一种基于EMD算法对北斗定位数据后处理的方法技术

本发明专利技术提供一种基于EMD算法对北斗定位数据后处理的方法，包括以下步骤：步骤一、对24小时跨度的原始北斗静态定位数据进行预处理，步骤二、通过对经预处理后的原始北斗静态定位数据进行扩充，得到原始北斗静态定位数据的新数据序列，并基于新数据序列对下一个24小时跨度的原始北斗静态定位数据进行端点效应改正处理。本发明专利技术通过根据原始北斗静态定位数据的周期特性，以及其总体趋势变化缓慢的特点，根据数据本身进行首尾相接以进行扩充数据；当得到了足量的扩充数据后，直接进行MPCI

【技术实现步骤摘要】
一种基于EMD算法对北斗定位数据后处理的方法


[0001]本专利技术涉及北斗定位
，具体涉及的是一种基于EMD算法对北斗定位数据后处理的方法。

技术介绍

[0002]针对北斗定位系统中的静态接收机消除多径的方法目前包括采用恒星日滤波或整流罩等方式对天线进行改造、以实现对静态接收机的多径进行消除的方法。
[0003]现有技术中采用最多的是恒星日滤波的方法，恒星日滤波是基于卫星环绕地球轨道的周期性，以及静态接收机所处的信号环境相对稳定的条件，通过分析卫星星历，计算每颗卫星的低频分量，最后按接收机搜星情况对低频分量加总后差分，达到消除多径的目的。恒星日滤波存在以下缺点：计算复杂，需要对接收的所有卫星进行逐个分析运算；无法后处理，只能在运算步骤中进行运算。
[0004]采用整流罩的方法，其因体积和成本过大，实用性不强，除非特定需求否则一般不予考虑。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种基于EMD算法对北斗定位数据后处理的方法，包括以下步骤：
[0006]步骤一、对24小时跨度的原始北斗静态定位数据进行预处理，
[0007]步骤二、通过对经预处理后的原始北斗静态定位数据进行扩充，得到原始北斗静态定位数据的新数据序列，并基于新数据序列对下一个24小时跨度的原始北斗静态定位数据进行端点效应改正处理。
[0008]可选的，所述步骤一中，对24小时跨度的原始北斗静态定位数据进行预处理的方法具体如下：
[0009]步骤1、将24小时跨度的原始北斗静态定位数据分成5760个历元；
[0010]步骤2、通过斜率识别算法剔除原始北斗静态定位数据中的离群点数据；
[0011]步骤3、按24小时跨度的原始北斗静态定位数据有5760个历元的标准，将经步骤2后的原始北斗静态定位数据补全；以及将原始北斗静态数据中缺失的部分数据通过单调分段插值算法进行拟合。
[0012]可选的，所述步骤二中，对经步骤一预处理后的原始北斗静态定位数据进行扩充的方法具体为：
[0013]通过卫星静态定位数据的特征，按24小时为周期对原始北斗静态定位数据进行基于当前24小时跨度的原始北斗静态定位数据的首尾数据扩充(首尾数据的扩充通常扩充到三天的数据量即可)，得到原始北斗静态定位数据的新数据序列。
[0014]可选的，所述步骤二中，基于新数据序列对下一个24小时跨度的原始北斗静态定位数据进行端点效应改正处理的方法具体为：
[0015]将得到的新数据序列通过MPCI
‑
EMD算法进行16步拆分，获得16组IMF序列；
[0016]将16组IMF序列按频率从高至低的降序进行排列；
[0017]提取出16组IMF序列中的第10组
‑
第16组IMF序列作为用于对下一个24小时跨度的原始北斗静态定位数据进行端点效应改正的经验低频分量数据。
[0018]可选的，将新数据序列通过MPCI
‑
EMD算法进行16步拆分的过程具体如下：
[0019]A、设原始北斗静态定位数据的时间序列x(t)的组成如下：
[0020]x(t)＝T(t)+mul(t)+h(t)
[0021]其中：t为历元；T(t)为用于反映正实位移程度的趋势项数据，北斗在静态监测环境下，趋势项一般以24小时为单位变化位移，属于极低频；mul(t)为低频分量，一般以恒星日为周期变化；h(t)为高频分量，高频分量包括热噪声、观测噪声和脉冲干扰等；
[0022]B、根据EMD算法理论，通过模态分析拆分出各级频率的波动，得到相应的IMF序列，其步骤如下：
[0023]①
、对时间序列x(t)进行局部极值分析，得到局部极大值序列x
max
和局部极小值序列x
min
：
[0024]{x
min
，x
max
}＝f(x(t))，t∈[t
a
，t
b
][0025]其中：f(x(t))为对时间序列x(t)进行端点效应处理，x
min
≤x(t)≤x
max
，t
a
为原始北斗静态定位数据的起始历元，t
b
为原始北斗静态定位数据的结束历元；
[0026]②
、通过MPCI算法对局部极大值序列x
max
和局部极小值序列x
min
求出上包络线序列envelope
up
和下包络线序列envelope
low
：
[0027]envelope
low
＝MPCI({x
min
})
[0028]envelope
up
＝MPCI({x
max
})；
[0029]③
、根据上包络线序列envelope
up
和下包络线序列envelope
low
求出原始北斗静态定位数据的低频分量mul(t)的均值序列m
1k
(t)以及高频分量h(t)的均值序列h
1k
(t)：
[0030]m
1k
(t)＝(envelope
up
+envelope
low
)/2
[0031]h
1k
(t)＝x(t)
‑
m
1k
(t)
[0032]其中：m
1k
(t)为第k次包络均值，k＝1，2，
…
N，N为包络值总数；
[0033]④
、重复步骤
①‑③
不断剔除低频分量mul(t)，最终提取出当前北斗静态定位数据中的最高频分量，并直到停止直到停止准则满足k达到特定次数S时，得到时间序列中最高频的波动IMF1(t)：
[0034]IMT1(t)＝h
1s
(t)
[0035]其中：h
1s
(t)为经S次重复滤波的第1步EMD拆分的高频分量；
[0036]⑥
、将时间序列x(t)减去时间序列中最高频的波动IMF1(t)，得到了残余序列r1(t)，残余序列r1(t)包含了次高频分量和低频分量；对残余序列r1(t)继续拆分，停止准则满足k达到特定次数S时，便能获得各频段的数据序列，其具体表示如下：
[0037][0038]IMF1(t)＝h
1s
(t)
[0039]T(t)＝r
n
(t)
[0040]其中：r
n
(t)为最后的残余序列。
[0041]可选的，将16组IMF序列按频率从高至低的降序进行排列的具体过程如下：
[0042]对16组IMF序列按频率的高低拆分为如下两个部分：
[0043][00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于EMD算法对北斗定位数据后处理的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、对24小时跨度的原始北斗静态定位数据进行预处理，步骤二、通过对经预处理后的原始北斗静态定位数据进行扩充，得到原始北斗静态定位数据的新数据序列，并基于新数据序列对下一个24小时跨度的原始北斗静态定位数据进行端点效应改正处理。2.根据权利要求1所述的基于EMD算法对北斗定位数据后处理的方法，其特征在于，所述步骤一中，对24小时跨度的原始北斗静态定位数据进行预处理的方法具体如下：步骤1、将24小时跨度的原始北斗静态定位数据分成5760个历元；步骤2、通过斜率识别算法剔除原始北斗静态定位数据中的离群点数据；步骤3、按24小时跨度的原始北斗静态定位数据有5760个历元的标准，将经步骤2后的原始北斗静态定位数据补全；以及将原始北斗静态数据中缺失的部分数据通过单调分段插值算法进行拟合。3.根据权利要求2所述的基于EMD算法对北斗定位数据后处理的方法，其特征在于，所述步骤二中，对经步骤一预处理后的原始北斗静态定位数据进行扩充的方法具体为：通过卫星静态定位数据的特征，按24小时为周期对原始北斗静态定位数据进行基于当前24小时跨度的原始北斗静态定位数据的首尾数据扩充，得到原始北斗静态定位数据的新数据序列。4.根据权利要求3所述的基于EMD算法对北斗定位数据后处理的方法，其特征在于，所述步骤二中，基于新数据序列对下一个24小时跨度的原始北斗静态定位数据进行端点效应改正处理的方法具体为：将得到的新数据序列通过MPCI
‑
EMD算法进行16步拆分，获得16组IMF序列；将16组IMF序列按频率从高至低的降序进行排列；提取出16组IMF序列中的第10组
‑
第16组IMF序列作为用于对下一个24小时跨度的原始北斗静态定位数据进行端点效应改正的经验低频分量数据。5.根据权利要求4所述的基于EMD算法对北斗定位数据后处理的方法，其特征在于，将新数据序列通过MPCI
‑
EMD算法进行16步拆分的过程具体如下：A、设原始北斗静态定位数据的时间序列x(t)的组成如下：x(t)＝T(t)+mul(t)+h(t)其中：t为历元；T(t)为用于反映止头位移程度的趋势项致据，北斗在静态监测环境下，趋势项一般以24小时为单位变化位移，属于极低频；mul(t)为低频分量，一般以恒星日为周期变化；h(t)为高频分量，高频分量包括热噪声、观测噪声和脉冲干扰；B、根据EMD算法理论，通过模态分析拆分出各级频率的波动，得到相应的IMF序列，其步骤如下：
①
、对时间序列x(t)进行局部极值分析，得到局部极大值序列x
max
和局部极小值序列x
min
：{x
min
，x
max
}＝f(x(t))，t∈[t
a
，t
b
]其中：f(x(t))为对时间序列x(t)进行端点效应处理，x
min
≤x(t)≤x
max
，t
a
为原始北斗静态定位数据的起始历元，t
b
为原始北斗静态定位数据的结束历元；
②
、通过MPCI算法对局部极大值序列x
max
和局部极小值序列x
min
求出上包络线序列
envelope
up
和下包络线序列envelope
low
：envelope
low
＝MPCI({x
min
})envelope
up
＝MPCI({x
max
})；
③
、根据上包络线序列envelope
up
和下包络线序列envelope
low
求出原始北斗静态定位数据的低频分量mul(t)的均值序列m
1k
(t)以及高频分量h(t)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：匡宇龙，梁晓东，雷孟飞，汤金毅，黎凯，周延栋，刘号新，周琦，
申请(专利权)人：湖南联智监测科技有限公司，
类型：发明
国别省市：