一種改進的TurboEdit數(shù)據(jù)預處理算法課件

1、 一種改進的一種改進的TurboEdit 非差非差數(shù)據(jù)預處理算法數(shù)據(jù)預處理算法袁玉斌黨亞民成英燕袁玉斌黨亞民成英燕 Chinese Academy of Surveying & Mapping2009.08.082主要內容主要內容v常用的非差數(shù)據(jù)預處理算法常用的非差數(shù)據(jù)預處理算法vTurboEdit算法介紹算法介紹vTurboEdit算法的改進算法的改進v實例分析實例分析 v結論結論31、常用的非差數(shù)據(jù)預處理算法、常用的非差數(shù)據(jù)預處理算法v高次差法高次差法v多項式擬合法多項式擬合法v相鄰歷元求差法相鄰歷元求差法v偽距相位組合法偽距相位組合法v多普勒積分法多普勒積分法v卡爾曼濾波卡爾曼濾

2、波vTurboEdit算法算法 42、 TurboEdit算法介紹算法介紹2.1、Melbourne-Wbbena（M-W）組合組合 M-WM-W觀測值及其整周模糊度可分別表示為觀測值及其整周模糊度可分別表示為一般地對于一個無周跳的觀測時段，一般地對于一個無周跳的觀測時段， 應接近于常數(shù)，并且隨機分布，一旦發(fā)應接近于常數(shù)，并且隨機分布，一旦發(fā)生寬巷周跳，則曲線隨之出現(xiàn)跳變。生寬巷周跳，則曲線隨之出現(xiàn)跳變。 11221 1221212mwf Lf Lf Pf PLffff12/()/mwwmwbwLLffC bw5采用遞推公式計算每一歷元采用遞推公式計算每一歷元 的寬巷模糊度預測值的寬巷模糊度預

3、測值 及其方差及其方差 ：若若 , ,則認為則認為 歷元可能發(fā)生周跳；繼續(xù)判歷元可能發(fā)生周跳；繼續(xù)判斷斷 歷元的狀態(tài)。歷元的狀態(tài)。1( )1wwiwib iibbii 22211( )1wwiiib ibiii 11|( )| 4wwiib ib ii1wib2i1i62.2、Geometry-Free（G-F）組合組合 整數(shù)據(jù)段擬合整數(shù)據(jù)段擬合 vG-F觀測值為觀測值為 vG-F組合觀測值適于周跳探測與修復、粗差剔除。組合觀測值適于周跳探測與修復、粗差剔除。v一般利用多項式進行擬合，根據(jù)擬合殘差來判斷是否發(fā)生周跳。若一般利用多項式進行擬合，根據(jù)擬合殘差來判斷是否發(fā)生周跳。若 則認為則認為 歷

4、元發(fā)生周跳。然后進行周跳修復歷元發(fā)生周跳。然后進行周跳修復(葉世榕葉世榕,2002)。 v分別探測出分別探測出M-W和和G-F周跳后，聯(lián)立方程求解周跳后，聯(lián)立方程求解 上的周跳值。上的周跳值。 1 122gf 21|( )( )(1)(1)| 6()gfgfiQ iiQ i21|(1)(1)( )( )| ()gfgfiQ iiQ ii12,L L7主要內容主要內容v常用的非差數(shù)據(jù)預處理算法常用的非差數(shù)據(jù)預處理算法vTurboEdit算法介紹算法介紹vTurboEdit算法的改進算法的改進v實例分析實例分析 v結論結論83、TurboEdit算法的改進算法的改進3.1、M-W寬巷模糊度預測值及

5、方差寬巷模糊度預測值及方差 預測當前歷元寬巷模糊度及方差時預測當前歷元寬巷模糊度及方差時 （1 1）只能利用當前弧段的觀測值。）只能利用當前弧段的觀測值。 （2 2）選擇序列亦不能太長。）選擇序列亦不能太長。 （3 3）考慮到粗差問題。）考慮到粗差問題。9v選取一參考歷元選取一參考歷元 ， 兼顧了前述要求。兼顧了前述要求。v設從參考歷元至當前歷元設從參考歷元至當前歷元 的粗差數(shù)為的粗差數(shù)為 ，則，則refepochrefepochi( )e i11( )( )( )( )refwwiwirefrefiepoche ib ibbiepoche iiepoche i 222111( )( )( )

6、( )refwwiiirefrefiepoche ib ibiepoche iiepoche i 103.2、Geometry-Free（G-F）組合組合 相鄰歷元求差法相鄰歷元求差法 如果如果 、 的測量的測量誤差為誤差為0.010.01周，周，則則 的中誤差的中誤差為為0.0230.023周，可根周，可根據(jù)拉依達準則或據(jù)拉依達準則或肖維勒準則來探肖維勒準則來探測異常。測異常。 21211122( )( )( )( )( )( )gfionoiiifN iN iif(1)(1)( )(1)( )gfgfgfionoionoiiiii112212(1)(1)( )7760gfionoionof

7、iNNiifNN 12(1)(2)(3)gf113.3、G-F組合的滑動窗口擬合模型組合的滑動窗口擬合模型 v整數(shù)據(jù)段上的擬合模型整數(shù)據(jù)段上的擬合模型 ( (見見2.2) 2.2) 以下兩個缺陷：以下兩個缺陷：1 1）、該方法只能探測大周跳。）、該方法只能探測大周跳。2 2）、擬合階數(shù)的選擇問題。）、擬合階數(shù)的選擇問題。v相鄰歷元差分法相鄰歷元差分法( (見見3.2) 3.2) 本質上也是一種擬合模型。本質上也是一種擬合模型。123.4、G-F組合擬合模型的概括模型組合擬合模型的概括模型 v本文提出一種基于滑動窗口的擬合模型。對當前歷元，僅選本文提出一種基于滑動窗口的擬合模型。對當前歷元，僅選

8、擇前擇前n n個歷元來求定擬合參數(shù)和中誤差個歷元來求定擬合參數(shù)和中誤差 ，然后作判斷，然后作判斷 如果上式成立，則當前歷元異常，繼續(xù)進行下一歷元的判如果上式成立，則當前歷元異常，繼續(xù)進行下一歷元的判斷。斷。v如果連續(xù)三個歷元均超限，則認為出現(xiàn)了周跳，否則認為出如果連續(xù)三個歷元均超限，則認為出現(xiàn)了周跳，否則認為出現(xiàn)了粗差，并在相應的歷元作粗差標記?，F(xiàn)了粗差，并在相應的歷元作粗差標記。v附加更強的約束條件，重新遍歷各附加更強的約束條件，重新遍歷各G-FG-F弧段的歷元，進一步弧段的歷元，進一步剔除難以發(fā)現(xiàn)的小粗差。剔除難以發(fā)現(xiàn)的小粗差。( )gfi|( )( )|4( )gfgfiQ ii13是否

9、最后一歷元否i是否超限是i+1是否超限i,i+1超限值之差是否超限是標記i為粗差是標記i為周跳i=i+1否否遍歷歷元i開始否是是否j弧段尾聯(lián)立方程組求L1,L2周跳 M-W弧段j M-W弧 段j歷元k是否最后一M-W弧段結束取k之前15歷元預測Q(k)及s0|Fgf-Q(k)|=4s0即K超限下兩歷元均超限?標記k為G-F周跳,L1,L2周跳,新的G-F弧段標記粗差,調整k值否是是否否是是否改進后的TurboEdit算法流程圖重新遍歷各 G-F弧段,進一步剔除小粗差14主要內容主要內容v常用的非差數(shù)據(jù)預處理算法常用的非差數(shù)據(jù)預處理算法vTurboEdit算法介紹算法介紹vTurboEdit算法

10、的改進算法的改進v實例分析實例分析 v結論結論154、實例分析實例分析 以以bjfs1750.08o的的PRN02數(shù)據(jù)作實驗，共數(shù)據(jù)作實驗，共756歷元。歷元。v第第100歷元處加周跳歷元處加周跳 ，等周周跳，等周周跳，M-W探測的盲點；探測的盲點；v第第200歷元處加周跳歷元處加周跳 ，等距周跳，等距周跳，G-F探測的盲點；探測的盲點；v在第在第300、301、302、303歷元處分別加上歷元處分別加上 、 、 、 周跳，周跳，此為連續(xù)周跳（或同時發(fā)生周跳和粗差）；此為連續(xù)周跳（或同時發(fā)生周跳和粗差）；v在第在第400、405歷元處分別加上歷元處分別加上 、 周跳。注意兩周跳時間間隔周跳。注

11、意兩周跳時間間隔較小，并且施加的為小周跳。不少文獻認為，對開始十幾歷元內出現(xiàn)的較小，并且施加的為小周跳。不少文獻認為，對開始十幾歷元內出現(xiàn)的周跳周跳TurboEdit算法將無能為力。本文的改進算法期望可避免這一情況。算法將無能為力。本文的改進算法期望可避免這一情況。v在第在第500、501歷元處分別加上歷元處分別加上 、 的小粗差。的小粗差。(1,1)(77,60)(1,0) (1,0) (0,1)(2,0)( 1,0)(1, 1)(0.1,0) ( 0.1,0)16經(jīng)過前述處理后，經(jīng)過前述處理后，M-WM-W和和G-FG-F序列為序列為 序列bw序列 GF17 改進后的算法將先探測寬巷周跳，

12、正如預期結果：改進后的算法將先探測寬巷周跳，正如預期結果：M-W探測到了三個周跳，探測到了三個周跳，但遺漏了但遺漏了100歷元處的等周周跳。而在劃分的歷元處的等周周跳。而在劃分的M-W弧段中，弧段中，G-F組合彌補了組合彌補了M-W組合的這一缺陷。組合的這一缺陷。 將將 、 浮點解四舍五入取整即得整數(shù)解，可知取整帶來的舍入誤浮點解四舍五入取整即得整數(shù)解，可知取整帶來的舍入誤差較小。對差較小。對300-303共四個歷元的連續(xù)周跳，該算法只認為第四歷元處共四個歷元的連續(xù)周跳，該算法只認為第四歷元處發(fā)生周跳，而將前三個歷元當作粗差剔除。另外發(fā)生周跳，而將前三個歷元當作粗差剔除。另外400歷元處的寬巷

13、周跳歷元處的寬巷周跳被正確探測到，但由于被正確探測到，但由于400-404弧段太短，難以正確解算出兩波段上的弧段太短，難以正確解算出兩波段上的周跳值而被當作粗差剔除。周跳值而被當作粗差剔除。1L2L18 改進的算法對粗差有較強的探測能力。下圖為改進的算法對粗差有較強的探測能力。下圖為500歷元處左右的歷元處左右的G-F序列放大效果。從圖中可以看出，盡管序列放大效果。從圖中可以看出，盡管0.1周的粗差較小，但一經(jīng)滑動周的粗差較小，但一經(jīng)滑動窗口放大，即明顯表現(xiàn)出來。本實驗探測到第窗口放大，即明顯表現(xiàn)出來。本實驗探測到第500歷元發(fā)生異常后，解歷元發(fā)生異常后，解算的連續(xù)三個歷元擬合殘差分別為算的連續(xù)三個歷元擬合殘差分別為-0.0182、0.0205、0.0015，中誤差，中誤差均為均為0.0012，根據(jù)，根據(jù) 原則易將這兩個連續(xù)粗差剔除。原則易將這兩個連續(xù)粗差剔除。0|( )( )|4gfiQ i195、結論結論TurboEdit方法是當前非差相位數(shù)據(jù)預處理的一種常