phương pháp bình phương tối thiểu và ứng dụng trong phép đo gps
TRANSCRIPT
-
1
Bo co tun 3
Tm hiu v phng php
bnh phng ti thiu v ng
dng trong php o GPS
Sinh vin thc hin: Nguyn Nam Tin
SHSV: 20092705
GV Hng dn: TS.T Hi Tng
anh Trng Minh c
anh Trn Trung Hiu
H Ni, thng 03/2014
-
2
Mc lc
Mc lc 2
Phn 1: Gii thiu v phng php bnh phng ti thiu 3 1.1. Khi nim 3 1.2. ng dng 4 1.2.1. Lp cng thc hi quy dng y=ax+b 4 1.2.2. Lp cng thc hi quy tng qut dng a thc bc m 5 1.2.3. Bnh phng ti thiu tuyn tnh 7
Phn 2: ng dng phng php bnh phng ti thiu x l tn hiu trong php o GPS 11 2.1. Quy trnh x l tn hiu GPS 11 2.2. X l tn hiu bng phng php bnh phng ti thiu 12 2.2.1. Thi gian 12 2.2.2. Gi khong cch 12
2.2.3. p dng bnh phng ti thiu tuyn tnh 12
Ph lc 15
Ti liu tham kho 16
-
3
PHN 1: Gii thiu v phng php bnh phng ti thiu
1.1. Khi nim:
Phng php bnh phng ti thiu l k thut c lng thng k c s dng ph bin nht trong cc m hnh hi quy tuyn tnh. Mc ch ca phng php l t cc mu ri rc quan st c trn thc nghim, xc nh mt hm biu din gn ng s phn phi ca cc mu , t c th c lng c cc gi tr cha th o c trn thc t (ni suy).
Gi s o c cc mu (xi , yi), vi i=1,2,3,,n. Mc tiu l xc nh hm f(x) tha mn:
f(xi) yi
Gi s hm f c th thay i hnh dng, ph thuc vo mt s tham s, pj vi j = 1, 2,..., m :
f(x) = f(pj, x)
Sai s gia gi tr thc v gi tr c lng theo hm f(pj, x) ti x=xi :
yi f(xi)
Xc nh cc gi tr pj sao cho biu thc sau t cc tiu:
-
4
iu ny gii thch ti sao tn ca phng php l bnh phng ti thiu.
i khi thay v tm gi tr nh nht ca tng bnh phng, ngi ta c th tm gi tr nh nht ca bnh phng trung bnh:
iu ny dn n tn gi bnh phng trung bnh ti thiu.
1.2. ng dng:
1.2.1. Lp cng thc hi quy dng y=ax+b:
Gi s bit c n gi tr thc nghim yi (i=1,2,3,,n) ca hm f(x) ti cc im xi tng ng. Tm hm xp x f(x) l mt a thc cp m c dng:
Pm(x)=ax+b
Theo nh ngha, ta c:
Coi S l hm c 2 bin a v b, nh vy S t cc tiu ti im m o hm ca S theo a v theo b ng thi bng 0:
Rt gn v chuyn v ta c:
-
5
Gii ra ta c:
1.2.2. Lp cng thc hi quy tng qut dng a thc bc m:
Gi s bit c n gi tr thc nghim yi (i=1,2,3,,n) ca hm f(x) ti cc im xi tng ng. Tm hm xp x f(x) l mt a thc cp m c dng:
Khi cc h s ai (i=0,1,2,m) s l nghim ca h phng trnh chun c dng:
Sai s trung bnh:
-
6
Trong thc hnh, cc tham s ai c xc nh bng bng sau:
V d: S dng phng php bnh phng ti thiu tm a thc bc hai:
xp x vi hm cho bi bng sau:
y m=2, n=5 v ta thu c bng sau:
-
7
T ta c h phng trnh:
Gii ra ta c:
Vy a thc cn tm c dng:
so snh cc yi vi P2(xi) v chun b tnh sai s trung bnh, ta thc hin tnh ton v c bng sau:
Ta c:
-
8
Sai s trung bnh:
1.2.3. Bnh phng ti thiu tuyn tnh:
Bnh phng ti thiu tuyn tnh l k thut s dng phng php bnh phng ti thiu tm nghim gn ng cho h phng trnh tuyn tnh khng c nghim chnh xc, khi s phng trnh (m) nhiu hn s bin (n).
Gi s cn tm nghim ca phng trnh:
(tng ng vi: f(xi) yi) trong : A l ma trn c m.n (m.n), theo nh ngha v phng php bnh phng ti thiu ta cn tm gi tr nh nht ca:
Bnh phng chun ca v l vTv, trong vT l ma trn chuyn ca v, ta c:
Ta c: (Ax)T(Ax) = ATAx2, cn 2 s hng gia th bng nhau, do ta c th coi - bTAx (Ax)Tb = -2ATbx. Cn bTb l hng s, do vy ta cn tm min ca:
(AT)(A)x2 2(AT)(b)x i vi hm bc hai y=ax2+bx+c, th ca n l mt ng parabol ngha l hm s s t cc tiu ti im m o hm bng 0. Do ta cn tm im c:
((AT)(A)x2 2(AT)(b)x)=0
-
9
hay:
Cui cng ta c:
V d: Cho cc im (0, 3), (2, 3), (4, 4), (1, 2). Cn tm mt phng trnh c dng x + = y, hay vit theo dng ma trn:
Ta c:
v vect b:
v sau :
Ta c phng trnh:
-
10
Sau :
Cui cng ta tm c:
Vy phng trnh ng thng cn tm l: (20/59)x + 152/59 = y
-
11
PHN 2: ng dng phng php bnh phng ti thiu aaaaaaaa x l tn hiu trong php o GPS
2.1. Quy trnh x l tn hiu GPS:
Quy trnh x l tn hiu GPS c nu r trong s sau:
C th cc bc thc hin nh sau:
1. Tnh gi khong cch (caculate pseudoranges): 2. Tm v tr v tinh pht tn hiu v hiu chnh sai s thi gian (find satellite position and clock offsets): qu trnh Actiquision.
3. S dng phng php bnh phng ti thiu tnh hm hi quy (least squares filter (az, ele, DOP, X, Y, Z):
4. Lu tr cc kt qu thu c (Store results):
-
12
2.2. X l tn hiu bng phng php bnh phng ti thiu:
2.2.1. Thi gian:
Gi s thi gian truyn tn hiu gia v tinh k v b thu i l ki. Khi vi c l vn tc nh sng trong chn khng, ta c:
2.2.2. Gi khong cch:
Khong cch a l gia v tinh v b thu nu khng tnh n sai s:
Trong Xk, Yk, Zk, Xi, Yi, Zi ln lt l ta ca v tinh v b thu trong khng gian theo 3 trc x,y,z.
Tuy nhin trn thc t, vic tnh khong cch b nh hng bi rt nhiu yu t dn n cc sai lch trong php o. Do cng thc tnh tnh gi khong cch s l:
Trong :
dti v dtk l ln lt l lch v thi gian (clock offset) ca ng h b thu v ng h v tinh. c(dti - dtk) l sai s khong cch gy ra bi s bt ng b ny.
Tki l sai s gy ra do tng i lu
Iki l sai s gy ra do tng in li
eki l sai s gy ra do quan st (observational error of the pseudorange) (?)
2.2.3. p dng bnh phng ti thiu tuyn tnh:
Xt v tr tng i ca b thu:
Chn im mc c ta : (Xi,0, Yi,0, Zi,0). Thng thng l chn tm Tri t c ta (0,0,0). Khi cc gia s X, Y, Z c xc nh bi:
-
13
p dng khai trin Taylor ta c:
Tnh o hm ca f(Xi,1, Yi,1, Zi,1) theo Xi,1, Yi,1, Zi,1 ta c:
Do ta c:
Cc sai s Tki, Iki, eki c th c xc nh v x l ring, nn ta coi chng nh hng s. Nh vy c cc bin s: Xi, Yi, ZI, dti.
Bin i di dng ma trn:
-
14
p dng phng php bnh phng ti thiu tuyn tnh, ta thu c:
Gii ra ta tm c hm tuyn tnh gn ng cho tn hiu.
-
15
Ph lc
1. Khai trin Taylor:
ngha:
nh l cho ta thy mt a thc xp x mt hm kh vi ti mt im cho trc (gi l a thc Taylor ca hm ) c h s ch ph thuc vo cc gi tr ca o hm ti im
nh gi chnh xc sai s xp x:
2. Ma trn chuyn v:
Ma trn chuyn v l mt ma trn cc hng c thay th bng cc ct, v ngc li. Cc tnh cht:
(A + B)t = AT + BT v (cA)T = c(AT)
(AB)T = (BT)(AT)
(AT)B = (BT)A
Nu ma trn A nghch o c th AT cng nghch o c, v (A-1)T = (AT)-1
-
16
Ti liu tham kho
1. Thit k b thu mm cho cc h thng dn ng s dng v tinh tin tin TS.T Hi Tng
2. n tt nghip: Nghin cu pht trin b thu mm GPS thi gian thc Trng Minh c, Trn Trung Hiu
3. Trang web: https://vi.wikipedia.org
4. Ti liu: http://doc.edu.vn/tai-lieu/do-an-phuong-phap-binh-phuong-toi-thieu-de-xap- xi-ham-trong-thuc-nghiem-6863/
5. A Software-Defined GPS and Galileo Receiver - Kali Borre, Dennis M.Akos
6. Ton hc cao cp Tp 1,2 Nguyn nh Tr, T Vn nh, Nguyn H Qunh