[发明专利]卫星定位与加速度计紧集成变形测量及预警系统与方法

说明书

技术领域

本发明属于工程变形监测及预警系统与方法，具体涉及一种卫星定位与加速度计紧集成变形测量及预警系统与方法。

背景技术

    全球定位系统（Global Positioning System–GPS）是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统，GPS系统通过接收分布在空中的24颗导航卫星发送的无线信号进行定位，具有全球性，全能性（陆地、海洋、航空和航天）、全天候性等优点，可为用户提供精确的导航定位、定时、测速信息，用户可以在全球范围内实现全天候、连续、实时的三维导航定位和测速。另外，利用该系统，用户还能够进行高精度的时间传递和高精度的精密定位。但GPS工作性能受环境条件、无线电干扰的影响，会对定位精度产生影响，而且GPS的单点定位精度不高，尤其是高程方向，并且GPS接收机的采样频率不够高，在加上多路径等误差的影响，在需要较高精度的变形监测，尤其是实时动态变形监测时有一定的不足,仅靠GPS系统很难获得较高精度定位精度。

加速度计是一种能够监测物体加速度的元件，能够检测常规结构的高频振动，它能够输出与加速度成正比的模拟电压信号，不仅可测量静态加速度，还可以测量动态加速度，不受环境、无线电干扰的影响，它具有低功耗、高频率的特点。但加速度计输出的数据没有时间标记，将其用于变形监测时，通过积分可以得出监测区域的相对变形情况，但随着时间累积，监测点的位置信息的误差随之累积，当建筑物及变形区域偏移速度较慢时，加速度计很难准确的得出结构的整体振动。

发明内容

     本发明的目的是要提供一种卫星定位与加速度计紧集成变形测量及预警系统与方法，解决单点GPS定位、尤其是高程方向定位精度差及加速度计积分得到的变形监测数据随时间延续不断增大的问题。

本发明的技术方案是：该预警系统包括加速度计模块，GPS接收机模块，控制板模块，上位机模块及远程终端模块，其中：加速度计模块的输出端与控制板模块相连，GPS接收机模块的输出端与控制板模块相连，控制板模块的输出端与上位机模块相连，上位机模块的输出信息通过Internet或LAN同步传输到远程终端模块。

所述的加速度计模块包括：加速度计测量单元、转换电路和A/D转换模块，加速度计测量单元、转换电路和A/D转换模块顺序连接，A/D转换模块的输出端与控制板模块连接；

所述的GPS接收机模块包括：双频GPE_OEM板和GPS天线，GPS天线与双频GPE_OEM板连接，双频GPE_OEM板与控制模块连接；

所述的控制板模块包括：电源模块和数据时间同步模块，电源模块和数据时间同步模块连接，所述的数据时间同步模块用于加速度计模块和GPS接收机模块输出的数字信号的时刻配准；

所述的加速度计模块包括加速度计测量单元和数字电路；加速度计模块用于输出测站的加速度信息，加速度计模块的测量单元为三轴正交的加速度计，数字电路包括转换电路和A/D转换模块，所述转换电路用于将加速度计输出的信号传送到A/D转换模块，所述A/D转换模块用于将加速度计的信号转换为数字信息；

所述的GPS接收机模块由双频GPS_OEM板和GPS天线组成，GPS接收机模块用于并输出测站的测量信息、卫星星历数据和卫星健康状态数据；

所述的控制板模块，为GPS_OEM板和加速度计模块供电以及用于加速度计模块和GPS接收机模块输出的数字信号的时间同步；

所述上位机模块，控制系统工作状态并接收控制板模块输出的已同步的GPS和加速度信号，通过卡尔曼滤波计算进行数据融合，并采用累积和算法进行预警，实时显示相关信息并进行传输；

所述远程终端模块，接收上位机传输的数据和警告信息；

具体的方法步骤为：

       A、控制板模块上电后，系统首先进行自检，并开始初始化；

B、系统正常后，加速度计模块中的加速度计测量单元开始感知测站的加速度，并通过转换电路和A/D转换模块转换成数字信息，同时将其传输给控制板模块；

C、与b同时，GPS接收模块开始工作，GPS接收天线接收GPS信号，通过双频GPS_OEM板实时处理，可以得到测站的定位信息及相关星历数据和卫星状态信息，同时将得到的测站位置信息传输给控制板模块；

D、控制板模块同步接收来自加速度计模块的加速度信息和来自GPS模块的位置信息，通过时间同步模块得到同一时间标记的加速度信息和位置信息，并传输给上位机模块；