童旭輝　黃曉鑫　張海亮

摘 要： 根據(jù)衛(wèi)星定位原理，建立了橋梁形變監(jiān)測(cè)的偽距差分定位模型，提出了運(yùn)用偽距差分技術(shù)計(jì)算接收機(jī)天線到衛(wèi)星距離和接收機(jī)坐標(biāo)的方法，并討論了對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)粗差的處理方式。

關(guān)鍵詞： 橋梁形變； 誤差來(lái)源；偽距差分；粗差剔除；平滑處理

中圖分類(lèi)號(hào)：TU712 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006—7973（2017）09-0069-02

利用衛(wèi)星定位技術(shù)對(duì)橋梁進(jìn)行形變監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)采集主要采用衛(wèi)星差分定位方式。在一個(gè)已知精確坐標(biāo)的基準(zhǔn)站上設(shè)置高精度衛(wèi)星信號(hào)接收機(jī)，將設(shè)置在橋梁上的若干高精度衛(wèi)星信號(hào)接收機(jī)等設(shè)備作為監(jiān)測(cè)點(diǎn)，同時(shí)觀測(cè)相同的衛(wèi)星，獲取相應(yīng)的衛(wèi)星數(shù)據(jù)，再經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)的解算，確定各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)。最后通過(guò)觀察一段時(shí)間內(nèi)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)的變化便可以知道橋梁的形變情況，以便于橋梁管理部門(mén)人員及時(shí)作出相應(yīng)的措施。

數(shù)學(xué)工作者針對(duì)如何運(yùn)用計(jì)算的方法削弱定位誤差影響的問(wèn)題做了大量的研究。本文首先介紹了衛(wèi)星定位原理以及影響橋梁形變監(jiān)測(cè)的誤差來(lái)源，然后根據(jù)衛(wèi)星定位原理，建立了偽距差分定位模型，并提出了對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)粗差的處理方法。

1 衛(wèi)星定位原理

2 誤差來(lái)源

在獲取接收機(jī)天線與衛(wèi)星之間的距離的過(guò)程中主要有以下幾點(diǎn)誤差：

（1）衛(wèi)星星歷誤差： 是指衛(wèi)星在空間中的實(shí)際精確坐標(biāo)與星歷所給出的坐標(biāo)之間的偏差。

（2）衛(wèi)星鐘誤差： 是指衛(wèi)星上所顯示的時(shí)間與衛(wèi)星標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間之間的誤差。

（3）電離層與對(duì)流層的延遲誤差： 是指衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)在傳播過(guò)程中，會(huì)因?yàn)殡婋x層與對(duì)流層的阻礙作用而發(fā)生延遲現(xiàn)象，導(dǎo)致信號(hào)的傳播時(shí)間要大于真實(shí)的傳播時(shí)間，影響衛(wèi)星與接收機(jī)之間距離的計(jì)算。

（4）接收機(jī)鐘差： 是指接收機(jī)時(shí)鐘所顯示的時(shí)間與衛(wèi)星標(biāo)準(zhǔn)時(shí)之間的誤差。

（5）觀測(cè)誤差：是指對(duì)于獲取的橋梁形變觀測(cè)數(shù)據(jù)，可能會(huì)有部分觀測(cè)數(shù)據(jù)的絕對(duì)值超過(guò)限差的測(cè)量偏差，這部分?jǐn)?shù)據(jù)稱(chēng)為粗差。

（6）多路徑傳播誤差：是指由于接收機(jī)天線附近其它電波的干擾而產(chǎn)生的誤差，對(duì)于此類(lèi)現(xiàn)象，我們通常使用扼流圈天線作為接收機(jī)的信號(hào)接收天線，并且在放置接收機(jī)地點(diǎn)的附近安裝可以吸收干擾電波的設(shè)備，以此來(lái)削弱誤差。

下面我們運(yùn)用偽距差分技術(shù)和萊依達(dá)準(zhǔn)則削弱上述誤差。

3 偽距差分定位

3.1 偽距測(cè)量

（1）偽距測(cè)量原理

4 粗差處理

4.1 粗差剔除

4.2 平滑處理

觀測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)粗差剔除后仍然不可避免的存在著殘差。對(duì)于衛(wèi)星定位系統(tǒng)下的形變觀測(cè)數(shù)據(jù)，這種殘差主要表現(xiàn)為觀測(cè)數(shù)據(jù)在一定范圍內(nèi)的波動(dòng)，這種波動(dòng)大部分是由衛(wèi)星測(cè)量的特性來(lái)決定的，而不是真實(shí)的橋梁位移。因此需要通過(guò)平滑處理的方式進(jìn)行消除。平滑處理的方法如公式（4.4）和公式（4.5）所示：

其中l(wèi)為單次數(shù)據(jù)平滑段的長(zhǎng)度，i為需要進(jìn)行平滑處理的數(shù)據(jù)編號(hào)，i=1，2，...，L，Xj為平滑處理前的數(shù)據(jù)，Xi為平滑處理后的數(shù)據(jù)值。

衛(wèi)星的觀測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)粗差剔除和平滑處理后的結(jié)果如下圖所示。左圖為原始數(shù)據(jù)生成的圖像，右圖為經(jīng)粗差剔除和平滑處理后的圖像。

5 結(jié)語(yǔ)

本文根據(jù)衛(wèi)星定位原理，并考慮到接收機(jī)定位過(guò)程中的多種影響因素，建立了橋梁形變監(jiān)測(cè)的偽距差分定位模型，從而能夠精確計(jì)算出布設(shè)在橋梁上的接收機(jī)坐標(biāo)，最后提出了運(yùn)用萊依達(dá)準(zhǔn)則處理觀測(cè)數(shù)據(jù)粗差的方法和對(duì)粗差處理后存在的殘差的處理方式。這些方法和結(jié)果有利于提高橋梁管理的科學(xué)化和橋梁監(jiān)測(cè)的精確化水平。

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