多路径效应在GPS结构健康监测中的研究进展

　　近年来,高层、高耸、海洋平台及大跨空间等重大土木水利工程已成为国内外发展最快的建筑结构类型。但由于重大土木水利工程的重要性和结构形式的特殊性,在面临自然灾害时这些结构的防灾保护尚存在许多薄弱的环节。在强烈地震和强风作用下,重大土木水利工程和设施的破坏所造成的经济损失和对社会的冲击是巨大的。例如, 2004年5月刚建成不久的法国巴黎戴高乐机场2E候机厅突然发生屋顶坍塌事故,造成包括两名中国公民在内的6人不幸遇难,多名旅客和机场人员受伤; 2007年8月,明尼苏达州明尼阿波利斯市的一座桥梁在交通高峰期间发生坍塌,致使多辆汽车跌落河中,造成多人伤亡。这些结构的突然失效或坍塌造成了极坏的社会影响,已引起各国政府及科研机构的重视。对重大工程的结构性能进行实时的监测和诊断,及时发现结构的损伤,并评估其安全性,预测结构的性能变化和剩余寿命并做出维护决定,对提高工程结构的运营效率,保障人民生命财产安全具有极其重大的意义,已经成为现代工程越来越迫切的要求,也是土木工程学科发展的一个重要领域[1, 2]。结构的健康监测(StructuralHealthMonitoring,简称SHM)是指利用现场的无损传感技术,通过包括结构响应在内的结构系统特性分析,达到检测结构损伤或退化的目的[3]。近几年来,随着整周模糊度在航解算问题的解决以及实时动态定位技术的诞生, GPS在大型土木工程结构监测领域得到了快速应用。与传统的监测方法相比,RTK技术具有一些显著的优势: (1)各监测站间无需通视,是相互独立的观测值; (2)全天候作业; (3)定位精度高; (4)观测时间短; (5)能同时测定点的动静态三维坐标; (6)自动化程度高。但多路径效应一直是困扰高精度GPS定位的一个主要原因,本文分析了多路径产生的原因、消除策略以及国内外研究现状,并对多路径效应需要进一步研究的问题进行了展望。

　　1　基于GPS技术的结构健康监测

　　1·1　GPS结构健康监测原理

　　用于结构健康监测的GPS实时动态定位技术(Re-al-timeKinematic,简称RTK)是一种基于载波相位双差模型的定位方法。在RTK作业模式下,基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站,流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据,自身还要采集GPS观测数据,并在系统内组成差分观测值进行实时处理,因为两测站是同步观测相同的卫星,所以卫星的轨道误差、卫星钟差、接收机钟差以及电离层和对流层的折射误差等具有一定的相关性,通过差分可以有效的消除这些误差。在整周未知数解固定后,即可进行每个历元的实时处理,只要能保持四颗以上卫星相位观测值的跟踪和必要的几何图形,流动站就能实时地给出厘米级定位结果。