聶兆生 管 嘯

1 中國(guó)地震局地震研究所（地震大地測(cè)量重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室），武漢市洪山側(cè)路40號(hào)，430071

2 中國(guó)地震局地殼應(yīng)力研究所武漢科技創(chuàng)新基地，武漢市洪山側(cè)路40號(hào)，430071

3 上海飛機(jī)制造有限公司，上海市場(chǎng)中路3115號(hào)，200080

高壓輸電線路產(chǎn)生的電磁環(huán)境等可能會(huì)對(duì)GPS接收機(jī)性能、數(shù)據(jù)質(zhì)量和解算精度產(chǎn)生影響?！度蚨ㄎ幌到y(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范》規(guī)定，GPS野外觀測(cè)時(shí)觀測(cè)儀器應(yīng)離開(kāi)高壓輸電線路50 m以上［1］。關(guān)于高壓輸電線路對(duì)GPS觀測(cè)影響的研究較少［2－4］，且研究［5－9］均為對(duì)數(shù)據(jù)解算精度的評(píng)價(jià)，尚未有對(duì)接收設(shè)備在高壓線所產(chǎn)生的電磁環(huán)境中工作性能和接收數(shù)據(jù)本身質(zhì)量的研究。因此，本文開(kāi)展相關(guān)實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)地研究高壓線路對(duì)GPS觀測(cè)的影響，掌握GPS設(shè)備在電磁干擾環(huán)境下工作性能和接收數(shù)據(jù)質(zhì)量的特點(diǎn)，同時(shí)對(duì)不同電壓值的影響程度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，以提高電磁干擾環(huán)境下采集高精度測(cè)量數(shù)據(jù)的能力。

1 實(shí)驗(yàn)介紹

實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)為武漢市郊國(guó)家電網(wǎng)交流特高壓實(shí)驗(yàn)基地附近，選取地勢(shì)較為開(kāi)闊、通視較好的場(chǎng)地，場(chǎng)地上空分別架設(shè)有正常帶電的220kV 和500kV 高壓電線。實(shí)驗(yàn)使用儀器為拓普康TPS NET－G3A 接收機(jī)，配套扼流圈天線及其附屬設(shè)備。以特高壓線路垂直正下方為零點(diǎn)，按照距零點(diǎn)0、25、50、75m 的距離布設(shè)4行點(diǎn)位，每個(gè)點(diǎn)位架設(shè)2臺(tái)儀器，點(diǎn)位分布如圖1所示。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包含以下3方面：

圖1 概略點(diǎn)位分布示意圖Fig.1 Approximate distribution of observation points

1）接收機(jī)內(nèi)部噪聲檢驗(yàn)（零基線檢驗(yàn)）。選擇高壓線正下方兩臺(tái)接收機(jī)，用功分器將同一天線的信號(hào)分成功率、相位相同的兩路信號(hào)送到接收機(jī)，觀測(cè)0.5h后交換，然后組成雙差觀測(cè)值來(lái)解算基線向量。

2）利用TEQC檢驗(yàn)靜態(tài)觀測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量，包括數(shù)據(jù)有效率、MP1、MP2、SN1、SN2、o／slps 值等。其中，MP1、MP2分別表示L1、L2波段上的多路徑效應(yīng)對(duì)偽距和相位影響的綜合指標(biāo)，SN1、SN2表示衛(wèi)星信號(hào)與噪聲的比值，o／slps值表示實(shí)際觀測(cè)歷元數(shù)與周跳數(shù)的比值［10－11］。

3）進(jìn)行靜態(tài)觀測(cè)及解算。在高壓線帶電情況下，所有儀器同步進(jìn)行4～8h的靜態(tài)觀測(cè)。加入一定數(shù)量的國(guó)內(nèi)IGS站組網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)算，解算基線與點(diǎn)位坐標(biāo)，對(duì)比不同電壓以及與高壓線不同距離對(duì)基線解算和坐標(biāo)解算精度的影響。

同時(shí)利用無(wú)線電干擾接收機(jī)和工頻場(chǎng)強(qiáng)儀，對(duì)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地的無(wú)線電干擾、工頻電場(chǎng)和工頻磁場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，了解實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地各項(xiàng)電磁干擾指標(biāo)的大小。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 高壓線正下方接收機(jī)內(nèi)部噪聲檢驗(yàn)

對(duì)TP01 和TP07 兩臺(tái)接收機(jī)作零基線檢驗(yàn)，利用Gamit［12］對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行解算。500kV高壓線下，兩時(shí)段的零基線結(jié)果分別為0.1 mm和0.2 mm，遠(yuǎn)小于常規(guī)要求的1mm 限差；220 kV 高壓線下，相同接收機(jī)的兩個(gè)時(shí)段零基線處理結(jié)果分別為0.7mm 和1.7mm，明顯大于前一天的結(jié)果（表1）。由此可見(jiàn)，高壓電磁環(huán)境對(duì)接收機(jī)內(nèi)部噪聲的影響與電壓值無(wú)關(guān)，且影響程度不明確。

表1 不同電壓下零基線檢測(cè)結(jié)果Tab.1 Results of zero baseline detectionunderdifferent voltages

2.2 基于TEQC的觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量檢驗(yàn)

對(duì)不同電壓值高壓線下靜態(tài)觀測(cè)數(shù)據(jù)利用TEQC軟件進(jìn)行質(zhì)量檢核，結(jié)果見(jiàn)表2。從表2可發(fā)現(xiàn)，位于高壓線正下方測(cè)點(diǎn)的MP1、MP2值明顯較大，距離高壓線越遠(yuǎn)，MP1、MP2值總體上呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)。對(duì)于同一觀測(cè)設(shè)備，在與高壓線距離相同的情況下，500kV 下觀測(cè)值的MP1、MP2比220kV 的大。由此可見(jiàn)，距離高壓線越近，線路電壓越高，GPS觀測(cè)受多路徑效應(yīng)的影響越嚴(yán)重。觀測(cè)歷元數(shù)與周跳比o／slps值隨機(jī)性較強(qiáng)，與電壓大小及距離高壓線遠(yuǎn)近并無(wú)明顯規(guī)律。觀測(cè)數(shù)據(jù)完好率和鐘漂的指標(biāo)都較好，說(shuō)明高壓電磁環(huán)境對(duì)接收機(jī)捕獲數(shù)據(jù)的性能和接收機(jī)鐘的穩(wěn)定性沒(méi)有顯著影響。

圖2、圖3分別給出了500kV 和220kV 下各點(diǎn)位觀測(cè)值L1、L2載波信噪比曲線。由圖可見(jiàn)，相同電壓下，不同點(diǎn)位的觀測(cè)值L1、L2載波信噪比幾乎一致；對(duì)于相同的點(diǎn)位，500kV 和220kV 下，L1、L2載波信噪比也無(wú)明顯區(qū)別。

2.3 基線與點(diǎn)位坐標(biāo)解算

使用GAMIT 軟件，分別利用500kV 和220 kV 電壓下靜態(tài)觀測(cè)數(shù)據(jù)，并選取當(dāng)日國(guó)家IGS站XIAA、WUHN、BJFS和LZSH 的觀測(cè)數(shù)據(jù)聯(lián)合組網(wǎng)解算，生成單日松弛解。再同包含上述4個(gè)站在內(nèi)的全球29個(gè)IGS站H 文件一并平差，得到ITRF08坐標(biāo)框架下的點(diǎn)位坐標(biāo)（表3、表4）和基線（圖4）。

對(duì)比表3、表4及圖4可知，500kV和220kV電壓值下的基線與點(diǎn)位坐標(biāo)解算精度并無(wú)太大差異；同一電壓值下，不同距離各點(diǎn)位的基線與坐標(biāo)精度基本相當(dāng)，總體的解算精度也基本沒(méi)有差別，且基線與坐標(biāo)的解算精度均能符合GPS觀測(cè)的精度要求。因此，電壓大小和距離高壓線的遠(yuǎn)近對(duì)基線與坐標(biāo)解算的精度幾乎沒(méi)有影響。

圖2 500kV 電壓下L1、L2 載波信噪比Fig.2 Signal－to－noise ratio of L1and L2carrier under voltage of 500kV

表2 不同電壓下的靜態(tài)觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量檢驗(yàn)Tab.2 Quality checking of static observation data under different voltages

表3 500kV高壓下的點(diǎn)位坐標(biāo)解算結(jié)果Tab.3 Results of coordinate calculation under voltage of 500kV

表4 220kV高壓下的點(diǎn)位坐標(biāo)解算結(jié)果Tab.4 Results of coordinate calculation under voltage of 220kV

2.4 高壓線附近電磁特征量實(shí)測(cè)

高壓線附近的無(wú)線電干擾值及工頻電磁場(chǎng)強(qiáng)度隨時(shí)間快速波動(dòng)。受測(cè)量?jī)x器及數(shù)據(jù)記錄手段的限制，只能大概記錄下測(cè)量時(shí)各項(xiàng)指標(biāo)的數(shù)據(jù)波動(dòng)范圍。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5（僅供參考）。

表5 高壓線附近電磁指標(biāo)測(cè)量值Tab.5 Measurements of electromagnetic indicators near high voltage transmission lines

圖4 500kV／220kV 高壓下的基線解算精度對(duì)比圖Fig.4 Baseline calculating precision comparison under the 500kV／220kV high－voltage

在500kV 和220kV 高壓下，兩個(gè)頻率無(wú)線電干擾值表現(xiàn)穩(wěn)定，不隨電壓和距離的改變而變化（表5），在32～34dB的范圍內(nèi)，可能對(duì)GPS載波信號(hào)產(chǎn)生影響。工頻電場(chǎng)和磁場(chǎng)的大小隨著與高壓線距離的增大呈明顯的下降趨勢(shì)，相同距離下，500kV 高壓線路產(chǎn)生的工頻電場(chǎng)明顯強(qiáng)于220kV，而工頻磁場(chǎng)則與電壓高低沒(méi)有明顯的關(guān)系?？傊妷涸礁?，距離高壓線越近，電磁干擾越強(qiáng)。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文分別在500kV 和220kV 高壓輸電線路區(qū)域布設(shè)GPS觀測(cè)點(diǎn)位，針對(duì)高壓輸電線路對(duì)GPS觀測(cè)的影響進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得出如下結(jié)論：

1）高壓輸電線路產(chǎn)生的電磁干擾和無(wú)線電干擾對(duì)GPS接收機(jī)內(nèi)部噪聲造成的影響與電壓值無(wú)關(guān)，且影響程度不明確（因接收機(jī)內(nèi)部噪聲的影響因素較多），需結(jié)合進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)另行分析。

2）GPS觀測(cè)的多路徑效應(yīng)受到高壓輸電線路的顯著影響，距離高壓線越近，線路帶電電壓越高，多路徑效應(yīng)越嚴(yán)重。

3）高壓輸電線路對(duì)接收機(jī)捕獲數(shù)據(jù)的性能、接收機(jī)鐘的穩(wěn)定性、觀測(cè)信號(hào)L1、L2載波信噪比和觀測(cè)值周跳沒(méi)有顯著影響。

4）高壓輸電線路對(duì)GPS觀測(cè)解算的基線和點(diǎn)位坐標(biāo)精度沒(méi)有規(guī)律性的影響。

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