弱GPS信號區(qū)域內(nèi)距離后方交會(huì)的應(yīng)用探討

1、    弱gps信號區(qū)域內(nèi)距離后方交會(huì)的應(yīng)用探討    陳瑞麒 侯康躍摘   要：在gps信號弱或無信號的特殊區(qū)域內(nèi)，利用gps在特殊區(qū)域邊緣地帶建立基站。通過基站和流動(dòng)站與衛(wèi)星之間的數(shù)據(jù)傳遞，完成特殊區(qū)域外部的點(diǎn)位采集，利用微波測距原理采用空間后方交會(huì)法，計(jì)算出坐標(biāo)向量，利用已知點(diǎn)坐標(biāo)推算出點(diǎn)位具體坐標(biāo)。關(guān)鍵詞：距離交會(huì)  測距  gps|rtk  應(yīng)用  微波測距中圖分類號：p2                &

2、#160;                     文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a                        文章編號：1674-098x（2019）05（b）-0132-03abstract：in the special area where gps signal is weak or no signal， the base station is built by usi

3、ng gps at the edge of the special area. through data transmission between base station and mobile station and satellite， point position acquisition outside special area is completed. using the principle of microwave ranging and space rear intersection method， coordinate vectors are calculated， and s

4、pecific coordinates of point position are calculated by known point coordinates.key words： distance intersection;ranging;gps;rtk;application;microwave ranging距離后方交會(huì)是測量方法中比較簡單的一種方法，有很多應(yīng)用實(shí)例。由于測距技術(shù)的出現(xiàn)和快速發(fā)展，測距變得更加方便，距離后方交會(huì)也變得適用起來。距離空間后方交會(huì)在很多情景下也有很多應(yīng)用，gps便是基于距離空間后方交會(huì)出現(xiàn)的新興技術(shù)。在gps定位系統(tǒng)中將衛(wèi)星瞬時(shí)的空間位置視為一個(gè)已知點(diǎn)，利用測

5、相偽距法和測碼偽距法獲取點(diǎn)位與衛(wèi)星的偽距，將含有誤差的偽距通過差分和距離空間后方交會(huì)求解出地面待定點(diǎn)的坐標(biāo)。而gps的出現(xiàn)帶動(dòng)距離空間后方交會(huì)技術(shù)的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，gps通過特殊化已知點(diǎn)的點(diǎn)位，提高了已知點(diǎn)的利用率，減少了誤差傳播，降低了系統(tǒng)誤差對準(zhǔn)確度的影響，更突破了兩點(diǎn)間必須通視的壁壘，大幅度地提升了作業(yè)的效率1。微波雷達(dá)同樣也具有非接觸，無需同視的優(yōu)點(diǎn)，此外還具有頻帶寬和穿透性強(qiáng)的特性，寬帶雷達(dá)可以對多目標(biāo)進(jìn)行觀測。在多目標(biāo)高精度位移測量和結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測中都已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展。 微波具有良好的信號傳輸能力和穿透能力，可以在時(shí)常出現(xiàn)霧氣的森林測繪中使用。其傳播的損耗低，可用于中遠(yuǎn)程的測距

6、2。隨著gps大量的實(shí)踐與研究的展開，同時(shí)也伴隨著問題的出現(xiàn)。在上方有遮擋物的地方，gps只能接收到較弱信號或是接收不到信號，這使得gps|rtk技術(shù)得不到施展。在無信號或信號較弱區(qū)域的邊緣，建立3個(gè)基于gps技術(shù)下測量的已知點(diǎn)上的基站，利用3個(gè)基站與加裝微波雷達(dá)的接收機(jī)直接的交流完成區(qū)域內(nèi)點(diǎn)位的采集與測量。通過后方空間交會(huì)計(jì)算未知點(diǎn)的坐標(biāo)。1  基本原理如圖1所示，矩形部分為gps信號弱的地區(qū)，在范圍邊緣gps信號可以完成點(diǎn)位的獲取，利用已有rtk確定3個(gè)已知點(diǎn)a，b，c并在已知點(diǎn)上安置微波測距儀的副機(jī)，然后在手持或附屬安置在rtk移動(dòng)站上在待測點(diǎn)p，同時(shí)向3個(gè)已知點(diǎn)上副臺(tái)發(fā)射測量

7、頻段獲取待定點(diǎn)到3個(gè)已知點(diǎn)的距離dap，dbp，dcp，經(jīng)過改正后利用空間距離后方交會(huì)獲取待定點(diǎn)的平差后坐標(biāo)，進(jìn)行區(qū)域內(nèi)地形圖的測繪。2  測距原理隨著自動(dòng)化和數(shù)字化的不斷發(fā)展，輕便易操作的測量儀器備受歡迎，以微波作為載波和以激光等其他光源作為載波的電磁波測距儀在20世紀(jì)60年代開始迅速發(fā)展。在微波測距中，由于微波雷達(dá)發(fā)射的信號不同又分為多種，本文主要論述以微波為載波的微波測距結(jié)合gps|rtk的應(yīng)用。微波與光波同屬電磁波，微波則屬于相位式測距。在實(shí)際工作中，在測點(diǎn)a搭設(shè)測距儀發(fā)射連續(xù)信號，通過測線到達(dá)另一端b測點(diǎn)，此測點(diǎn)的接收機(jī)反射信號，被a端接收機(jī)接收。因?yàn)槲⒉ń?jīng)過信號往返，走過

8、的距離為實(shí)際的距離的2倍，即d=1/2ct，總相位也產(chǎn)生了變化由可得與時(shí)間的關(guān)系。綜上可得相位式的測距公式。3  距離空間后交會(huì)3.1 計(jì)算交會(huì)點(diǎn)坐標(biāo)的公式（xp-xa）2+（yp-ya）2+（zp-za）2=dap2（xp-xc）2+（yp-yc）2+（zp-zc）2=dcp2                            （1）（xp-xb）2+（yp-yb）2+（zp-zb）2=dbp2其中（xp，yp，zp）為待定點(diǎn)（xa，ya，

9、za）、（xb，yb，zb）、（xc，yc，zc）為已經(jīng)通過gps接收機(jī)獲得坐標(biāo)的已知點(diǎn)3。4  誤差分析4.1 測距誤差來源及改化d1=d0+d頻+d氣+d波                                        （2）d頻為測相距離誤差改正，d氣和d波分別為由大氣折射引起的大氣改正和彎曲改正，s為大地線長度，d傾為將傾斜投影改化到參考橢球上的改正。4.1.1

10、頻率改正微波相位測距基本公式：可以看出，如果精度頻率f存在f1飄逸，就會(huì)引起精測尺長度不準(zhǔn)確，則須加一個(gè)頻率改正d頻。隨著頻率增大，測尺縮短，測量距離增加，應(yīng)該增加一個(gè)負(fù)的改正值。設(shè)f為漂移值，測得距離d0，則相位測距改正df為：距離測量時(shí)候是否需要進(jìn)行改正，可視乘常數(shù)的大小，距離的遠(yuǎn)近來確定。4.1.2 大氣改正在設(shè)計(jì)儀器精測尺長度時(shí)常取標(biāo)準(zhǔn)或平均條件下的折射系數(shù)n0，而實(shí)際的大氣折射率為n，二者相差n=n-n0由此引起的距離改正d氣為：氣象參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)差別相差比較大時(shí)需要改正。4.1.3 波道彎曲改正由于波道彎曲引起的弧長化為弦長的改正公式中的k是地球曲率半徑r與波道曲率半徑p之比。d0

11、距離初步值。4.1.4 傾斜改正和投影改正s和d在理想狀態(tài)下應(yīng)該相等如圖2，但由于地球?yàn)榍蝮w大地表面為曲面，測得的斜距不可能嚴(yán)格與對應(yīng)的地表距離重合。經(jīng)歷以上各項(xiàng)改正后，得到倆點(diǎn)間的傾斜距離。因?yàn)榈厍驗(yàn)榍蝮w是，測得的距離為傾斜距離，需要將傾斜距投影到參考橢球面上。圖2中a為測距儀中心，其高程為h1，超出參考橢球面的高度為h1，b為反射鏡中心，其高程和超出參考橢球面的高度分別為h2和h2。未經(jīng)投影的傾斜距離為d，投影到參考橢球面上的長度為s。則為：其中hm=1/2（h1+h2）在半徑為10km的范圍內(nèi)，即在面積約為300km2的范圍內(nèi)，以水平面代替水準(zhǔn)面所產(chǎn)生的距離誤差可以忽略。固當(dāng)所測距離較小

12、時(shí)不需要進(jìn)行傾斜改正和投影改正4-5。實(shí)驗(yàn)：當(dāng)已知點(diǎn)數(shù)為3的時(shí)候，由于沒有多余觀測，只能求解出點(diǎn)的坐標(biāo)，不能進(jìn)行最小二乘平差。測得距離為ap 418.9150m，bp 553.2334m，cp 558.5416m。將已知點(diǎn)和改正后的距離帶入（1）式得出代求點(diǎn)坐標(biāo)。將解算的待定點(diǎn)p的坐標(biāo)與實(shí)驗(yàn)給出的p點(diǎn)坐標(biāo)相比對得出：x=16.9mm，y=10.7mm，z=15mm均在cm級。5  結(jié)語在信號弱或接收不到信號的地區(qū)，如房屋密集區(qū)、森林測區(qū)等，本文中稱其為特殊區(qū)域。在隨著科技的進(jìn)步和人工成本的提高，在工程中采用最經(jīng)濟(jì)高效的測區(qū)規(guī)劃是工程師們需要考慮的問題。以往在高效儀器如rtk等測量不到

13、的區(qū)域，換用全站儀進(jìn)行后續(xù)的測繪工作。在森林等具有多遮擋物的地區(qū)，全站儀等儀器需要考慮架設(shè)儀器和通視的問題，在大面積測區(qū)中花費(fèi)的時(shí)間和人工成本會(huì)不斷提高，而儀器為固定成本。目前微波技術(shù)成熟，可攜帶可裝卸安裝，為此其方便攜帶。但是也有一定的弊端，當(dāng)架設(shè)的基站與未知點(diǎn)出現(xiàn)在危險(xiǎn)圓上或是附近的時(shí)候，會(huì)有無窮多個(gè)解。可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判別和公式判別，確定測點(diǎn)是否在危險(xiǎn)圓上。若可架設(shè)多臺(tái)gps接收機(jī)在不良信號區(qū)域外，則可以得到多余觀測值，對待測點(diǎn)進(jìn)行最小二乘平差，得到更精確的值。經(jīng)過誤差分析后，測量精度能夠達(dá)到測量要求。在工程中，運(yùn)用rtk施測完成特殊區(qū)域外部，在信號良好處架設(shè)3臺(tái)或以上的接收機(jī)和微波測距儀器，進(jìn)行特殊區(qū)域的施工，這為施工規(guī)劃提供了多一種選擇。參考文獻(xiàn)1 岳建平，馬保衛(wèi).空間距離交會(huì)原理及應(yīng)用j.測繪通報(bào)，2006（11）：38-51.2 陳偉民，李存龍.基于微波雷達(dá)的位移/距離測量技術(shù)j.電子測量與儀器學(xué)報(bào)，2015（29）：1251-1265.3 孔祥元，郭技明.控制測量學(xué)m.4版.沈陽：遼寧大學(xué)出版社，2015.4 鄭加柱.面向森林作業(yè)系統(tǒng)