一种基于地基基站和UWB技术结合的桥梁形变定位监测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于地基基站和UWB技术结合的桥梁形变定位监测方法，包括：地基定位基准站，以及包含地基定位基准站信号接收模块、UWB信号发送模块、UWB信号定位模块的形变监测接收机。定位时能够正常接收地基定位基准站信号的第一形变监测接收机，利用地基基站定位技术获取自身的位置信息，并完成与基站间的时钟同步。再将完成定位和时钟同步的形变监测接收机作为UWB定位的基站，为不能够正常接收地基定位基准站信号的形变监测接收机提供UWB定位方法。将UWB信号发送模块集成在接收机中，实现了正常地基定位的形变监测接收机为非正常地基定位的形变监测接收机提供UWB定位，解决了信号遮挡及部分地基基准站的宕机问题。决了信号遮挡及部分地基基准站的宕机问题。决了信号遮挡及部分地基基准站的宕机问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于地基基站和UWB技术结合的桥梁形变定位监测方法


[0001]本专利技术属于桥梁监测
，具体涉及一种基于地基基站和UWB技术结合的桥梁形变定位监测方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着经济的快速发展，交通基础设施的建设使得越来越多的大型桥梁进入了大众的视野，而与之相关的桥梁安全也越来越受到大家的重视。桥梁长期健康监测是评估桥梁健康状态、保障桥梁安全、避免事故发生的重要环节。监测桥梁形变可以有效反映桥梁结构的工作状况，为相应的管理部门提供可靠的数据依据。因此，以形变监测提供桥梁的健康状况预警,是一项必须长期进行的工作，意义重大。
[0003]当前，全球主流的GNSS(Global Navigation Satellite System全球导航卫星系统)系统均能够实现全球组网定位，但是GNSS信号从距离地面两万多公里以外的位置传输到地面处，信号的质量较差且十分容易被遮挡，同时GNSS卫星在竖直方向上布局较差，导致垂直定位误差相较于水平定位误差更大。
[0004]现有技术存在以下缺陷：
[0005]GPS定位在实际运行当中，信号从距离地面两万多公里以外的位置传输到地面处，信号的质量较差且十分容易被遮挡，同时GPS卫星在竖直方向上布局较差，导致垂直定位误差相较于水平定位误差更大，导致GPS定位结果与实际存在着较大误差，接收机的信号传递可能会因车辆的遮挡或部分基站宕机导致造成部分GPS接收机定位错误或定位失败，从而无法确定桥梁形变的结果。
[0006]预先构建包括GNSS和UWB的桥梁形变监测系统情况，GNSS的定位精度较差，需要额外建设UWB基站，增加了建设成本以及维护成本。

技术实现思路

[0007]因此，在某些特定区域可以用地基导航定位系统来辅助或者是替代GNSS系统进行定位。由于地基定位基准站能达到毫米级的实时定位精度，目前可用在高精度桥梁形变实时动态监测系统当中。
[0008]UWB(Ultra Wide Band超宽带)技术是一种无线载波通信技术，具有收发时间短、抗多径效果好、系统安全性高、整体功耗低等优点。因此，UWB技术能够应用于室内静止或移动的人和物的快速高精度定位跟踪与导航。
[0009]目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种基于地基基站和UWB技术结合的桥梁形变定位监测方法。定位时能够正常接收地基定位基准站信号的形变监测接收机，首先利用地基定位基准站定位技术获取自身的位置信息，完成与基站间的时钟同步，再作为UWB定位的基站，为不能够正常接收地基定位基准站信号的形变监测接收机提供UWB定位方法。
[0010]技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
[0011]第一方面，提供一种基于地基基站和UWB技术结合的桥梁形变定位监测方法，预先在桥梁两侧构建地基定位基准站，待监测的桥梁上安装多个形变监测接收机，所述形变监测接收机包含地基定位基准站信号接收模块、UWB信号发送模块、UWB信号接收模块，桥梁形变定位监测方法包括：
[0012]步骤a、监测过程中，所述形变监测接收机包括能够接收到地基定位基准站发送信号的第一形变监测接收机和因信号遮挡而无法定位的第二形变监测接收机；
[0013]步骤b、第一形变监测接收机实时获取地基定位基准站发送的基站信号；
[0014]步骤c、基于所述地基定位基准站发送的基站信号，利用伪距与载波相结合的方法，求解出第一形变监测接收机的三维坐标以及与地基定位基准站的时钟差值；
[0015]步骤d、利用步骤c中获得的时钟差值完成第一形变监测接收机与地基定位基准站的时钟同步；
[0016]步骤e、将步骤c中获得的第一形变监测接收机坐标作为形变监测接收机的位置信息，利用形变监测接收机的UWB信号发送模块作为UWB基站播发UWB信号，其中所述UWB信号包含第一形变监测接收机的三维坐标和发送时间；
[0017]步骤f、步骤b中因信号遮挡而无法定位的第二形变监测接收机，接收来自步骤e的UWB信号；
[0018]步骤g、基于所述UWB信号，利用UWB定位方法，求解出因信号遮挡而无法定位的第二形变监测接收机的三维坐标；
[0019]步骤h、重复执行步骤b至骤g，得到所有形变监测接收机实时的三维坐标并进行解算，确定桥梁的形变定位结果。
[0020]在一些实施例中，所述地基定位基准站用于发送基站信号，所述基站信号包括该地基定位基准站的位置信息和伪距信息。
[0021]在一些实施例中，第一形变监测接收机是指定位时能够正常接收所述地基定位基准站发送的基站信号，并能够完成地基定位的若干个形变监测接收机。
[0022]在一些实施例中，第二形变监测接收机是指接收机与地基定位基准站之间有遮挡，或部分地基定位基准站宕机，使得接收机无法正常接收所述地基定位基准站发送的基站信号，而无法完成地基定位的若干个形变监测接收机。
[0023]在一些实施例中，第一形变监测接收机利用伪距与载波相结合的方法对接收的基站信号进行解算得到第一形变监测接收机的定位结果，并根据定位结果完成第一形变监测接收机位置信息及时钟信息的更新，所述第一形变监测接收机的UWB信号发送模块用来发送包含第一形变监测接收机位置信息及时钟信息的UWB信号。
[0024]在一些实施例中，第二形变监测接收机利用自身的UWB信号定位模块接收所述的第一形变监测接收机的UWB信号，并利用UWB定位方法对所述UWB信号进行解算得到第二形变监测接收机的定位结果。
[0025]在一些实施例中，所述伪距与载波相结合的方法包括：载波相位平滑伪距——利用精度更高但存在整周模糊度的载波相位观测值来平滑粗糙的伪距观测值；采用Hatch Filter的形式对观测值进行实时处理。
[0026]在一些实施例中，所述UWB定位方法包括到达时间差定位法TDOA、飞行时间测距法TOF、到达角度定位法AOA。
[0027]第二方面，本专利技术提供了一种基于地基基站和UWB技术结合的桥梁形变定位监测系统，包括地基定位基准站和多个形变监测接收机，所述地基定位基准站设置在桥梁两侧的地基定位基准站，待监测的桥梁上安装的多个形变监测接收机，所述形变监测接收机包含地基定位基准站信号接收模块、UWB信号发送模块、UWB信号接收模块；桥梁形变定位监测方法包括：
[0028]步骤a、监测过程中，所述形变监测接收机包括能够接收到地基定位基准站发送信号的第一形变监测接收机和因信号遮挡而无法定位的第二形变监测接收机；
[0029]步骤b、第一形变监测接收机实时获取地基定位基准站发送的基站信号；
[0030]步骤c、基于所述地基定位基准站发送的基站信号，利用伪距与载波相结合的方法，求解出第一形变监测接收机的三维坐标以及与地基定位基准站的时钟差值；
[0031]步骤d、利用步骤c中获得的时钟差值完成第一形变监测接收机与地基定位基准站的时钟同步；
[0032]步骤e、将步骤c中获得的第一形变监测本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于地基基站和UWB技术结合的桥梁形变定位监测方法，其特征在于，预先在桥梁两侧构建地基定位基准站，待监测的桥梁上安装多个形变监测接收机，所述形变监测接收机包含地基定位基准站信号接收模块、UWB信号发送模块、UWB信号接收模块，桥梁形变定位监测方法包括：步骤a、监测过程中，所述形变监测接收机包括能够接收到地基定位基准站发送信号的第一形变监测接收机和因信号遮挡而无法定位的第二形变监测接收机；步骤b、第一形变监测接收机实时获取地基定位基准站发送的基站信号；步骤c、基于所述地基定位基准站发送的基站信号，利用伪距与载波相结合的方法，求解出第一形变监测接收机的三维坐标以及与地基定位基准站的时钟差值；步骤d、利用步骤c中获得的时钟差值完成第一形变监测接收机与地基定位基准站的时钟同步；步骤e、将步骤c中获得的第一形变监测接收机坐标作为形变监测接收机的位置信息，利用形变监测接收机的UWB信号发送模块作为UWB基站播发UWB信号，其中所述UWB信号包含第一形变监测接收机的三维坐标和发送时间；步骤f、步骤b中因信号遮挡而无法定位的第二形变监测接收机，接收来自步骤e的UWB信号；步骤g、基于所述UWB信号，利用UWB定位方法，求解出因信号遮挡而无法定位的第二形变监测接收机的三维坐标；步骤h、重复执行步骤b至骤g，得到所有形变监测接收机实时的三维坐标并进行解算，确定桥梁的形变定位结果。2.根据权利要求1所述的基于地基基站和UWB技术结合的桥梁形变定位监测方法，其特征在于，所述地基定位基准站用于发送基站信号，所述基站信号包括该地基定位基准站的位置信息和伪距信息。3.根据权利要求1所述的基于地基基站和UWB技术结合的桥梁形变定位监测方法，其特征在于，第一形变监测接收机是指定位时能够正常接收所述地基定位基准站发送的基站信号，并能够完成地基定位的若干个形变监测接收机。4.根据权利要求1所述的基于地基基站和UWB技术结合的桥梁形变定位监测方法，其特征在于，第二形变监测接收机是指接收机与地基定位基准站之间有遮挡，或部分地基定位基准站宕机，使得接收机无法正常接收所述地基定位基准站发送的基站信号，而无法完成地基定位的若干个形变监测接收机。5.根据权利要求1所述的基于地基基站和UWB技术结合的桥梁形变定位监测方法，其特征在于，第一形变监测接收机利用伪距与载波相结合的方法对接收的基站信号进行解算得到第一形变监测接收机的定位结果，并根据定位结果完成第一形变监测接收机位置信息及时钟信息...

【专利技术属性】
技术研发人员：董振江，叶青波，董建阔，亓晋，王依凡，孙雁飞，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：