[发明专利]一种GNSS接收机与地震仪的一体化系统

说明书

技术领域

本发明属于地震测量技术领域，特别涉及一种GNSS接收机与地震仪的一体化系统。

背景技术

近年来近几年来全球地壳运动活跃、地震频发，对人类的财产和安全造成了极大的损失，比如：四川汶川8.0级地震（2008）、智力康塞普西翁8.8级地震（2010），日本东海域9级地震（2011），印尼苏门答腊岛北端亚齐省7.6级地震（2012）等。同时许多新建的大型建筑结构（如跨海大桥、摩天大楼、大坝等）也迫切需要有效的形变监测手段来监控其健康状况并对异常状况提供预警。地震、滑坡、变形等监测和预警已成为亟待解决的技术问题。其技术难点包括：测量的实时性，精密静态测量和动态测量的兼顾等。

全球卫星导航技术（GNSS）具有布设方便、成本低、精度稳定等优点。尤其是随着GNSS精密定位技术（包括RTK和PPP等）的成熟，GNSS得以逐渐应用于上述形变监测领域。但是，GNSS接收机存在测量噪声大、动态精度下降、易受干扰和实时性差等局限，因此一旦所监测的结构出现剧烈形变或破坏时（实际应用中往往是最关键的时候），GNSS就无法胜任了。目前GNSS接收机最高采样率是50Hz（天宝R9接收机），但是高采样率并不是意味着相应观测值高的频率范围,其动态特性最终被带宽的信号跟踪环所限制，因此单纯的GNSS技术在地震中的应用尚有不足。

地震仪采用加速度计测量的加速度（及重力，合称比力）经过投影和积分等运算得到速度、位移等运动信息。地震仪具有动态特性好、采样率高、自主测量、稳定可靠等优点，在地震、滑坡等场合获得了广泛应用。其缺点包括：1）在解算过程中由于积分环节的作用，低频噪声被放大，致使动态变化中的低频成分测量精度无法保证；2）当强震发生时，地震仪可能产生振幅饱和现象；3）地震仪因倾斜或翻转产生的基线偏移，会增大积分后的速度、位移误差。

对比上述卫星定位和地震仪的特性可知，两者具有天然的互补性，因此两者的组合成为一种完美的解决方案。GNSS和地震仪数据组合能够兼顾静态和动态精度、性能稳定可靠、不易受干扰，是近两年地震测量的研究热点。因此，GNSS接收机与地震仪进行一体化设计，实现两类信息最大程度的融合，在避免两者各自缺点的同时将它们的优点发挥至最佳，是地震测量设备的一种技术趋势，但目前尚未出现能够应用的技术方案。

发明内容

为了兼顾静态和强震条件下地震测量设备的测量精度，本发明提出了一种GNSS接收机与地震仪的一体化系统。

本发明的技术方案为一种GNSS接收机与地震仪的一体化系统，由一个GNSS接收机、一个地震仪、一个卡尔曼滤波器、一个地震仪误差修正装置、以及一个GNSS接收机动态辅助装置组成，所述GNSS接收机的输出与地震仪的输出与卡尔曼滤波器输入相连；卡尔曼滤波器的三路输出中，一路输出为一体化系统的输出，另两路输出分别与地震仪误差修正装置、GNSS接收机动态辅助装置相连；地震仪误差修正装置的输出与地震仪的控制输入相连，GNSS接收机动态辅助装置的输出与GNSS接收机的控制输入相连。

而且，地震仪包括一个三轴加速度计和加速度信息处理部分；地震仪误差修正装置包括传感器误差修正单元和状态误差修正单元；GNSS接收机包括射频前端部分、基带信号处理部分和导航解算部分；GNSS接收机动态辅助装置包括多普勒辅助信息计算单元和环路辅助控制单元。

而且，地震仪的加速度计的输出与加速度信息处理部分的输入相连，地震仪的加速度信息处理部分的输出与卡尔曼滤波器的输入相连；卡尔曼滤波器的一路输出分别与地震仪误差修正装置的传感器误差修正单元的输入和状态误差修正单元的输入相连；地震仪误差修正装置的传感器误差修正单元的输出与地震仪的加速度计的控制输入相连，地震仪误差修正装置的状态误差修正单元的输出与地震仪的加速度信息处理部分的控制输入相连；

GNSS接收机的射频前端部分、基带信号处理部分和导航解算部分依次相连；卡尔曼滤波器的一路输出与GNSS接收机动态辅助装置的多普勒辅助信息计算单元的输入相连；GNSS接收机动态辅助装置的多普勒辅助信息计算单元的输出与环路辅助控制单元的输入相连；GNSS接收机动态辅助装置的环路辅助控制单元的输出与GNSS接收机的基带信号处理部分的控制输入相连。

而且，卡尔曼滤波器为基于GNSS接收机导航结果的松组合卡尔曼滤波器或基于GNSS接收机观测结果的紧组合卡尔曼滤波器。

而且，卡尔曼滤波器为基于GNSS接收机导航结果的松组合卡尔曼滤波器时，GNSS接收机的导航解算部分的输出和地震仪的加速度信息处理部分的输出均与松组合卡尔曼滤波器相连。