CN108387169A - 一种基于实时大气产品的gnss形变监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于实时大气产品的GNSS形变监测系统，涉及卫星导航领域，该系统包括GNSS基准站和监测站，GNSS基准站和监测站上设有GNSS接收机；数据通讯系统，包括用于在数据采集系统和数据处理系统之间进行数据传输的通讯设备；数据处理系统，其用于进行观测数据的转换、质量分析及预处理，基线解算、网平差和形变数据分析，以及与实时大气产品通信；数据库管理系统，用于存储所述GNSS接收机接受的观测值数据、数据处理系统处理得到的解算结果和生成的相关文档。本发明的基于实时大气产品的GNSS形变监测系统可在监测站与基准站距离较远或者高差较大的情况下，降低了两站大气相关性减弱的影响，保证高精度的形变监测需求。
Description
技术领域
本发明涉及卫星导航领域，具体涉及一种基于实时大气产品的GNSS形变监测系统。
背景技术
目前GNSS实时形变监测的基本原理是：用同步观测资料进行相对定位时，两站所受到许多误差是相同或大体相同的(如卫星钟差、卫星星历误差、电离层延迟、对流层延迟等)，在相对定位中这些误差可以得以消除或大幅度削弱，故可获得很高精度的相对位置信息。利用在形变监测站和基准站上实测的载波相位观测值在站星间求差，组成双差观测方程，即可消除或者削弱大气延迟误差(包括电离层延迟误差与对流层延迟误差)。通过双差观测方程求解GNSS基线解算和平差计算，基线向量的变化值就定义为形变量。
对于短基线场景(小于2km)，通常情况下可以认为双差后的大气延迟残差的量级接近于测量噪声的量级，可归纳到测量噪声中进行处理。但是在大坝监测、大范围的沉降、铁路监测等形变监测场景中，监测站与基准站之间的距离可能较远，两站之间的大气延迟的相关性减弱，此外当监测站与基准站之间的高差较大时，双差后的对流层残差在高程方向上仍然较大。在这样的情况下，GNSS形变监测的精度会收到影响，如需保障测量精度，需要在不同高度和位置架设更多的基准站，使形变监测的成本提高。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于实时大气产品的GNSS形变监测系统，可。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种基于实时大气产品的GNSS形变监测系统，包括：数据采集系统，包括GNSS基准站和监测站，所述GNSS基准站和监测站上设有用于接收GNSS卫星信号的GNSS接收机；数据通讯系统，包括用于在所述数据采集系统和数据处理系统之间进行数据传输的通讯设备；数据处理系统，其用于进行观测数据的转换、质量分析及预处理，基线解算、网平差和形变数据分析，以及与实时大气产品通信；数据库管理系统，用于存储所述GNSS接收机接受的观测值数据、所述数据处理系统处理得到的解算结果和生成的相关文档。
在上述技术方案的基础上，所述数据处理系统包括互相信号连接的数据转换模块、数据质量分析模块、预处理模块和基线解算模块。
在上述技术方案的基础上，所述数据转换模块用于对不同接收机厂商的原始数据进行解码；数据质量分析模块用于输出实时和历史的卫星天空图、卫星高度角、信噪比和多路径信息进行比较以进行数据质量分析；预处理模块用于探测并修复周跳，以及探测并剔除粗差；基线解算模块用于使用宽巷观测值、窄巷观测值或消电离层延迟组合观测值进行数据处理。
在上述技术方案的基础上，所述基线解算模块用于在基线解算时，使用实时大气产品对电离层延迟和对流层延迟改正。
在上述技术方案的基础上，所述数据分析模块用于将监测点解算结果以点或面的形式生成以时间为横轴的频谱曲线、对各监测方向设置并进行预警限值以及将监测结果生成日常报表。
在上述技术方案的基础上，实时大气产品包括球谐函数模型的实时区域电离层产品和实时区域水汽产品。
在上述技术方案的基础上，所述数据通讯系统包括天线与GNSS接收机之间的电缆传输设备、接收机到数据存储中心的传输设备、接收机到数据解算系统间的传输设备以及数据解算系统、数据库管理系统、数据显示与预警系统之间的传输设备。
在上述技术方案的基础上，所述GNSS基准站与所述GNSS接收机一一对应设置。
在上述技术方案的基础上，还包括数据显示系统，所述数据显示系统用于将数据解算模块计算获得的实时形变信息或数据库中的历史形变信息进行可视化处理及显示。
在上述技术方案的基础上，还包括预警系统，所述预警系统用于将检测的GNSS形变与预设阈值进行比较，并在检测的GNSS形变达到阈值时启动警报；所述预警系统可预设多个报警级别，并对每个报警级别预设相应的启动阈值。
在上述技术方案的基础上，
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明实施例的基于实时大气产品的GNSS形变监测系统中，通过将对电离层延迟使用球谐函数模型的实时电离层产品进行误差改正；将对流层延迟分为由大气中干燥气体引起的干延迟和水汽引起的湿延迟进行计算，并对对流层湿延迟，使用实时区域水汽产品进行误差改正，最后将经过大气延迟改正后的观测方程在站星间求双差，极大的降低了监测系统中对流层延迟，可使得到的双差观测方程中大气延迟残差降低至与测量噪声同量级，简化了误差调整的计算内容，可得到较高精度的GNSS实时形变监测结果。
(2)本发明实施例的基于实时大气产品的GNSS形变监测系统可在监测站与基准站距离较远或者高差较大的情况下，降低了两站大气相关性减弱的影响，仍然能保证高精度的形变监测需求，变相提高了基准站的监测范围，从而降低了GNSS形变监测的成本。
附图说明
图1为本发明实施例的基于实时大气产品的GNSS形变监测系统的系统架构图；
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
参见图1所示，本发明实施例提供一种基于实时大气产品的GNSS形变监测系统，该系统包括数据采集系统、数据通讯系统、实时大气产品、数据解算系统、数据管理系统、数据显示与预警系统，下面分别对各个系统进行说明：
1、数据采集系统
数据采集系统主要包括GNSS基准站、监测站以及其它传感器如测斜仪。优选的，可在每个GNSS基准站或监测站上都架设一台GNSS接收机，使GNSS基准站或监测站与GNSS接收机一一对应，用于接收GNSS卫星信号，更加便于精细控制和定位操作。
2、数据通讯系统
数据通讯系统包括用于在所述数据采集系统和数据处理系统之间进行数据传输的通讯设备，在一个实施例中，数据通讯系统包括天线到接收机的电缆传输装置、接收机到数据存储中心的传输装置、接收机到数据解算系统的传输装置，以保证GNSS形变监测的实时性。除此之外，还包括服务器与Internet的连接装置、数据解算系统、数据库管理系统、数据显示与预警系统等之间的连接，数据通讯系统用于完成整个GNSS形变监测系统中的数据通信和交换功能。
3、实时大气产品
实时大气产品严格意义上并不属于GNSS形变监测系统，所述实时大气产品指现有技术中由导航技术服务商提供的包含区域大气信息和相关导航影响的相关产品，用于以其作为依据对导航产品的导航信息进行调整，以提高导航精度。在本发明中使用的相关实时大气产品包括球谐函数模型的实时区域电离层产品和实时区域水汽产品。例如，本发明中使用的相关实时区域电离层产品包含实时区域电离层TEC建模、预报及差分码偏差估计等具体信息。
4、数据解算系统
数据解算系统是GNSS形变监测系统的核心部分，其功能主要包括观测数据的转换、质量分析及预处理，基线解算、网平差和形变数据分析。具体的，数据转换模块可以对不同接收机厂商的原始数据进行解码，支持转换为RINEX标准格式进行输出显示。
数据质量分析模块支持输出实时和历史的卫星天空图、卫星高度角、信噪比、多路径信息等。
预处理模块能探测并修复周跳，探测并剔除粗差。
基线解算支持实时解算和后处理时段解模式，支持GNSS多频多系统观测值，还可以使用宽巷观测值(Wide-Lane)、窄巷观测值(Narrow-Lane)、消电离层延迟组合观测值(Ion-Free)等进行数据处理；支持多基准站处理模式。在基线解算时，使用实时大气产品对电离层延迟和对流层延迟改正，提高基线解算的精度。
网平差对独立基线网进行平差处理，并进行质量检验。质量检验一般可采用χ2检验和t检验。
数据分析主要方式是将监测点解算结果以点或面的形式生成以时间为横轴的频谱曲线。并对各监测方向设置预警限值，当监测点坐标变化达到限值时便启动报警功能，并且根据不同条件设置不同的报警级别。同时，可将监测结果生成日常报表，供监测人员进行分析和决策。
数据分析类型有多种分类选择，例如：按类型可分为点状分析和面状分析，点状分析是对单点的坐标位移进行分析，面状分析是利用一组监测点的变形表示截面的变形情况；按时间可分为实时分析和历史分析，实时分析是指对监测点的坐标变化进行实时显示和分析，历史分析是指调用服务器上存储的历史数据，比较和分析历史上监测点的位移变化。在不同实施例中，可根据实际需求选择适当的数据分析类型。
5、数据库管理系统
数据库管理系统存储GNSS接收机接收的观测值数据，存储基线解算结果，存储生成的相关文档和报告等。
6、数据显示与预警系统
数据显示系统可以将数据解算模块的实时形变信息或数据库中的历史形变信息进行可视化显示。预警系统对达到阈值的形变启动警报功能，并且根据不同条件设置不同的报警级别。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (10)
1.一种基于实时大气产品的GNSS形变监测系统，其特征在于，包括：数据采集系统，包括GNSS基准站和监测站，所述GNSS基准站和监测站上设有用于接收GNSS卫星信号的GNSS接收机；
数据通讯系统，包括用于在所述数据采集系统和数据处理系统之间进行数据传输的通讯设备；
数据处理系统，其用于进行观测数据的转换、质量分析及预处理，基线解算、网平差和形变数据分析，以及与实时大气产品通信；
数据库管理系统，用于存储所述GNSS接收机接受的观测值数据、所述数据处理系统处理得到的解算结果和生成的相关文档。
2.如权利要求1所述的基于实时大气产品的GNSS形变监测系统，其特征在于：所述数据处理系统包括互相信号连接的数据转换模块、数据质量分析模块、预处理模块和基线解算模块。
3.如权利要求2所述的基于实时大气产品的GNSS形变监测系统，其特征在于：所述数据转换模块用于对不同接收机厂商的原始数据进行解码；
数据质量分析模块用于输出实时和历史的卫星天空图、卫星高度角、信噪比和多路径信息进行比较以进行数据质量分析；
预处理模块用于探测并修复周跳，以及探测并剔除粗差；
基线解算模块用于使用宽巷观测值、窄巷观测值或消电离层延迟组合观测值进行数据处理。
4.如权利要求3所述的基于实时大气产品的GNSS形变监测系统，其特征在于：所述基线解算模块用于在基线解算时，使用实时大气产品对电离层延迟和对流层延迟改正。
5.如权利要求3所述的基于实时大气产品的GNSS形变监测系统，其特征在于：所述数据分析模块用于将监测点解算结果以点或面的形式生成以时间为横轴的频谱曲线、对各监测方向设置并进行预警限值以及将监测结果生成日常报表。
6.如权利要求1所述的基于实时大气产品的GNSS形变监测系统，其特征在于：实时大气产品包括球谐函数模型的实时区域电离层产品和实时区域水汽产品。
7.如权利要求1所述的基于实时大气产品的GNSS形变监测系统，其特征在于：所述数据通讯系统包括天线与GNSS接收机之间的电缆传输设备、接收机到数据存储中心的传输设备、接收机到数据解算系统间的传输设备以及数据解算系统、数据库管理系统、数据显示与预警系统之间的传输设备。
8.如权利要求1所述的基于实时大气产品的GNSS形变监测系统，其特征在于：所述GNSS基准站与所述GNSS接收机一一对应设置。
9.如权利要求1所述的基于实时大气产品的GNSS形变监测系统，其特征在于：还包括数据显示系统，所述数据显示系统用于将数据解算模块计算获得的实时形变信息或数据库中的历史形变信息进行可视化处理及显示。
10.如权利要求1所述的基于实时大气产品的GNSS形变监测系统，其特征在于：还包括预警系统，所述预警系统用于将检测的GNSS形变与预设阈值进行比较，并在检测的GNSS形变达到阈值时启动警报；所述预警系统可预设多个报警级别，并对每个报警级别预设相应的启动阈值。
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| GR01 | Patent grant | ||
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Granted publication date: 20200922 |