一种GNSS-R形变监测方法与流程

本发明涉及形变监测，尤其涉及一种gnss-r形变监测方法。

背景技术：

1、随着现代技术的不断发展，gnss(全球导航卫星系统)在地质灾害监测和形变监测中扮演着越来越重要的角色。gnss形变监测原理是通过收集和分析卫星信号来测量地表的形变变化，为地质灾害的预测和防治提供重要依据。大坝作为水力发电的关键设施，其安全性和稳定性就显得尤为重要，为了确保大坝的安全运行，大坝形变监测技术应运而生。大坝形变监测可以为大坝的维护管理和运营提供数据支持，通过对大坝形变情况的监测和分析，可以制定合理的维护计划，延长大坝的使用寿命，充分发挥其水力发电功能。现有的大坝形变监测技术存在的问题如下：

2、(一)现有的通过gnss-r(反演海洋、地表、植被等物理参数的遥感手段)对小型水坝坝体进行监测时，由于小型水坝面积较小，在监测区域内会存在非坝体物体如土壤和植被等，这些物体易发生位移且其反射面不规律，会造成gnss-r对坝体的监测精度产生影响。

3、(二)现有水坝形变监测过程中，由于全国小型水坝数量众多且分布区域往往是偏远地区，通过对每个水库都先进行实地勘测，再进行区域划分，其成本过高，难以实现。

技术实现思路

1、针对上述现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种gnss-r形变监测方法，以解决现有技术中的一个或多个问题。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

3、一种gnss-r形变监测方法，包括步骤如下：

4、接收机接收gnss信号数据；

5、根据接收到的信号数据构建基础数据集；

6、通过数据集进行计算，排除非监测区域的干扰；

7、排除干扰后，对监测区域内的大坝进行形变监测。

8、进一步的，所述接收机接收gnss信号数据包括步骤如下：

9、以接收机的直射天线作为基准站、反射天线作为测量站；

10、通过测量站的gnss接收机接收gnss信号，并进行解算；

11、根据解算数据计算反演伪距，得出伪距误差。

12、进一步的，所述通过测量站的gnss接收机接收gnss信号中直达北斗导航信号为：

13、

14、坝体反射的北斗导航信号为：

15、

16、其中，τ表示延迟信号，τ＝s/c，s表示反射信号多走的距离，c表示光速，j表示卫星号，s表示卫星信号，t表示时间，f表示信号频率，a表示系数，c表示对流层改正，d表示电离层改正。

17、反射信号多走的距离s公式为：

18、

19、其中，表示反射信号与直射信号的相位差。

20、进一步的，已知接收机位置数据为(xt，yt，zt)，所述反演伪距的计算公式如下：

21、

22、其中，(xs，ys，zs)表示卫星位置，为接收机解算的钟差，为卫星钟差的修正值，i为通过klobuchar模型获得的电离层延迟，t表示通过saastamoinen模型获得的对流层延迟。

23、进一步的，所述伪距误差的计算公式为：

24、

25、其中，ρ表示实际接收得到的伪距，ρt表示反演得到的模拟伪距，和分别表示接收机钟差和卫星钟差的残差，δi和δt分别表示未被klobuchar模型获得的电离层延迟和未被saastamoinen模型获得的对流层延迟抵消的部分，ε表示噪声。

26、进一步的，所述通过数据集进行计算，排除非监测区域的干扰包括步骤如下：

27、对于距离坝体较远的干扰，通过第一菲涅尔区范围排除；

28、对于距离坝体较近的干扰，通过延迟多普勒排除。

29、进一步的，所述第一菲涅尔区公式如下：

30、

31、其中，r表示天线到反射点的距离，λ表示信号波长，h'表示反射天线距离地面高度，γ表示卫星仰角，θ表示坝体倾斜角度，α为等效信号入射角，d表示反射天线距离坝体底边的距离，a、b分别表示覆盖椭圆的短半轴和长半轴。

32、进一步的，所述对于距离坝体较近的干扰，通过延迟多普勒排除包括步骤如下：

33、计算反射信号点坐标系到延迟多普勒域的关系；

34、通过计算关系建立映射关系模型；

35、通过特征对比，识别坝体边缘；

36、训练映射关系模型，得到区域划分模型。

37、进一步的，所述计算反射信号点坐标系到延迟多普勒域的关系公式如下：

38、

39、

40、其中，(x,y)是反射点坐标系的坐标，(τxy，fd,xy)是反射点对应的延迟增量和多普勒频移，γ为gnss卫星仰角，h为接收天线到反射面的高度，为gnss卫星速度；

41、所述映射关系模型具体如下：

42、

43、进一步的，所述对监测区域内的大坝进行形变监测包括确定反射点形变量x，公式如下：

44、

45、其中，γ表示卫星仰角，θ表示坝体倾斜角度；α为等效信号入射角。

46、与现有技术相比，本发明的有益技术效果如下

47、(一)本发明通过接收机接收gnss信号数据，根据接收到的信号数据构建基础数据集，通过数据集进行计算，排除非监测区域的干扰，最后在排除干扰后，对监测区域内的大坝进行形变监测，提高监测区域的准确性及监测精度。

48、(二)进一步的，本发明在基于gnss-r能够探测反射点物质信息的原理下，通过延迟多普勒的方法分析反射点及周围的物质信息，增强对坝体和非坝体的区分度，提高gnss-r区域划分精度和监测精度。

49、(三)进一步的，通过延迟多普勒的方法处理gnss-r反射数据，得到镜反射点，根据镜反射点建立散射参考系到延迟多普勒域的映射关系，通过和坝体部分的延迟多普勒特征对比，找到与坝体部分的延迟多普勒特征不同的目标，进而识别出坝体边缘，通过用多次延迟多普勒gnss-r坝体识别的结果训练模型，得到区域划分模型，提高识别的精度。

50、(四)进一步的，本发明在区域划分模型训练完成后，就可以只通过第一菲涅尔区判断反射点是否超出监测区域，在不影响监测准确性的情况下减少计算量，提高监测效率。

技术特征：

1.一种gnss-r形变监测方法，其特征在于，包括步骤如下：

2.如权利要求1所述的一种gnss-r形变监测方法，其特征在于：所述接收机接收gnss信号数据包括步骤如下：

3.如权利要求2所述的一种gnss-r形变监测方法，其特征在于：所述通过测量站的gnss接收机接收gnss信号中直达北斗导航信号为：

4.如权利要求2所述的一种gnss-r形变监测方法，其特征在于：已知接收机位置数据为(xt，yt，zt)，所述反演伪距的计算公式如下：

5.如权利要求2所述的一种gnss-r形变监测方法，其特征在于：所述伪距误差的计算公式为：

6.如权利要求1所述的一种gnss-r形变监测方法，其特征在于：所述通过数据集进行计算，排除非监测区域的干扰包括步骤如下：

7.如权利要求6所述的一种gnss-r形变监测方法，其特征在于：所述第一菲涅尔区公式如下：

8.如权利要求6所述的一种gnss-r形变监测方法，其特征在于：所述对于距离坝体较近的干扰，通过延迟多普勒排除包括步骤如下：

9.如权利要求8所述的一种gnss-r形变监测方法，其特征在于：所述计算反射信号点坐标系到延迟多普勒域的关系公式如下：

10.如权利要求1所述的一种gnss-r形变监测方法，其特征在于：所述对监测区域内的大坝进行形变监测包括确定反射点形变量x，公式如下：

技术总结
本发明涉及一种GNSS‑R形变监测方法，包括步骤如下：接收机接收GNSS信号数据；根据接收到的信号数据构建基础数据集；通过数据集进行计算，排除非监测区域的干扰；排除干扰后，对监测区域内的大坝进行形变监测。进一步的，所述接收机接收GNSS信号数据包括步骤如下：以接收机的直射天线作为基准站、反射天线作为测量站；通过测量站的GNSS接收机接收GNSS信号，并进行解算；根据解算数据计算反演伪距，得出伪距误差。本发明在基于GNSS‑R能够探测反射点物质信息的原理下，通过延迟多普勒的方法分析反射点及周围的物质信息，增强对坝体和非坝体的区分度，提高GNSS‑R区域划分精度和监测精度。

技术研发人员：赵一沣,王敏,葛学如,凌凯峰,王烁
受保护的技术使用者：无锡卡尔曼导航技术有限公司南京技术中心
技术研发日：
技术公布日：2024/2/25