GPS一机多天线技术及其在边坡形变监测中的应用

2016-08-10刘得永

大科技 2016年28期

关键词：接收机天线观测

刘得永

（湖南省第一测绘院湖南衡阳421000）

GPS一机多天线技术及其在边坡形变监测中的应用

刘得永

（湖南省第一测绘院湖南衡阳421000）

GPS测量是目前最具发展潜力的一种形变监测手段。但购买接收机的费用高。基于GPS技术的优、缺点，我们提出GPS一机多天线技术。它不仅具有GPS全部的优点，而且它克服了常规GPS费用高的缺点。大量实际应用表明，只要操作得当，解算合理，一机多天线的精度完全能达到常规GPS的精度。所以GPS一机多在形变监测中的应用前景非常广阔。

全球定位系统；一机多天线；边坡形变；变形监测

1 GPS一机多天线系统的组成

整个一机多天线系统是一个复杂的、功能强大的监控管理系统，它集视频监控、GPS形变监测、远程数据传输、信息管理平台于一体。从结构上划分，它由数据采集、信息传输、信息处理这三个主要部分组成。这三部分又可分为以下六个部分：

（1）天线阵；

（2）数据传输部分；

（3）多天线控制器；

（4）基准站；

（5）数据处理中心；

（6）野外供电系统。

一机多天线变形监测系统结构示意图。

图1

2 GPS一机多天线的精度分析

2.1 影响GPS一机多天线精度的因素

影响GPS一机多天线精度主要包括GPS一机多天线与常规GPS定位相同的误差源以及GPS一机多天线的附加误差源。

与常规GPS定位相同的误差源各种误差按其来源大致可分为三种类型：

（1）与卫星有关的误差；

（2）信号传播误差；

（3）观测误差和接收设备误差。

GPS一机多天线的附加误差源包括以下两种：

（1）信号衰减误差：常规GPS的天线和接收机是连在一起的一个整体，而GPS一机多天线的天线和接收机是分开的，它们之间的距离有的多达10km。这么远的距离信号通过各种方式传过来，在传的过程中就会产生衰减。这种衰减会使信号的噪声增大，进而影响一机多天线的精度。

（2）不同时误差：常规GPS测量可以每个点放一台GPS接收机，很容易实施同时观测。我们知道现在的一机多天线的观测方式是序列性连续观测，也就是说各观测值不是同时观测的，这就可能产生误差。通常一个点的观测（要保证较高精度的情况下）就需要30min，一个多天线子系统8个天线总共就须观测4h。也就是说第一个观测值和第八个观测值可能至少相差4h左右。4h前的点位可能发生了变化，这样就可能产生误差。比如在洪峰来临时大坝受到的压力很大，几分钟之内大坝的位移就可能达到10多厘米，4h提供一次数据远不能达到变形监测的要求。由于变形监测环境的复杂性和特殊性，实时观测变得越来越重要，减少观测时间，提高观测效率是变形监测发展的一种趋势。

2.2 提高GPS一机多天线定位精度的方法

2.2.1 对常规误差的处理

（1）卫星钟差：采用二项式模拟改正。

（2）卫星星历误差：在多个测站上对同一卫星进行同步观测，然后求差。或直接采用相对定位。

（3）地球自转影响：采用模型改正。

（4）相对论效应：统计模型改正。

（5）电离层折射：利用电离层模型改正，采用双频接收机减少电离层延迟，同步观测求差。

（6）对流层折射：利用对流层模型改正，采用双频接收机减少电离层延迟，同步观测求差。

（7）多路径效应：安置天线时避开地面强反射物，采用防多路径效应天线。

（8）接收机方面的误差：采用高精度的接收机，定期对天线进行校验。

2.2.2 对附加误差的处理（1）信号衰弱误差：采用信号放大器，用高质量的传输方式。（2）不同时观测：对多天线控制器进行改造。