[发明专利]一种基于组合差分GNSS的桥梁形变多频动态分析方法

说明书

本发明公开了一种基于组合差分GNSS的桥梁形变多频动态分析方法，涉及桥梁形变监测技术领域。利用正交小波快速分解算法处理桥梁GNSS监测信号，将分析信号在不同频带上分离，并对形变信号进行多尺度分析，利用高频信号分析桥梁在风力、车辆通行或其他地震灾害等外力作用下的瞬间位移，利用降噪后的低频信号分析桥梁动态变形体的形变轨迹，最后利用上述分析结果进一步分析桥梁形变趋势，因此，本发明通过分析GNSS监测信号中不同频率的特性，可有效地对桥梁的静力响应和动力响应进行分解，解决了现有的桥梁监测系统中，无法判断桥梁三维位移变化引起桥梁变形的原因，有效地保证了后续的监测分析，对大桥的安全监测提供了较好的保障。

技术领域

本发明涉及桥梁形变监测技术领域，尤其涉及一种基于组合差分GNSS的桥梁形变多频动态分析方法。

背景技术

GPS定位系统由于其定位的高度灵活性和常规测量技术无法比拟的高精度，成为测量学科中革命性变化。随着GPS定位精度的提高和高采样频率，提供了建筑物实时或准实时位移监测的可能。受GPS单点定位精度所限，目前应用在高精度建筑物位移监测中，通常采用GNSS监测的方法。

差分GNSS的基本工作原理如图1所示，主要是依据卫星时钟误差、卫星星历误差、电离层延时与对流层延时所具有的空间相关性和时间相关性。对于处于同一地域内的不同接收机，他们的测量值中所包含的上述4种误差成分近似相等或者高度相关。通常将其中的一个接收机作为参考站，称之为基准站(或基站)，而该接收机也被称之为基准站接收机。基准站接收机的位置是预先精确制导的，这样可以准确计算从卫星到基准站接收机的真实几何距离。如果将基准站接收机对卫星的距离测量值与这一真实几何距离相比较，那么两者的差异就等于基准站接收机对这一卫星的测量误差。由于在同一时刻、同一地域内的其他接收机对同一卫星的距离测量值有相关或相近的误差，如果基准站将其接收机的测量误差通过电波发射台播送给流动站(即用户)接收机，那么流动站就可以利用接收到的基准接收机的测量误差来校正流动站接收机对同一卫星的距离测量值，从而提高流动站接收机的测量和定位的精度。其中，通常将这种由基准站播发的、用来降低甚至消除流动站GNSS测量误差的校正测量误差的校正量称为差分校正量。

差分GNSS根据其系统构成的基站个数可分为三种类型：单基准差分、具有多基站的局域差分和广域差分。单基准差分GNSS系统的结构和算法简单，且技术较成熟，主要用于小范围内的差分定位工作。对于较大范围的区域，则应用局域差分技术，对一个国家或多个国家的广大区域应用广域差分技术。按基站发送信息的不同方式，差分GNSS可分为四种方式，分别为：位置差分方式、伪距差分方式、载波相位差分方式和相位平滑伪距差分方式。无论何种差分，都是由流动站接收基站发送来的改正数，并对其观测值进行改正以获取精密定位的结果。他们的区别在于发送的改正数的内容不同，其定位精度不同，差分原理也有所不同。

(1)位置差分

最简单的差分方法是位置差分，基站的GNSS接收机通过观测4颗及4颗以上的卫星后可三维定位，解算出基准站的坐标。由于存在时钟误差、大气影响、轨道误差、接收机噪声和多路径效应等，解算出的基准站坐标与已知坐标会存在误差。

(2)伪距差分

伪距差分是目前用途最广的一种技术，几乎所有的商用差分GNSS接收机都是采用该技术。其原理是，基准站上的接收机测得它到它可见卫星的距离，并将其计算得到的距离和含有误差的测量值进行比较，利用一个a-b滤波器将对此差值进行滤波来求得偏差，然后再将所有可见卫星的测距误差发送给用户站，用户站利用该测距误差来改正相应测量的伪距。最后，用户站利用改正后的伪距测量值来解出自己的位置坐标，进而就能进行公共误差的消去和定位精度的提高。

(3)载波相位差分

载波相位查分技术又称为RTK技术，该技术建立在实时性处理两测站之间的载波相位测量值得基础上，实时提供用户站的三维坐标，且可达到厘米级的精度。