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GPS 和伪卫星组合在变形监测中的应用

简单地讲， 伪卫星就是设置在地面上的 GPS 卫星。 伪卫星能够发射类似于 GPS 的信号，
它与 GPS 的组合定位增加了观测量，且其具有较低的高度角。因而能够显著增强卫星定位 的几何图形结构，附加的观测量还有利于增强 GPS 模糊度的解算，提高精度，进而提升整 个系统的可用性、稳定性和可靠性。甚至在某些无法接收到 GPS 卫星信号的场合下能完全
替代 GPS 卫星，实现特殊应用。
一一对于 GPS 全球卫星定位系统，其定位精度、可用性和可靠性都依赖于所观测到的
卫星数目和卫星星座的几何图形结构。在观测条件不理想的情况下，所能观测到的卫星数目
和卫星的几何图形结构通常都不理想，也难以满足精密定位的需要。在某些极端条件下，如
在室内或地下、隧洞中，则完全接收不到卫星信号，GPS 也就无法工作。另一方面，虽然
GPS 测量在水平方向上能达到较高的精度，但在垂直方向上定位精度较差，其误差通常为
水平定位误差的 2～3 倍，难以满足一些精密应用的要求。

一一采用伪卫星定位技术弥补了 GPS 观测中低高度角卫星不足的问题，其优势体现在
两方面：1、增加了可用星的数目，即附加增加了有效观测量，从而有利于定位求解；2、
伪卫星一个显著的特点就是其高度角很低，且信号毋需通过电离层。将这种低高度角伪卫星
与 GPS 组合定位能够有效地改善几何图形结构，提高定位精度。

GPS 和伪卫星组合定位的优势：

• 拓展了定位区域与时段

• 提高了定位求解速度和精度

• 增强了定位系统的可靠性

二、应用介绍

较差的星座几何分布将导致不良的几何精度因子，尤其对垂直几何因子的影响更大。但
这种因不利地形遮蔽卫星信号而使得卫星几何分布变差的情况在水利水电工程中恰恰是普
遍存在的。在这些区域，GPS 监测的稳定性、可靠性就会大大降低。要提高监测效果，一
个有效的手段就是加入伪卫星进行组合定位。
一一东江大坝位于湘江支流耒水上游资兴市境内，由大东江电站及小东江电站组成。大 东江水电站是一座以发电为主，兼有防洪、航运等综合效益的水电工程。拦河坝为混凝土双
曲拱坝，坝顶高程 294m，最大坝高 157m，坝址区位于东江峡谷的上段，两岸山高大于
500m。小东江水电站上距大东江水电 9km，下傍资兴市东江镇，以发电为主，兼有城市
及工业供水等综合利用效益，并对大东江水电站下泄流量进行反调节。

电站为河床式水站，枢纽主体建筑物由泄洪闸、河床式厂房、两岸非溢流坝组成，其顶
高程 152m，坝顶全长 188m。小东江水电站工程、水文地质条件较复杂，经处理后运行

效果尚好，但对基础渗流和坝肩山体位移应引起高度重视。正是由于东江大坝是一项具有特
殊意义和独特特点的大型水电工程，监测它的安全至关重要。

一一东江大坝安全监测除大、小东江坝面监测点外，还包括两岸山体滑坡监测点。控制
面积大，控制点多。大坝安全监测网由大东江坝面监测点、小东江坝面监测点、两岸山体滑
坡监测点和两个基准点构成。初步设计中大东江坝面布设监测点 12 个、小东江坝面布设监
测点 6 个、两岸布设山体滑坡监测点各 12 个、在远离坝区的稳定地带设基准点 2 个。这
42 个监测点和 2 个基准点均采用强制对中观测墩，构成东江大坝安全监测网。

一一小东江坝区山峦叠嶂、四周山体陡峭，整个坝体位于"Ｖ"型峡谷之间，监测面积大，
控制点多且地形条件差。2002 年 1 月对小东江大坝进行的 GPS 实地监测数据表明，有部
分测点的定位效果很不理想，尤其是其中一个监测点解算误差极大。究其原因，该监测点贴
近山体，整个东南方向完全被峭壁遮挡，导致了不良的 DOP 值，并最终影响到定位解算的
效果。如图 所示，图中阴影区即为 GPS 盲区，该监测点上从方位角 60°到 210°范围之间
的 GPS 信号完全被山体遮挡。

GPS 和伪卫星组合解算结果

GPS 和伪卫星组合定位示意图