顾及有色噪声的GPS位置时间序列中断探测法

明锋, 杨元喜, 曾安敏, 景一帆

明锋, 杨元喜, 曾安敏, 景一帆. 顾及有色噪声的GPS位置时间序列中断探测法[J]. 武汉大学学报 ( 信息科学版), 2016, 41(6): 745-751. DOI: 10.13203/j.whugis20140603
引用本文: 明锋, 杨元喜, 曾安敏, 景一帆. 顾及有色噪声的GPS位置时间序列中断探测法[J]. 武汉大学学报 ( 信息科学版), 2016, 41(6): 745-751. DOI: 10.13203/j.whugis20140603
shu
MING Feng, YANG Yuanxi, ZENG Anmin, JING Yifan. Offset Detection in GPS Position Time Series with Colored Noise[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2016, 41(6): 745-751. DOI: 10.13203/j.whugis20140603
Citation: MING Feng, YANG Yuanxi, ZENG Anmin, JING Yifan. Offset Detection in GPS Position Time Series with Colored Noise[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2016, 41(6): 745-751. DOI: 10.13203/j.whugis20140603
shu

顾及有色噪声的GPS位置时间序列中断探测法

  • 1.

    信息工程大学地理空间信息学院, 河南 郑州, 450001

  • 2.

    地理信息工程国家重点实验室, 陕西 西安, 710054

  • 3.

    西安测绘研究所, 陕西 西安, 710054

  • 4.

    信息工程大学导航与空天目标学院, 河南 郑州, 450001

基金项目: 

国家高技术研究发展计划(863计划) No. 2013AA122501

国家自然科学基金 Nos. 41374019, 41020144004, 41474015

地理信息工程国家重点实验室开放研究基金 No. SKLGIE2015-Z-1-1

详细信息
    作者简介:

    明锋,博士生,主要从事动态大地测量数据处理研究。geodesy_xd@163.com

  • 中图分类号: P227

Offset Detection in GPS Position Time Series with Colored Noise

  • 1.

    Institute of Geospatial Information, Information Engineering University, Zhengzhou 450001, China

  • 2.

    State Key Laboratory of Geo-information Engineering, Xi'an 710054, China

  • 3.

    Xi'an Research Institute of Surveying and Mapping, Xi'an 710054, China

  • 4.

    Institute of Navigation and Aerospace Engineering, Information Engineering University, Zhengzhou 450001, China

Funds: 

The National High-Tech R&D Program of China (863 Program) No. 2013AA122501

the National Natural Science Foundation of China Nos. 41374019, 41020144004, 41474015

the Open Fund of State Key Laboratory of Geo-Information Engineering No. SKLGIE2015-Z-1-1

More Information
    Author Bio:

    MING Feng, PhD candidate, specializes in the dynamic geodetic data processing, E-mail: geodesy_xd@163.com

摘要

    摘要
  • 摘要: GPS位置时间序列中经常会出现信息中断,造成数据不连续,进而导致测站速度及其不确定度的估计有偏。因此,时间序列中断探测是动态大地测量数据处理的重要内容。在基于t-检验的序贯格局转换分析法(sequential t-test analysis of regime shifts,STARS)算法的基础上,顾及GPS位置时间序列的噪声特性,提出了一种考虑有色噪声的STARS算法(COL-STARS)。该算法首先利用一阶自回归模型(auto-regressive, AR(1))模型进行噪声"白化",然后再进行数据中断探测。经模拟数据和实测数据分析,改进后的COL-STARS算法在一定程度上降低了中断探测的误判,能提高GPS位置时间序列中断探测的准确率。同时,也对STARS算法的参数设置以及滤波对中断探测的影响分别进行了讨论。
    Abstract: Offsets in GPS position time series often lead discontinuities in deformation analysis. The estimation of geodetic station velocities and their uncertainties will be biased if the offsets are not modeled. The detection and correction of offsets are fundamental steps in pre-processing of GPS position time series in dynamic geodetic studies. In this paper, based on the Sequential t-Test Analysis of Regime Shifts (STARS) algorithm, we propose a colored modified method called COL-STARS to detect offsets considering the noise characteristics of GPS position time series. We first use an AR(1) model to whiten the original GPS position time series, then the STARS method is applied to detect the offsets. Simulated and real examples show that the COL-STARS algorithm can reduce the ratio of miss-identification of the offsets somewhat, and can be used for offset detection and correction. The impact of parameters setting and filtering on the offsets detection is also discussed.
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  • 图  1   测站DPCF高程时间序列

    Figure  1.   Time Series of Station DPCF (Up Component)

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    图  2   测站BLYT高程时间序列

    Figure  2.   Time Series of Station BLYT (Up Component)

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    图  3   BLYT测站AR(1)滤波后COL-STARS和SOPAC中断探测结果(l=8,p=0.005)

    Figure  3.   Offset Detection Results of COL-STARS Method After AR(1) Filtering in Station BLYT (l=8,p=0.005)

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    表  1   DPCF站和BLYT站数据划分方案及AR(1)模型系数

    Table  1   Scheme of Data Dividing and AR(1) Model Coefficient of Station DPCF and BLYT

    测站abc
    DPCF 1993.5250~1995.5647 ρ=0.467 11 1995.5674~1999.7864 ρ=0.734 49 1999.7919~2008.9911 ρ=0.710 12
    BLYT 1994.0370~1995.9986 1996.0014~1999.9986 ρ=0.498 86 2000.0014~2013.6644 ρ=0.627 38
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    表  2   DPCF测站STARS算法中断探测结果(Up)

    Table  2   Offset Detection Results of STARS Method in Station DPCF (Up)

    参数历元RSIY/N
    1995.5674 7.637 352 81 Y
    l=5,p=0.001 1997.3032 0.047 035 52 N
    1999.7919 22.199 791 18 Y
    1994.0151 0.1533104 5 N
    1995.5674 7.498 461 57 Y
    1995.8193 0.859 345 57 N
    1996.6297 0.569 837 98 N
    l=8,p=0.000 5 1997.3032 0.209 550 19 N
    1997.5496 0.479 151 89 Y
    1999.7919 21.305 256 03 N
    2001.8453 0.318 058 98 N
    2005.4018 0.479 650 98 N
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    表  3   DPCF测站COL-STARS算法中断探测结果(Up)

    Table  3   Offset Detection Results of COL-STARS Method in Station DPCF (Up)

    参数历元RSIY/N
    l=5,p=0.0011995.5674 5.613 658 18 Y
    1999.7919 18.374 444 62 Y
    l=10,p=0.000 51995.5674 6.457 362 01 Y
    1999.7919 19.194 028 97 Y
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    表  4   BLYT测站STARS算法中断探测结果(Up)

    Table  4   Offset Detection Results of STARS Method in Station BLYT (Up)

    参数 STARS SOPAC
    历元RSI历元
    1995.0753 2.742 160 52 1995.0699
    1995.5904 1.411 739 93 1995.5877
    l=8,p=0.000 5 1998.3384 0.329 664 52 1998.3658
    2000.6161 0.170 900 99 1999.7904*
    2004.8074 1.025 031 01 2010.2589
    1995.0753 3.364 312 64 1995.0699
    1995.5904 1.922 350 93 1995.5877
    1998.3384 0.346 512 69 1998.3658
    l=10,p=0.000 5 2000.6161 0.256 703 86 1999.7904*
    2004.8074 1.350 586 61
    2009.9521 0.162 432 47 2010.2589
    2011.7000 0.342 607 96
    2012.6981 0.109 439 68
    注：*表示BLYT坐标时间序列中没有1999.7904历元的数据。
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    表  5   BLYT测站COL-STARS算法中断探测结果(Up)

    Table  5   Offset Detection Results of COL-STARS Method in Station BLYT (Up)

    参数 COL-STARS SOPAC
    历元RSI历元
    1995.0699 0.342 880 31 1995.0699
    1995.5877 0.478 555 67 1995.5877
    l=5,p=0.01 1998.3685 0.739 913 38 1998.3658
    1999.5986 0.241 517 41 1999.7904*
    2002.5192 0.004 600 39 2010.2589
    1995.0699 0.152 943 74 1995.0699
    1995.5877 0.243 251 86 1995.5877
    1998.3685 0.765 768 44 1998.3658
    l=8,p=0.005 1999.5986 0.149 671 52
    1999.6836 0.156 840 87 1999.7904*
    2002.5192 0.298 125 19
    2012.5451 0.042 279 49 2010.2589
    注：*表示BLYT坐标时间序列中没有1999.7904历元的数据。
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  • 收稿日期:  2014-12-22
  • 发布日期:  2016-06-04

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