在GPS时间序列分析中,共性误差(CME)是区域连续GPS网络中关键的误差源,与时间和空间相关。时空滤波技术被用于有效减小这种误差,提升坐标时间序列的精度。
GPS坐标时间序列具有时间相关性和空间相关性。在时间相关性处理上,一般采用最大似然估计法。而对于空间域误差(CME),则通过数据后处理方法减弱,即区域时空滤波技术。CME的大小与GPS网的尺度紧密相关,全球尺度的误差主要来源于参考框架,而区域尺度的误差则是CME,主要通过7参数或14参数转化移除,或使用区域滤波方法来校正空间相关噪声。
缺失数据比例过大时,在时间域上对坐标序列建模将影响参数估计的精度,尤其是在速度不确定度方面。而在频率域上进行谱分析时,缺失数据等同于降低采样率,导致混频现象。为解决缺失数据问题,主成分分析法(PCA)常被用于提取CME。PCA要求坐标时间序列不能包含缺失数据。
数据驱动法插值原理涉及对缺失数据进行估计。通过构建回归模型,利用非缺失数据估计缺失数据。此过程涉及计算缺失数据的回归系数和残差协方差阵,从而对缺失数据进行填补。迭代过程直至估计的缺失值达到预设的精度。
主成分分析(PCA)与独立成分分析(ICA)应用于GPS时间序列滤波,其效果对比可直观展示。PCA代码段示例展示了如何应用协方差矩阵进行PCA分析,计算特征向量和值,去除异常值并进行归一化处理,以提取主成分。ICA则通过分离信号,寻找原始输入信号的独立成分。
滤波前后残差值变化反映了滤波效果,通过计算 RMS 值比较原始数据与滤波数据,评估滤波前后精度的提升。PCA 和 ICA 分别通过平均值计算,对比滤波前后的 NEU 变化,帮助量化滤波效果。
通过代码实现,以图形化方式展示PCA和ICA滤波前后坐标序列的变化,直观展示了滤波技术在改进GPS时间序列精度上的作用。通过堆栈法、PCA和ICA的比较,可以看出PCA和ICA在处理GPS数据中的独特优势。
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