[發(fā)明專利]一種基于組合差分GNSS的橋梁形變多頻動態(tài)分析方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810838698.2
• 申請日: 2018-07-27
• 公開（公告）號: CN109059750B
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王里;王哲;陳建華;劉玲;程曉光;郭磐石
• 申請（專利權(quán)）人: 交通運輸部科學(xué)研究院;中交宇科（北京）空間信息技術(shù)有限公司
• 主分類號: G01B7/16
• 分類號: G01B7/16;G01S19/14
• 代理公司: 北京市盛峰律師事務(wù)所 11337
• 代理人: 梁艷

1.一種基于組合差分GNSS的橋梁形變多頻動態(tài)分析方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1，建立北斗GPS雙模雙差觀測模型，利用所述觀測模型獲得的觀測值構(gòu)建雙模雙差分定位模型，基于所述雙模雙差分定位模型構(gòu)建參數(shù)矩陣；

S2，選取小波基函數(shù)，對所述參數(shù)矩陣進行小波分析，分解出高頻信號和低頻信號；

S3，針對高頻信號，通過快速動態(tài)解算，獲取橋梁在車輛通行或風(fēng)力作用下引起的動力響應(yīng)，結(jié)合橋梁安全設(shè)計參數(shù)值，為橋梁安全預(yù)警提供依據(jù)；針對低頻信號，利用已知的基線長度的約束條件，直接簡化搜索空間，然后根據(jù)模糊度搜索過程中獲取到的可能的模糊度組合的集合中選取最優(yōu)，并進行整周模糊度可靠性檢測，求取的整周模糊度，進行載波相位差分解算，求取固定解；

S4，利用S3得到的結(jié)果分析橋梁形變趨勢，為橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性評判提供依據(jù)；S3中，所述針對高頻信號，通過快速動態(tài)解算，具體為：

將閾值量化處理后的小波分解高頻系數(shù)進行重構(gòu)，得到高頻觀測值，代入誤差觀測方程，進行模糊度的快速搜索，計算整周模糊度的浮點解，包括如下步驟：

第一步，確定未知點的初始坐標，并建立模糊度搜索空間：未知點的坐標利用偽距雙差觀測量采用最小二乘法求解，以解的精度為指標建立一個三維坐標搜索空間，以該空間的8個頂點坐標和選擇的3個基本雙差觀測量分別計算出相應(yīng)的模糊度初值；然后根據(jù)每個頂點上計算得到的模糊度初值，確定這3個雙差模糊度參數(shù)各自的最大整數(shù)值和最小整數(shù)值在這一搜索空間中需要檢測的模糊度組合總數(shù)為：

其中，為雙差模糊度參數(shù)最大整數(shù)，為雙差模糊度參數(shù)最小整數(shù)；

第二步，模糊度搜索：從模糊度搜索空間中選取一組待檢測點的模糊度，利用相應(yīng)的三個雙差觀測量計算出動態(tài)點位坐標。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于組合差分GNSS的橋梁形變多頻動態(tài)分析方法，其特征在于，S1中所述建立北斗GPS雙模雙差觀測模型，具體包括如下步驟：

A1，根據(jù)星歷計算衛(wèi)星位置；

A2，利用偽距觀測值解算監(jiān)測站初始位置；

A3，利用監(jiān)測站初始位置和基準站已知坐標，建立如下的雙差觀測模型：

A4，所述雙差觀測模型的雙差觀測值為：

其中，為兩個觀測站的相位差，為整周未知數(shù)，為A,B兩個觀測站距離差，為接收機同步誤差，為電離層延遲改正，為對流層延遲改正；為B站的相位觀測值，i，j分別為接收到的第i顆衛(wèi)星信號和第j顆衛(wèi)星信號。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于組合差分GNSS的橋梁形變多頻動態(tài)分析方法，其特征在于，S2具體為：將誤差觀測方程看作是隨時間變化的一組信號f(t)，選擇一組小波濾波系數(shù)構(gòu)造變換矩陣W，并確定其分解層次I，然后對誤差觀測方程f(t)進行I層小波分解；

設(shè)信號f(t)，其傅里葉變換為：

其中，F(xiàn)(ω)為f(t)的像，ω為信號頻率，i為小波分解層數(shù)；

將L²(R)空間的任意函數(shù)f(t)在小波基下進行展開，稱其為函數(shù)f(t)的連續(xù)小波變換CWT，變換式為：

其中，WT_f(a,b)為小波變換系數(shù)，a,b為任意某一個尺度，ψ_a,b為a,b下的傅里葉變換，為母函數(shù)ψ(t)對應(yīng)窗口下的小波基函數(shù)；

當小波的容許性條件成立時，其逆變換為：

其中，在給定小波基函數(shù)下，不斷減小其中的尺度參數(shù)a同時增強頻率分辨率進行小波分解。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于組合差分GNSS的橋梁形變多頻動態(tài)分析方法，其特征在于，對小波分解高頻系數(shù)的閾值量化處理。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于組合差分GNSS的橋梁形變多頻動態(tài)分析方法，其特征在于，S3中，所述針對低頻信號，求取固定解，具體包括如下步驟：

第一步，利用小波分解的第J層的低頻系數(shù)進行重構(gòu)，得到消噪后的觀測數(shù)據(jù)序列估計值；

第二步，根據(jù)權(quán)利要求1中計算得到的所有雙差模糊度，利用該歷元所有的雙差載波相位觀測量再次進行最小二乘平方，得到動態(tài)點位坐標及相應(yīng)的殘差向量V_O；

采用如下公式計算方差因子

其中，V為殘差矩陣，V^T為殘差矩陣轉(zhuǎn)置，Q^-1為協(xié)方差矩陣，n為矩陣行列數(shù)，q為矩陣的秩；

第三步，重復(fù)第二步，直到檢測完所有的雙差模糊度；

第四步，回代方程(2)，獲得基線參數(shù)估計的兩個觀測站的相位差的固定解。