面向桥梁监测的GNSS单频单历元定位关键模型研究

发布时间：2020-05-28 09:50

【摘要】：随着全球导航卫星系统的日益完善,GNSS精密定位技术以其实时全天候自动化等特点在桥梁动态变形监测方面逐渐展现其巨大的优势,已广泛应用于斜拉桥、悬索桥等柔性公路桥梁的位移监测。单频单历元GNSS基线解算采用双差处理技术,使得GNSS测量值中的大部分误差均能得到较好地削弱,且单频接收机成本低,多/单系统双差后解算精度较高,适用于精度要求较高且监测点位密集的桥梁监测领域。但是,单频单历元基线解算应用于桥梁监测领域尚存在以下问题:(1)桥梁环境下面临信号衍射和多路径现象,传统随机模型难以反映实际观测噪声水平;(2)多路径误差通过双差处理无法被消除,严重影响解算精度;(3)单GPS系统模糊度固定成功率低可靠性差。论文针对以上问题,研究了基于固定解残差的随机模型、基于KF-RTSS的多GNSS的恒星日滤波法去多路径以及附有基线长度约束的GNSS多系统桥梁监测方法。本文的主要工作和成果如下:1)根据观测值质量短时间保持基本不变的特性,研究了基于反映观测值精度的固定解残差的定权方法,设计了详细的技术流程图和相应步骤。实验使用了两组桥梁监测数据进行不同系统不同随机模型的比较。结果表明,基于固定解残差的定权方法可以有效提高模糊度固定成功率,尤其是对于平均观测卫星数较少的GPS系统有很大的提升。2)研究了GPS、BDS和Galileo卫星的运行规律,建立了GNSS多路径误差与卫星重复周期的关系。采取基于观测值域的恒星日滤波法结合单差残差重构技术去除多路径,在此基础上引入了KF-RTSS方法对单差残差去噪处理,提取多路径误差模型,并与小波滤波、EMD分解等方法进行对比,效果相当;多路径误差改正后,基线解算ENU方向偏差得到了较大改进。3)针对单GPS系统解算浮点解精度不高导致模糊度固定效果差的情况,采用GPS/Galileo单频单历元技术结合基线长度约束对桥梁位移进行监测。利用两组GPS/Galileo监测数据,对单GPS、基线长度约束GPS、GPS/Galileo和基线长度约束GPS/Galileo的性能进行了比较。结果表明,加入Galileo系统和基线长度约束均能有效提高GPS监测桥梁模糊度固定成功率。
【图文】：

Denghui 等分析了桥梁变形监测环境下 GPS 单差多路径特征，基于多路径空间重复性建立了空间多路径改正图，采用恒星日滤波方法削弱桥梁多路径误差[87]。1.4 研究内容（Research Contents）综合 1.2 节和 1.3 节所述，桥梁环境下的 GNSS 随机模型、GNSS 多路径误差处理以及监测精度与成功率等方面还有待提升，面向桥梁监测的 GNSS 单频单历元定位关键模型还有待进一步完善。本文针对以上三个方面进行探索，确定了三部分研究内容，如图 1-1 的论文技术路线所示：1）从固定解残差的角度，研究 GNSS 单频单历元随机模型，更好地描述 GNSS非随机观测噪声；2）研究 GPS、BDS、Galileo 三系统卫星的重复特性，使用 KF-RTSS 方法进行多路径误差提取，形成 GPS/BDS/Galileo 多路径误差削减的恒星日滤波法。3）以英国福斯路桥数据为对象，研究 GPS/Galileo 桥梁监测中的基线长度约束模型，以改善解算结果的精度和模糊度固定成功率。

3 基于固定解残差的 GNSS 随机模型两站之间相距约 265m。当天天气晴朗，测站周围开阔，没有遮挡物，而且基线距离很短，，因此双差后的观测值中不再含有接收机钟差、卫星钟差、对流层和电离层延迟误差项。接收机主板型号为天宝 BD970，采样频率为 10Hz，残差序列m 取值为 30（相当于使用前 3s 的残差对后一个历元的残差进行预估），高度截止角设置为 15°。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P228.4;U446

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本文编号：2685064