方法的步骤包括：对目标信号进行小波分解；根据预设阈值条件，剔除目标信号中高频系数部分由噪声引起的小波系数，保留有效小波系数；基于有效小波系数对共视钟差数据信号进行重构，获得去噪声的共视钟差数据信号。本申请所述技术方案能够有效抑制共视钟差数据信号中的噪声，能够复现共视钟差数据信号的非稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种GPS共视远程数据处理方法和系统
本申请涉及数据处理领域，特别涉及一种用于GPS共视远程比对数据的小波阈值降噪方法和系统。
技术介绍
GPS共视(CV)时间传递技术是远距离高精度量值传递关键技术之一，该技术主要适用于远程原子钟时差比对。鉴于该技术广泛的适用性和高精度时间传递性能，国际计量局(BIPM)利用该技术统计全球50多个守时实验室的原子钟数据，并通过取权计算国际时间尺度TAI(国际原子时)和UTC(协调世界时)。在GPS共视时间比对过程中，尽管利用精确的误差改正模型修正了各项时延，但未模型化误差和原子频标本身噪声也会对解算结果造成一定影响，表现为随机噪声特性，因此，对GPSCV远程比对数据进行平滑降噪处理，从而消除或削弱随机误差，是时间传递中的一项重要工作。
技术实现思路
本申请提供了一种用于GPS共视远程比对数据的小波阈值降噪方法和系统，以降低数据信号中的噪声，提高数据信号的平稳性。根据本申请实施例的第一个方面，提供了一种GPS共视远程数据处理方法，该方法的步骤包括：对目标信号进行小波分解；根据预设阈值条件，剔除目标信号中高频系数部分由噪声引起的小波系数，保留有效小波系数；基于有效小波系数对共视钟差数据信号进行重构，获得去噪声的共视钟差数据信号。在一种实施方式中，该方法的步骤还包括：对共视数据进行预处理，获得目标信号。在一种实施方式中，所述预设阈值条件包括：阈值函数和量化阈值。在一种实施方式中，所述阈值函数包括：硬阈值函数：软阈值函数：其中，wnew为阈值后的小波系数，w为小波系数，sign(*)为符号函数，λ为阈值。在一种实施方式中，所述量化阈值包括：固定阈值、无偏似然估计阈值、启发式阈值和极大极小阈值中的至少一种。在一种实施方式中，所述基于有效小波系数对共视钟差数据信号进行重构，获得去噪声的共视钟差数据信号的步骤包括：根据未处理的低频小波系数和根据预置条件处理后的高频系数利用离散小波逆变换对信号进行重构，获得去噪声的共视钟差数据信号。根据本申请实施例的第二个方面，提供了一种GPS共视远程数据处理系统，该系统包括：分解单元，对目标信号进行小波分解；剔除单元，根据预设阈值条件，剔除目标信号中高频系数部分由噪声引起的小波系数，保留有效小波系数；重构单元，基于有效小波系数对共视钟差数据信号进行重构，获得去噪声的共视钟差数据信号。在一种实施方式中，该系统还包括：数据生成单元，对远程两地的共视数据进行比对，获得共视钟差数据；数据交互单元，基于Internet互联网，进行远程两地的共视数据交互；预处理单元，对共视数据进行预处理，获得目标信号。在一种实施方式中，所述预设阈值条件包括：阈值函数和量化阈值；硬阈值函数：软阈值函数：其中，wnew为阈值后的小波系数，w为小波系数，sign(*)为符号函数，λ为阈值；所述量化阈值包括：固定阈值、无偏似然估计阈值、启发式阈值和极大极小阈值中的至少一种。在一种实施方式中，所述重构单元具体执行如下步骤：根据未处理的低频小波系数和根据预置条件处理后的高频系数利用离散小波逆变换对信号进行重构，获得去噪声的共视钟差数据信号。有益效果本申请所述技术方案能够有效抑制共视钟差数据信号中的噪声，能够复现共视钟差数据信号的非稳定性。附图说明此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：图1示出本方案所述GPS共视远程数据处理系统的示意图；图2示出本方案所述GPS共视远程数据处理方法的示意图；图3示出本方案所述共视钟差数据重构的示意图。附图标号1.原子钟，2.电子计数器，3.GPS共视接收机，4.Internet互联网，5.共视数据处理软件，6.基于小波阈值的GPSCV远程比对数据降噪系统，7.GPS卫星。具体实施方式为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。小波阈值降噪是小波变换的主要应用之一。小波变换具有“能量集中”特性，能将信号能量集中到少数小波系数上，而在任何正交基上，白噪声经变换仍为白噪声，其分量主要分布在展开系数上。相对而言，有用信号对应的小波系数数目较少，但幅值较大，而噪声信号所对应的小波系数个数较多，分布一致，但幅值较小。因此，本方案将小波阈值降噪应用于GPS共视数据的降噪。该方法把小波系数中绝对值较小的系数置为零，保留或者收缩绝对值较大的系数，获得估计小波系数，最终利用估计小波系数对信号进行重构，从而达到降噪的目的。如图1和图2所示，本方案提供了一种用于GPSCV远程比对钟差数据的降噪方法，该方法基于小波阈值算法，解决传统降噪算法只保留数据的平稳特性，而忽视断点、尖峰、边缘等非平稳特性，导致有用数据丢失的问题。GPS共视的基本原理是A、B两地的GPS共视接收机在同一时刻接收同一颗GPS卫星信号，电子计数器计算GPS秒脉冲与本地原子钟的秒脉冲的时差。A、B两地的共视数据经Internet网络交互，通过共视数据处理软件得到共视远程比对钟差序列。远程时钟比对结果表示为：式中：T(t)——两地钟差；a——观测起点两地钟差；b——两地原子钟频率偏差；c——两地原子钟频率漂移差；x(t)——非平稳随机误差的叠加。可以看出，a、b、c三项可以通过数学建模定量描述，随机噪声是影响比对结果精度的关键因素，因此，降噪是远程时间比对数据处理亟待解决的问题。小波阈值降噪的基本原理是根据有用信号与噪声在不同的分解尺度上性质不同，选取合适的阈值函数对小波系数进行阈值处理。首先，将信号按尺度多层小波分解，然后根据先验知识设定阈值，大于阈值的小波系数认定为由有用信号引起，小于阈值的小波系数认定为主要由噪声引起，随后剔除由噪声引起的小波系数，保留有效信号小波系数，最后根据离散小波逆变换将阈值处理后的小波系数重新构造信号。具体的，本方案所述小波阈值降噪的具体步骤如下：第一步小波分解选取小波基函数，对含噪信号进行小波分解。常用于降噪的小波基函数有dbN、coifN和symN。确定小波分解层数，一般为3-5层。第二步小波分解高频系数阈值量化在小波阈值降噪过程中起关键性作用的就是阈值函数的选取和阈值量化，该步骤直接决定着信号降噪质量的好坏。阈值函数的选取关系着重构信号的精度和连续性。目前，阈值函数主要分为硬阈值和软阈值两种。设wnew为阈值后的小波系数，w为小波系数，sign(*本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种GPS共视远程数据处理方法，其特征在于，该方法的步骤包括：/n对目标信号进行小波分解；/n根据预设阈值条件，剔除目标信号中高频系数部分由噪声引起的小波系数，保留有效小波系数；/n基于有效小波系数对共视钟差数据信号进行重构，获得去噪声的共视钟差数据信号。/n

【技术特征摘要】
1.一种GPS共视远程数据处理方法，其特征在于，该方法的步骤包括：
对目标信号进行小波分解；
根据预设阈值条件，剔除目标信号中高频系数部分由噪声引起的小波系数，保留有效小波系数；
基于有效小波系数对共视钟差数据信号进行重构，获得去噪声的共视钟差数据信号。


2.根据权利要求1所述的GPS共视远程数据处理方法，其特征在于，该方法的步骤还包括：
对共视钟差数据进行预处理，获得目标信号。


3.根据权利要求1或2所述的GPS共视远程数据处理方法，其特征在于，所述预设阈值条件包括：阈值函数和量化阈值。


4.根据权利要求3所述的GPS共视远程数据处理方法，其特征在于，所述阈值函数包括：
硬阈值函数：



软阈值函数：



其中，wnew为阈值后的小波系数，w为小波系数，sign(*)为符号函数，λ为阈值。


5.根据权利要求3所述的GPS共视远程数据处理方法，其特征在于，所述量化阈值包括：固定阈值、无偏似然估计阈值、启发式阈值和极大极小阈值中的至少一种。


6.根据权利要求1所述的GPS共视远程数据处理方法，其特征在于，所述基于有效小波系数对共视钟差数据信号进行重构，获得去噪声的共视钟差数据信号的步骤包括：
根据未处理的低频小波系数和根据预置条件处理后的高频系数利用离散小波逆变换对信号进行重构，获得去噪...

【专利技术属性】
技术研发人员：张然，杨帆，
申请(专利权)人：北京无线电计量测试研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11