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通信铁塔电磁辐射环境下的GNSS基准站影响探究

2020-12-21 231 上传者：管理员

摘要：GNSS基准站建设与运维越来越不可避免地面临附近出现通信铁塔，本文就通信铁塔是否影响GNSS基准站数据质量与定位精度问题开展了初步的实验。通过距离通信铁塔架设不同远近的基准站进行实验，取得了一定的结论，GNSS基准站数据质量以及利用通信铁塔电磁环境中的GNSS基准站数据源进行网络RTK定位精度，均与有无通信铁塔无关。

关键词：
CORS
GNSS基准站
电磁干扰
通信网络
通信铁塔
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引言

GNSS连续运行基准站(CORS)作为重要的测绘基础设施、重要的高精度导航定位辅助系统已经在社会的各方面发挥不可替代的作用。通信铁塔作为信息传递的重要设施遍布全国，基本达到了“凡有人烟处，皆有通信塔”的目标，如黑龙江省境内的通信铁塔已经达到33208座，基本实现村村通光纤、村村通4G网络，而这两者之间必然在地理空间分布上重叠或邻近，尤其5G通信网络的出现，要达到与4G网络相同的覆盖效果，其通信铁塔数量将要达到4G的1.5—2倍[1,2]，也就是几百米就有一个通信铁塔。但按照《全球导航卫星系统连续运行基准站网技术规范》(GB/T28588-2012)要求，GNSS基准站“距微波站和微波通道、无线电发射台、高压线穿越地带等电磁干扰距离应大于200米”，显然该国家标准不允许GNSS基准站附近存在通信铁塔，但标准中未明确说明各电磁干扰源的针对性指标，同时近5年GNSS技术的蓬勃发展，软硬件抗电磁干扰能力均有极大提高，在规范中仅简单地给定大于200m范围已经不能很好地指导工程实践，尤其是经济发展等因素导致通信铁塔已经不可避免地出现在GNSS基准站附近。另外，有相关学者已经开展了针对GNSS信号的相关电磁干扰研究，如刘兴发、聂兆生等均对高压电线路电磁影响GPS信号情况进行了分析[3,4]，结论均指出高压输电线对GPS接收信号解算的坐标精度无显著影响，但在通信铁塔对于GNSS数据的影响方面未见相关研究成果。

为初步了解通信铁塔对于GNSS基准站在数据质量和网络RTK定位精度两方面的影响，开展本次研究分析，为黑龙江省卫星定位连续运行综合服务系统(HLJCORS)的运行维护以及全国各省北斗基准站建设提供技术参考。

1、实验介绍

CORS系统通常包括基准站、数据中心和终端RTK等三部分，从实际应用角度出发，本实验选择基准站的数据质量和终端RTK的定位精度作为主要分析指标，如图1所示，把GNSS基准站放置在通信铁塔电磁环境中，而终端RTK无任何电磁干扰。

图1数据流链路

实验基本思路是:首先，在通信铁塔附近架设不同距离的GNSS基准站，如图2所示，把电磁环境下的GNSS基准站数据回传至HLJCORS数据中心;然后，通过无线网络进行单基准站的网络RTK服务，流动站在一个已知固定点上接收差分数据，获得固定解坐标，对比真值作为定位精度;最后，分析基准站记录的24h静态数据质量，综合得到通信铁塔对于GNSS基准站的电磁辐射影响。

图2不同距离的测试

本次实验在哈尔滨市某县郊区选择了1处观测环境好、遮挡少的地面通信铁塔，设计GNSS基准站距铁塔的不同距离，确定20m、30m、40m、60m、100m、200m等6个距离标记点位，如图3所示。为全面真实地获得各GNSS基准站的坐标，在关闭测试处的通信铁塔条件下，采用测地型GNSS接收机观测记录各测试GNSS基准站数据150min，用于解算无电磁干扰环境下的各测试点位CGCS2000下的真实坐标，其中GNSS基准站点名的第3、4位:表示距离，如20m代码20、30m代码30、40m代码40、60m代码60、100m代码1B、200m代码2B。

图3GNSS基准站测试点位

外业测试时间为2019年8月20—22日，基准站采用的主要设备是天宝NetR9接收机和天宝GNSS-Ti扼流圈天线。

2、实验结果与分析

2.1电磁环境下的基准站数据质量

根据记录的通信铁塔电磁环境下各基准站24h观测数据，进行数据质量检核，主要指标包括数据有效率、多路径影响MP1、MP2。检核的软件采用TEQC2019Feb25版本，卫星系统采用GPS，数据截止高度角15°，结果见表1。

表1各基准站数据质量

从表1可以看出，各基准站的GNSS观测数据有效率均在95%以上，多路径影响也在0.3m左右，与HLJCORS数据质量相当[5]，说明在通信铁塔电磁环境下架设的各基准站数据质量满足作为省级基准站的要求，并且在距离通信铁塔的远近上也未呈现出明显变化，均达到了国标所要求的GNSS基准站数据质量有效率大于85%、多路径影响小于0.5m的指标。

2.2网络RTK定位精度

利用架设的6个在电磁环境下的GNSS基准站提供的网络RTK差分数据源，在已知固定点上进行测量作业。每个基准站数据源进行3次网络RTK测量初始化，每次初始化采集1800个历元的数据，与真值做差后的坐标序列结果如图4所示，从图中可以看出平面的x、y方向坐标波动较小，在高程方向有明显的波动，但也在合理的误差范围内，同时也说明网络RTK单历元的高程坐标存在一定的跳跃性，需要按照相应的作业规范实施作业，如测绘作业标准《全球定位系统实时动态测量(RTK)技术规范》，该规范中明确要求应采用不少于3次测量的高程中数作为高程控制测量最终结果，保证结果的真实性和可靠性。

图4与真值做差后的历元坐标序列图

把各基准站作为数据源，获得的单历元坐标取平均值与真值对比作为精度检核，坐标分量差值见表2，从表中可以看出，平面和高程方向与真值的较差均较小，达到了网络RTK定位技术所能达到的理论平面精度3cm以内、高程5cm以内的要求。同时也可以推论出，各RTK定位结果与基准站距离通信铁塔的远近无明显联系，也就初步说明了利用通信铁塔电磁环境中的基准站作为网络RTK的数据源，并不影响定位结果。

表2不同基准站数据源的RTK精度

3、结束语

电磁辐射遍布空间并主要反映在频率上，移动通信4G的频率主要在2.5—2.6GHz,GPS等导航卫星频率通常在1.2—1.6GHz，这种严格划分避免了电磁互干扰。同时GNSS基准站的建设和运营已经避不开通信铁塔的覆盖范围，根据本文的实验分析，可以初步得到如下结论:

1)目前，HLJCORS采用的天宝NetR9基准站接收机、天宝GNSS-Ti扼流圈天线能够有效抑制通信铁塔的电磁辐射。

2)GNSS基准站数据质量与附近有无通信铁塔的电磁辐射无关。

3)利用通信铁塔电磁环境中的GNSS基准站数据源进行网络RTK定位对定位精度无影响。

而针对规范中的“距微波站和微波通道、无线电发射台、高压线穿越地带等电磁干扰距离应大于200米”要求，建议进一步明确排除的特定场景，如“不含通信铁塔”，便于在实际操作中更具针对性的参照执行，同时也建议更多的学者参与到电磁辐射对于GNSS影响的研究中，促进技术进步与指导工程实践。

参考文献：

[1]李新.基站设备功耗对5G网络建设的影响及应对[J].通信世界,2019(21):38-39.

[2]王浩宇,李新,彭雄根,等.从中国电信5G阶段性测试谈5G建网与部署探究[J].通信世界,2018(8):33-34.

[3]聂兆生,管啸.高压线路对GPS接收机性能及观测数据质量影响的测试与分析[J].大地测量与地球动力学,2015,35(5):775-779.

[4]刘兴发,尹晖,邬雄,等.高压输电线路无线电干扰和电磁散射对GPS卫星信号影响测试及分析[J].高电压技术,2011,37(12):2937-2944.