联合LMD与EMD的GNSS站坐标时间序列去噪方法

doi:10.13474/j.cnki.11-2246.2022.0047

测绘通报 ›› 2022, Vol. 0 ›› Issue (2): 78-82.doi: 10.13474/j.cnki.11-2246.2022.0047

联合LMD与EMD的GNSS站坐标时间序列去噪方法

熊常亮^1,2, 贺小星³, 马下平⁴, 付杰⁵

1. 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院, 湖北武汉 430077;
2. 中国科学院大学, 北京 100049;
3. 江西理工大学土木与测绘工程学院, 江西赣州 341000;
4. 西安科技大学测绘科学与技术学院, 陕西西安 710054;
5. 华东交通大学土木建筑学院, 江西南昌 330013

收稿日期:2021-02-28 修回日期:2021-05-21 发布日期:2022-03-11
通讯作者: 贺小星。E-mail:hexiaoxing@whu.edu.cn
作者简介:熊常亮(1998-),男,硕士生,主要从事GNSS数据处理与惯性导航研究。E-mail:xiongchangliang20@mails.ucas.ac.cn
基金资助:
国家自然科学基金（42061077；41904171）；江西省自然科学基金（20202BAB21402）；江西省教育厅科学技术研究项目（GJJ200639；GJJ171293）；江西省水工安全工程技术研究中心开放研究基金（2020GGCZX04）；江西省教育科学规划课题（21YB072）

Denoising method of GNSS station coordinate time series based on LMD and EMD

XIONG Changliang^1,2, HE Xiaoxing³, MA Xiaping⁴, FU Jie⁵

1. Innovation Academy for Precision Measurement Science and Technology, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430077, China;
2. University of the Chinese Academy of Science, Beijing 100049, China;
3. College of Architecture and Surveying Engineering, Jiangxi University of Science and Technology, Ganzhou 341000, China;
4. College of Geomatics, Xi'an University of Science and Technology, Xi'an 710054, China;
5. School of Civil Engineer and Architecture, East China Jiaotong University, Nanchang 330013, China

Received:2021-02-28 Revised:2021-05-21 Published:2022-03-11

摘要/Abstract

摘要： 针对GNSS站坐标时间序列信噪不易分离的问题，在传统EMD去噪方法的基础上，本文提出了一种联合LMD与EMD的坐标时间序列去噪方法。该方法首先采用LMD分解原始坐标时间序列，基于连续均方误差（CMSE）原则分离高频噪声与低频信号，保持低频分量不变；然后对高频分量进行EMD去噪；最后以2次分解所得低频信号之和作为去噪后时间序列。以仿真数据与8个GNSS基准站实测数据进行试验，通过多种评价指标进行精度评估。结果表明，与传统EMD方法相比，联合LMD与EMD的方法能够更加精确地去除坐标时间序列中的噪声。

关键词: 全球卫星导航系统, 坐标时间序列, 局部均值分解, 经验模态分解, 去噪分析

Abstract: Aiming at the problem that the signal and noise of GNSS station coordinate time series is hard to separate, based on the traditional EMD denoising method, a new method of coordinate time series denoising combining LMD and EMD is proposed. This method first uses LMD to decompose the original coordinate time series, separates high-frequency noise and low-frequency signals based on the principle of consecutive mean square error(CMSE), keeps the low-frequency components unchanged, and then performs EMD denoising on the high-frequency components. Finally, the sum of the low-frequency signals obtained by the two decompositions is the time series after denoising. Experiments are carried out with simulation data and measured data from 8 GNSS reference stations, and the accuracy is evaluated through a variety of evaluation indicators. The results show that the combined LMD and EMD method can remove the noise in coordinate time series more accurately than the traditional EMD method.

Key words: global navigation satellite system, coordinate time series, local mean decomposition, empirical mode decomposition, denoising analysis

中图分类号:

P228.4

熊常亮, 贺小星, 马下平, 付杰. 联合LMD与EMD的GNSS站坐标时间序列去噪方法[J]. 测绘通报, 2022, 0(2): 78-82.

XIONG Changliang, HE Xiaoxing, MA Xiaping, FU Jie. Denoising method of GNSS station coordinate time series based on LMD and EMD[J]. Bulletin of Surveying and Mapping, 2022, 0(2): 78-82.

参考文献

[1] 姜卫平,王锴华,李昭,等. GNSS坐标时间序列分析理论与方法及展望[J].武汉大学学报(信息科学版), 2018, 43(12):2112-2123.
[2] 贺小星.GPS坐标序列噪声模型估计方法研究[J].测绘学报,2017,46(3):398.
[3] 马俊. GPS坐标时间序列严密三维噪声模型建立方法[J].测绘学报, 2019, 48(9):1205.
[4] 明锋. GPS坐标时间序列分析研究[J].测绘学报, 2019, 48(10):1340.
[5] 李昭,姜卫平,刘鸿飞,等.中国区域IGS基准站坐标时间序列噪声模型建立与分析[J].测绘学报, 2012, 41(4):496-503.
[6] 姜卫平,周晓慧.澳大利亚GPS坐标时间序列跨度对噪声模型建立的影响分析[J].中国科学(地球科学), 2014, 44(11):2461-2478.
[7] 王解先,连丽珍,沈云中.奇异谱分析在GPS站坐标监测序列分析中的应用[J].同济大学学报(自然科学版),2013,41(2):282-288.
[8] HUANG N E, SHEN Z, LONG S R, et al. The empirical mode decomposition and the Hilbert spectrum for nonlinear and non-stationary time series analysis[J]. Proceedings of the Royal Society A:Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 1998, 454(1971):903-995.
[9] 张双成,何月帆,李振宇,等. EMD用于GPS时间序列降噪分析[J].大地测量与地球动力学, 2017, 37(12):1248-1252.
[10] 张恒璟,程鹏飞.基于EEMD的GPS高程时间序列噪声识别与提取[J].大地测量与地球动力学, 2014, 34(2):79-83.
[11] 张恒璟,程鹏飞.基于经验模式分解的CORS站高程时间序列分析[J].大地测量与地球动力学,2012,32(3):129-134.
[12] 鲁铁定,钱文龙,贺小星,等.一种削弱信噪混叠的EMD降噪方法[J].大地测量与地球动力学, 2020, 40(2):111-116.
[13] 鲁铁定,钱文龙,贺小星,等.一种确定分界IMF分量的改进EMD方法[J].大地测量与地球动力学, 2020, 40(7):720-725.
[14] HE X, YU K, MONTILLET J P, et al. GNSS-TS-NRS:an open-source MATLAB-based GNSS time series noise reduction software[J]. Remote Sensing, 2020, 12(21):3532.
[15] 汤俊,李垠健,高鑫.基于CEEMDAN的GNSS变形监测去噪方法[J].大地测量与地球动力学,2021,41(4):408-412.
[16] 鲁铁定,谢建雄.EEMD-多尺度排列熵的GPS高程时间序列降噪方法[J].大地测量与地球动力学,2021,41(2):111-115.
[17] 吉长东,吕广涵,张恒璟,等.一种CORS站高程序列噪声识别算法[J].测绘科学, 2021,46(3):8-16.
[18] SMITH J S. The local mean decomposition and its application to EEG perception data[J]. Journal of the Royal Society Interface, 2005, 2(5):443-454.
[19] 程军圣,张亢,杨宇,等.局部均值分解与经验模式分解的对比研究[J].振动与冲击,2009,28(5):13-16.
[20] LI B, ZHANG L, ZHANG Q, et al. An EEMD-based denoising method for seismic signal of high arch dam combining wavelet with singular spectrum analysis[J]. Shock and Vibration,2019,2019(1):1-9.

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Denoising method of GNSS station coordinate time series based on LMD and EMD

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[1]	冯俊俊, 周立, 欧阳犬平, 周珍. 优化短期余水位组合预测模型[J]. 测绘通报, 2022, 0(3): 96-100.
[2]	孙浩然, 岳建平. 一种抑制边界效应的EMD方法及其在滑坡监测中的应用[J]. 测绘通报, 2021, 0(5): 77-80,90.
[3]	熊春宝, 王猛, 于丽娜. 桥梁GNSS-RTK变形监测数据的多滤波联合去噪处理[J]. 测绘通报, 2020, 0(7): 93-96,142.
[4]	邱小梦, 王奉伟, 周世健, 邹时林. 局部均值分解和奇异值分解在GNSS站坐标时间序列信号降噪中的应用[J]. 测绘通报, 2020, 0(5): 85-89.
[5]	王瑞芳. 利用EMD进行GNSS-MR潮位监测研究[J]. 测绘通报, 2020, 0(10): 114-117.
[6]	姜卫平, 郭迟, 左文炜. 我国导航与位置服务的进展及思考[J]. 测绘通报, 2020, 0(1): 1-4,25.
[7]	戴金倩, 吴迪, 戴小蕾, 楼益栋. BDS-3实时精密单点定位精度分析[J]. 测绘通报, 2020, 0(1): 30-34.
[8]	汪浩, 岳建平, 向云飞, 李乐乐. 地表质量负载对格陵兰岛区域GPS站点坐标时序特征的影响[J]. 测绘通报, 2019, 0(8): 20-24.
[9]	成国辉, 罗勇, 刘斌, 匡翠林. 基于RSI的GPS坐标时间序列瞬态地壳形变信号探测[J]. 测绘通报, 2019, 0(8): 25-29.
[10]	刘思敏, 徐景田, 鞠博晓. 基于EMD和RBF神经网络的大坝形变预测[J]. 测绘通报, 2019, 0(8): 88-91,95.
[11]	乔灵娜, 赵春梅, 马天明. 基于EMD方法的地心运动时间序列分析[J]. 测绘通报, 2019, 0(2): 6-11.
[12]	张元迪, 焦瑞莉, 朱云龙, 吴世玉. GNSS-R海面目标成像仿真方法研究[J]. 测绘通报, 2019, 0(2): 86-90,107.
[13]	毛亚, 王潜心, 胡超, 张铭彬, 于伟宣. EEMD分解的超快速北斗卫星钟差预报[J]. 测绘通报, 2018, 0(5): 20-24.
[14]	李林阳, 张学东, 黄娴, 李崇辉, 吕志平. 大规模GNSS网发展及数据处理现状[J]. 测绘通报, 2018, 0(10): 1-5.
[15]	李林阳, 吕志平, 崔阳. 海底大地测量控制网研究进展综述[J]. 测绘通报, 2018, 0(1): 8-13,87.