[發(fā)明專利]北斗短報文傳輸差分數(shù)據(jù)的電力塔筒沉降監(jiān)測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210186587.4
• 申請日: 2022-02-28
• 公開（公告）號: CN114705156B
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊浩;夏娜;汪銀;吳成;王聰;王軍;謝宇晗;侯杰文
• 申請（專利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學
• 主分類號: G01C5/00
• 分類號: G01C5/00;G01S19/14;H04W4/14
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 陸麗莉;何梅生

1.一種北斗短報文傳輸差分數(shù)據(jù)的電力塔筒沉降監(jiān)測方法，其特征是按如下步驟進行：

步驟1、獲取原始GNSS數(shù)據(jù)并進行預(yù)處理；

步驟1.1、在已知位置點上架設(shè)基準站，并在電力塔筒的底部架設(shè)流動站；

步驟1.2、所述基準站接收衛(wèi)星r發(fā)送的原始GNSS觀測數(shù)據(jù)并進行粗差剔除，再進行周跳探測與修復(fù)，從而得到處理后的偽距P和載波相位L；

步驟2、基于偽距P和載波相位L計算改正值；

步驟2.1、所述基準站計算衛(wèi)星r的坐標(X_r，Y_r，Z_r)；

步驟2.2、根據(jù)基準站的真實坐標(x，y，z)獲取基準站與衛(wèi)星r之間的站星距離ρ^r；

步驟2.3、根據(jù)站星距離ρ^r、偽距P和載波相位L計算偽距改正值dp^r和載波相位改正值dL^r；

步驟3、基于衛(wèi)星r的坐標(X_r，Y_r，Z_r)和基準站的真實坐標(x，y，z)計算衛(wèi)星r的高度角，并保留高度角大于閾值的衛(wèi)星數(shù)據(jù)；

步驟4、初始化時間內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)送策略；

步驟4.1、在首歷元時，所述基準站采用北斗短報文發(fā)送偽距改正值dP^r、載波相位改正值dL^r以及歷元時間t給流動站；

步驟4.2、在第二歷元及后續(xù)歷元時，所述基準站先將當前歷元的偽距改正值與首歷元的偽距改正值做一次差分，然后將當前歷元的載波相位改正值和首歷元的載波相位改正值的整周數(shù)值進行一次差分，從而得到單差偽距改正值ΔdP^r和單差載波相位改正值ΔdL^r；然后所述基準站采用北斗短報文發(fā)送所述單差載波相位改正值ΔdP^r、單差偽距改正值ΔdL^r給流動站；

若后續(xù)歷元出現(xiàn)新衛(wèi)星，則所述基準站按照步驟1.2-步驟2.3的過程，得到新衛(wèi)星的偽距改正值和載波相位改正值，并在當前歷元發(fā)送給流動站；從而在下一歷元按照步驟4.2的過程進行差分計算并將相應(yīng)的單差載波相位校正值和單差偽距校正值發(fā)送給流動站；

步驟4.3、采用數(shù)字0-3分別表示衛(wèi)星系統(tǒng)的類別，包括：GPS、BDS、GALILEO、GLONASS，采用0-64表示單個衛(wèi)星系統(tǒng)下的衛(wèi)星編號；

步驟5、積累初始數(shù)據(jù)，并采用灰色-加權(quán)馬爾科夫鏈模型對后續(xù)傳輸數(shù)據(jù)進行簡化；

步驟5.1、構(gòu)建灰色模型的原始序列：

基準站發(fā)送衛(wèi)星r的n個歷元單差載波相位改正值，并完成初始數(shù)據(jù)積累；若n個歷元的單差載波相位改正值中存在負數(shù)，則對每一個歷元的單差載波相位改正值均添加一個正數(shù)c；若n個歷元的單差載波相位改正值中不存在負數(shù)，則不添加c；從而將處理后的前n個歷元單差載波相位改正值定義為序列其中，表示第i個歷元下的衛(wèi)星r的單差載波相位改正值，其中i＜n；

步驟5.2、將步驟5.1中的序列進行一次累加，得到累加序列其中，表示第i個歷元下的衛(wèi)星r的累加單差載波相位改正值，且

步驟5.3、根據(jù)累加序列X⁽¹⁾，利用式(1)和式(2)構(gòu)建白化微分方程：

式(1)和式(2)中，a表示發(fā)展系數(shù)，b表示灰色作用量；表示第i+1歷元下的衛(wèi)星r的累加單差載波相位改正值；

步驟5.4、利用式(3)構(gòu)建誤差方程：

利用式(4)得到簡化后的誤差方程：

Y＝BA??????????????????????????????(4)

式(4)中，Y表示單差載波相位改正值向量，B表示系數(shù)矩陣，A表示待求參數(shù)向量；

利用最小二乘法對式(4)進行求解，得到參數(shù)A＝[a?b]^T：

A＝(B^TB)^-1B^TY???????????????????????????(5)

步驟5.5、利用式(6)和式(7)得到第i+1歷元下的灰色模型預(yù)測值

步驟5.6、根據(jù)步驟5.1-步驟5.5中前n個歷元的單差載波相位改正值所構(gòu)建的灰色模型，得到第2個歷元到第n+1個歷元的灰色模型的預(yù)測值；若序列X⁽⁰⁾中存在負數(shù)，則將灰色模型的預(yù)測值減去正數(shù)c，若序列X⁽⁰⁾中不存在負數(shù)，則不減去c；從而得到序列其中，表示第n+1歷元的灰色模型的預(yù)測值；

計算序列X⁽⁰⁾和序列Y⁽⁰⁾在相同歷元下的數(shù)據(jù)差分值，從而構(gòu)建加權(quán)馬爾科夫鏈模型的序列Z＝{Z₂，Z₃，...，Z_i，...，Z_n}，其中，Z_i表示第i個歷元下的數(shù)據(jù)差分值，i＝2，3，4...n；

步驟5.7、采用如式(8)所示的均值-標準差法計算馬爾科夫鏈分布空間：

式(10)中，s代表樣本標準差，代表序列Z的均值，Z_e表示序列Z中第e個元素值，N表示序列Z中的元素個數(shù)，將序列Z分為h個分布區(qū)間；

步驟5.8、依據(jù)分布空間，對序列Z中的各個數(shù)值確定其所屬的狀態(tài)：

假設(shè)序列Z中包含m個狀態(tài)，即狀態(tài)空間E＝{1，2，3...m}；用f_dj表示序列Z中數(shù)值經(jīng)過g步轉(zhuǎn)移時從狀態(tài)d到狀態(tài)j的頻數(shù)，d，j∈E，利用式(9)和式(10)構(gòu)建第g個馬爾科夫鏈轉(zhuǎn)移概率矩陣P_g：

式(12)中，P_d，j表示第g個馬爾科夫鏈轉(zhuǎn)移概率矩陣P_g中第d行第j列的元素；

根據(jù)序列Z中存在的狀態(tài)數(shù)量m，得到m種不同的轉(zhuǎn)移步長，從而利用式(9)和式(10)得到m個馬爾科夫轉(zhuǎn)移概率矩陣P＝{P₁，P₂，...，P_g，...P_m}；

步驟5.9、利用式(11)計算自相關(guān)系數(shù)r_k，并利用式(12)進行歸一化處理，得到馬爾科夫鏈模型的權(quán)向量W_k：

式(12)中，k為階數(shù)，且滿足k∈E；

步驟5.10、計算加權(quán)馬爾科夫鏈模型預(yù)測值并修復(fù)灰色模型預(yù)測結(jié)果：

基于處在序列Z中的后m個數(shù)值及其狀態(tài)，利用式(13)得到第n+1歷元時段的第d個狀態(tài)預(yù)測概率

式(13)中，表示在階數(shù)為k時狀態(tài)d的概率；

從第n+1歷元下的m個狀態(tài)預(yù)測概率中選取最大數(shù)值作為預(yù)測結(jié)果，并根據(jù)狀態(tài)對應(yīng)的分布空間確定馬爾科夫鏈模型的預(yù)測值Z_n，從而利用式(14)修復(fù)灰色模型預(yù)測結(jié)果，得到貼近真實值的預(yù)測值

步驟5.11、利用式(15)計算所述基準站利用北斗短報文向流動站發(fā)送的第n+1歷元的雙差載波相位改正值

步驟5.12、按照步驟5.1-步驟5.11的流程對偽距改正值進行處理，從而得到第n+1歷元的雙差偽距改正值

步驟5.13、對于第n+1歷元的后續(xù)歷元，采用滑動窗口選取最近的n個歷元數(shù)據(jù)，并按照步驟5.1-步驟5.12的過程計算改正值；

步驟6、復(fù)原差分數(shù)據(jù)；

步驟6.1、流動站通過北斗短報文接收所述基準站發(fā)送的衛(wèi)星r的前n個歷元單差載波相位改正值和單差偽距改正值，并根據(jù)步驟5.1-步驟5.13得到單差載波相位預(yù)測值和單差偽距預(yù)測值

步驟6.2、流動站接收到所述基準站發(fā)送的第n+1歷元下的雙差載波相位改正值和雙差偽距改正值對第n+1歷元下的單差載波相位預(yù)測值和單差偽距預(yù)測值進行校正，進而按照步驟4的差分策略進行數(shù)據(jù)復(fù)原，得到未簡化的載波相位改正值和偽距改正值；

步驟7、流動站接收本地的觀測數(shù)據(jù)，并根據(jù)歷元時間t選擇對應(yīng)歷元時間下的流動站數(shù)據(jù)，與基準站發(fā)送的載波相位改正值和偽距改正值進行差分定位處理，從而完成塔筒設(shè)施的沉降監(jiān)測。