[发明专利]基于EMD迭代阈值滤波的GNSS多径效应抑制方法

说明书

技术领域

本发明涉及全球卫星导航系统，具体涉及一种基于EMD迭代阈值滤波的GNSS多径效应抑制方法。

背景技术

GNSS泛指卫星导航系统，包括全球性、区域性和增强的卫星导航，例如美国的GPS、俄罗斯的Glonass、欧洲的Galileo以及中国的北斗卫星导航系统。GNSS软件接收机通过接收卫星的广播星历信号，测量信号的传输延时，并结合信号的传播速度计算出接收机与卫星的距离来实现定位。由于接收机周围可能含有反射物，使得其接收到的信号是卫星信号与其反射信号的混合信号，信号反射增加了卫星信号的传输延时，所以产生距离计算误差，并最终影响定位结果，这种现象称为多径效应。影响卫星定位精度的误差有很多，近年来研究发现，基于短基线的双差分模型能有效的去除系统误差中的具有相关特性的误差，如卫星钟差、接收机钟差以及电离层、对流层传输延迟等等，但是由于多径误差和接收机内部器件产生的热噪声不具有显著的相关性，所以无法通过双差分模型进行消除。

目前抑制多径误差的方法主要包括：空间选择法，即选择合适的接收机工作环境；采用先进的天线技术和接收机硬件技术以及各种运行于接收机内部的自适应滤波方法。基于硬件技术的多径抑制方法，不仅增加了系统的体积和成本（例如增加扼流圈，虽然能抑制来自天线下方的大部分多径误差，但是对来自天线上方的多径误差效果有限），更重要的是其使用效果并不理想，进而限制了其在低成本特别是民用接收机中的应用。由于基于软件的实时滤波方法具有成本低，实施简单的特点，近年来受到了广泛关注。基于多径误差的时变特性，即其统计特征是随时间变化的，传统的固定结构的滤波器无法使用，所以许多自适应滤波方法被引入到多径误差的抑制过程中，例如基于小波变换的自适应滤波、基于变结构的有限冲激响应(FIR)滤波以及基于EMD的常规自适应滤波，上述方法均在一定的条件下取得了很好的效果，但是由于多径误差与接收机环境密切相关，动态环境下自适应滤波设计复杂，其适用性有待进一步研究。EMD是一种数据驱动的自适应分解方法，它基于任意信号均由一组本征模态函数组成的假设，将信号按不同的波动和趋势进行逐级分解，最终得到频率逐级降低的一组本征模态函数(IMF)。如果接收机工作于动态模式下其多径误差的变化具有一定的随机性，但是其幅值往往大于热燥声，频率小于热噪声。

发明内容

发明目的：为解决现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于EMD迭代阈值滤波的GNSS多径效应抑制方法。

技术方案：本发明的一种基于EMD迭代阈值滤波的GNSS多径效应抑制方法，包括以下步骤：

（1）对GNSS短基线的双差分残差信号e(t)进行EMD分解，得到一组IMFΣi=1Nimfi]]>(t)和余项r(t)，即e(t)=ΣI=1Nimfi(t)+r(t),]]>

其中，IMF是指本征模态函数，i为模态分量阶数，imf_i(t)为第i阶模态分量序列，N为分解得到的IMF总阶数，t为残差信号的时间变量，其取值与样本数据的长度有关系；

（2）利用奇异谱分析对步骤（1）中的IMF进行噪声估计，确定出噪声占优的前M个IMF分量；