北斗短报文传输差分数据的电力塔筒沉降监测方法技术

本发明专利技术公开了一种北斗短报文传输差分数据的电力塔筒沉降监测方法，其步骤包括：1、对基准站观测数据进行预处理，计算伪距、载波相位差分值；2、利用灰色

【技术实现步骤摘要】
北斗短报文传输差分数据的电力塔筒沉降监测方法


[0001]本专利技术涉及北斗卫星导航领域。具体的说是一种北斗短报文传输差分数据的电力塔筒沉降监测方法。

技术介绍

[0002]随着当前社会的不断发展，能源消耗也在与日俱增，发展新能源已经成为了当前的研究热点。而电力塔筒作为风力发电的重要组成部分，由于外界环境的影响，面临着一定的地面沉降风险，这将影响塔筒设施的安全性并造成严重的经济损失，因此有必要针对塔筒设施进行沉降监测。
[0003]传统的全站仪、水准仪用于沉降监测，受到人工、天气、环境等外界条件的限制，难以适用于大规模的场景。而采用GNSS的相对定位技术，则可以实现全天候的实时监测，具有较高的自动化程度和监测精度，有利于广泛的应用在塔筒监测的场景下。但相对定位技术也需要基准站的观测数据才能完成高精度的定位，在通信链路不发达或受限的偏远地区以及海上区域，没有网络链路可以传输基准站的相应数据，导致难以采用相对定位技术实现偏远地区的电力塔筒沉降监测。
[0004]北斗短报文通信作为北斗卫星导航系统的特色功能，基于GEO卫星播发服务，从而避免了网络链路对于传输数据的限制，因此采用北斗短报文传输基准站数据，可以实现偏远地区的电力塔筒沉降监测，并且利于推动北斗产业的发展。目前民用短报文的年费约1200元，低廉的成本更易于大规模的推广。但单次短报文的发送容量被限制在78字节以内，如何在有限容量内最大化的传输定位数据，从而实现高精度的沉降监测是当前的一个难点。

技术实现思路

[0005]本专利技术是为了解决偏远地区网络链路不发达或受限的问题，提出一种北斗短报文传输差分数据的电力塔筒沉降监测方法，以期能够实现网络链路受限的偏远地区电力塔筒的沉降监测，从而降低安全隐患与经济损失，保证沉降监测结果的可靠性。
[0006]本专利技术为达到上述专利技术目的，采用如下技术方案：
[0007]本专利技术一种北斗短报文传输差分数据的电力塔筒沉降监测方法的特点是按如下步骤进行：
[0008]步骤1、获取原始GNSS数据并进行预处理；
[0009]步骤1.1、在已知位置点上架设基准站，并在电力塔筒的底部架设流动站；
[0010]步骤1.2、所述基准站接收卫星r发送的原始GNSS观测数据并进行粗差剔除，再进行周跳探测与修复，从而得到处理后的伪距P和载波相位L；
[0011]步骤2、基于伪距P和载波相位L计算改正值；
[0012]步骤2.1、所述基准站计算卫星r的坐标(X
r
,Y
r
,Z
r
)；
[0013]步骤2.2、根据基准站的真实坐标(x,y,z)获取基准站与卫星r之间的站星距离ρ
r
；
[0014]步骤2.3、根据站星距离ρ
r
、伪距P和载波相位L计算伪距改正值dP
r
和载波相位改正值dL
r
；
[0015]步骤3、基于卫星r的坐标(X
r
,Y
r
,Z
r
)和基准站的真实坐标(x,y,z)计算卫星r的高度角，并保留高度角大于阈值的卫星数据；
[0016]步骤4、初始化时间内数据发送策略；
[0017]步骤4.1、在首历元时，所述基准站采用北斗短报文发送伪距改正值dP
r
、载波相位改正值dL
r
以及历元时间t给流动站；
[0018]步骤4.2、在第二历元及后续历元时，所述基准站先将当前历元的伪距改正值与首历元的伪距改正值做一次差分，然后将当前历元的载波相位改正值和首历元的载波相位改正值的整周数值进行一次差分，从而得到单差伪距改正值ΔdP
r
和单差载波相位改正值ΔdL
r
；然后所述基准站采用北斗短报文发送所述单差载波相位改正值ΔdP
r
、单差伪距改正值ΔdL
r
给流动站；
[0019]若后续历元出现新卫星，则所述基准站按照步骤1.2
‑
步骤2.3的过程，得到新卫星的伪距改正值和载波相位改正值，并在当前历元发送给流动站；从而在下一历元按照步骤4.2的过程进行差分计算并将相应的单差载波相位校正值和单差伪距校正值发送给流动站；
[0020]步骤4.3、采用数字0
‑
3分别表示卫星系统的类别，包括：GPS、BDS、GALILEO、GLONASS，采用0
‑
64表示单个卫星系统下的卫星编号；
[0021]步骤5、积累初始数据，并采用灰色
‑
加权马尔科夫链模型对后续传输数据进行简化；
[0022]步骤5.1、构建灰色模型的原始序列：
[0023]基准站发送卫星r的n个历元单差载波相位改正值，并完成初始数据积累；若n个历元的单差载波相位改正值中存在负数，则对每一个历元的单差载波相位改正值均添加一个正数c；若n个历元的单差载波相位改正值中不存在负数，则不添加c；从而将处理后的前n个历元单差载波相位改正值定义为序列其中，表示第i个历元下的卫星r的单差载波相位改正值，其中i<n；
[0024]步骤5.2、将步骤5.1中的序列进行一次累加，得到累加序列步骤5.2、将步骤5.1中的序列进行一次累加，得到累加序列其中，表示第i个历元下的卫星r的累加单差载波相位改正值，且i＝1,2,3
…
n；
[0025]步骤5.3、根据累加序列X
(1)
，利用式(1)和式(2)构建白化微分方程：
[0026][0027][0028]式(1)和式(2)中，a表示发展系数，b表示灰色作用量；表示第i+1历元下的卫星r的累加单差载波相位改正值；
[0029]步骤5.4、利用式(3)构建误差方程：
[0030][0031]利用式(4)得到简化后的误差方程：
[0032]Y＝BA
ꢀꢀ
(4)
[0033]式(4)中，Y表示单差载波相位改正值向量，B表示系数矩阵，A表示待求参数向量；
[0034]利用最小二乘法对式(4)进行求解，得到参数A＝[ab]T
：
[0035]A＝(B
T
B)
‑1B
T
Y
ꢀꢀ
(5)
[0036]步骤5.5、利用式(6)和式(7)得到第i+1历元下的灰色模型预测值
[0037][0038][0039]步骤5.6、根据步骤5.1
‑
步骤5.5中前n个历元的单差载波相位改正值所构建的灰色模型，得到第2个历元到第n+1个历元的灰色模型的预测值；若序列X
(0)
中存在负数，则将灰色模型的预测值减去正数c，若序列X
(0)
中不存在负数，则不减去c；从而得到序列中不存在负数，则不减去c；从而得到序列其中，表示第n+1历元的灰色模型的预测值；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种北斗短报文传输差分数据的电力塔筒沉降监测方法，其特征是按如下步骤进行：步骤1、获取原始GNSS数据并进行预处理；步骤1.1、在已知位置点上架设基准站，并在电力塔筒的底部架设流动站；步骤1.2、所述基准站接收卫星r发送的原始GNSS观测数据并进行粗差剔除，再进行周跳探测与修复，从而得到处理后的伪距P和载波相位L；步骤2、基于伪距P和载波相位L计算改正值；步骤2.1、所述基准站计算卫星r的坐标(X
r
，Y
r
，Z
r
)；步骤2.2、根据基准站的真实坐标(x，y，z)获取基准站与卫星r之间的站星距离ρ
r
；步骤2.3、根据站星距离ρ
r
、伪距P和载波相位L计算伪距改正值dp
r
和载波相位改正值dL
r
；步骤3、基于卫星r的坐标(X
r
，Y
r
，Z
r
)和基准站的真实坐标(x，y，z)计算卫星r的高度角，并保留高度角大于阈值的卫星数据；步骤4、初始化时间内数据发送策略；步骤4.1、在首历元时，所述基准站采用北斗短报文发送伪距改正值dP
r
、载波相位改正值dL
r
以及历元时间t给流动站；步骤4.2、在第二历元及后续历元时，所述基准站先将当前历元的伪距改正值与首历元的伪距改正值做一次差分，然后将当前历元的载波相位改正值和首历元的载波相位改正值的整周数值进行一次差分，从而得到单差伪距改正值ΔdP
r
和单差载波相位改正值ΔdL
r
；然后所述基准站采用北斗短报文发送所述单差载波相位改正值ΔdP
r
、单差伪距改正值ΔdL
r
给流动站；若后续历元出现新卫星，则所述基准站按照步骤1.2
‑
步骤2.3的过程，得到新卫星的伪距改正值和载波相位改正值，并在当前历元发送给流动站；从而在下一历元按照步骤4.2的过程进行差分计算并将相应的单差载波相位校正值和单差伪距校正值发送给流动站；步骤4.3、采用数字0
‑
3分别表示卫星系统的类别，包括：GPS、BDS、GALILEO、GLONASS，采用0
‑
64表示单个卫星系统下的卫星编号；步骤5、积累初始数据，并采用灰色
‑
加权马尔科夫链模型对后续传输数据进行简化；步骤5.1、构建灰色模型的原始序列：基准站发送卫星r的n个历元单差载波相位改正值，并完成初始数据积累；若n个历元的单差载波相位改正值中存在负数，则对每一个历元的单差载波相位改正值均添加一个正数c；若n个历元的单差载波相位改正值中不存在负数，则不添加c；从而将处理后的前n个历元单差载波相位改正值定义为序列其中，表示第i个历元下的卫星r的单差载波相位改正值，其中i＜n；步骤5.2、将步骤5.1中的序列进行一次累加，得到累加序列步骤5.2、将步骤5.1中的序列进行一次累加，得到累加序列其中，表示第i个历元下的卫星r的累加单差载波相位改正值，且
步骤5.3、根据累加序列X
(1)
，利用式(1)和式(2)构建白化微分方程：，利用式(1)和式(2)构建白化微分方程：式(1)和式(2)中，a表示发展系数，b表示灰色作用量；表示第i+1历元下的卫星r的累加单差载波相位改正值；步骤5.4、利用式(3)构建误差方程：利用式(4)得到简化后的误差方程：Y＝BA
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)式(4)中，Y表示单差载波相位改正值向量，B表示系数矩阵，A表示待求参数向量；利用最小二乘法对式(4)进行求解，得到参数A＝[a b]
T
：A＝(B
T
B)
‑1B
T
Y
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(5)步骤5.5、利用式(6)和式(...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨浩，夏娜，汪银，吴成，王聪，王军，谢宇晗，侯杰文，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：