專利名稱:利用gps信號(hào)同時(shí)確定三維幾何位置和重力位的方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種同時(shí)確定三維幾何位置和重力位的方法及其裝置,尤其是涉及一 種利用GPS信號(hào)同時(shí)確定三維幾何位置和重力位的方法及其裝置。
背景技術(shù):
利用GPS信號(hào)確定三維幾何位置已是非常成熟的技術(shù)。為了確定重力位或海拔 高,按傳統(tǒng)方法,需要繁重的水準(zhǔn)測量以及重力測量,或者需要事先確定大地水準(zhǔn)面再利用 GPS定位方法確定海拔高,這不僅需要大量的人力、財(cái)力,而且在山區(qū)會(huì)受到很大限制。由于 GPS信號(hào)包含三維幾何位置信息,從而可以確定三維幾何位置,這是目前非常成熟的方法。 又由于GPS信號(hào)包含電磁波信號(hào)(簡稱信號(hào))頻移信息,因而也可利用GPS信號(hào)確定重力 位(包括海拔高程)。這是本發(fā)明方法的基礎(chǔ)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的需要繁重的水準(zhǔn)測量以及重力測量,或者需 要事先確定大地水準(zhǔn)面再利用GPS定位方法確定海拔高,這不僅需要大量的人力、財(cái)力,而 且在山區(qū)會(huì)受到很大限制等的技術(shù)問題;提供了一種不需要繁重的水準(zhǔn)測量以及重力測 量,也不需要事先確定大地水準(zhǔn)面再利用GPS定位方法確定海拔高,從而節(jié)省了大量的人 力、財(cái)力,而且在也不受山區(qū)及跨海洋測量限制的利用GPS信號(hào)同時(shí)確定三維幾何位置和 重力位的方法及其裝置。本發(fā)明的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的一種利用GPS信號(hào)同時(shí)確定三維幾何位置和重力位的方法,其特征在于,包括以 下步驟步驟1,利用GPS接收機(jī)采集觀測至少4顆衛(wèi)星的、持續(xù)至少20分鐘的相位以及信 號(hào)頻移觀測值,觀測值的采樣率為1秒,每個(gè)觀測值對(duì)應(yīng)有觀測時(shí)刻;步驟2,由三維幾何位置確定模塊利用步驟1中的相位觀測值以及精密星歷確定 地面測站三維幾何位置;步驟3,由衛(wèi)星引力位確定模塊利用EGM2008重力場模型以及精密星歷確定GPS衛(wèi) 星在對(duì)應(yīng)于觀測值時(shí)刻的引力位;步驟4,由測站重力位確定模塊將步驟2中確定的三維幾何位置以及步驟3中衛(wèi)星 處引力位信息引入GPS信號(hào)相位-頻移觀測方程之中,將測站的重力位以及時(shí)鐘誤差作為 待定參數(shù)引入GPS信號(hào)相位-頻移觀測方程之中,同時(shí)加進(jìn)一階多普勒頻移、電離層頻移、 對(duì)流層頻移等模型改正,建立GPS信號(hào)相位-頻移觀測方程,并基于最小二乘原理獲取測站 的重力位;步驟5,由海拔高程確定模塊基于求解的測站重力位,以大地水準(zhǔn)面上的重力位為 基準(zhǔn),利用Brims公式確定測站的海拔高程;
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步驟6,由信息輸出模塊輸出三維幾何位置和絕對(duì)重力位及海拔高程。在上述的利用GPS信號(hào)同時(shí)確定三維幾何位置和重力位的方法,所述的步驟4中,GPS信號(hào)的相位-頻移觀測方程
權(quán)利要求
1.一種利用GPS信號(hào)同時(shí)確定三維幾何位置和重力位的方法,其特征在于,包括以下 步驟步驟1,利用GPS接收機(jī)采集觀測至少4顆衛(wèi)星的、持續(xù)至少20分鐘的相位以及信號(hào)頻 移觀測值,觀測值的采樣率為1秒,每個(gè)觀測值對(duì)應(yīng)有觀測時(shí)刻;步驟2,由三維幾何位置確定模塊利用步驟1中的相位觀測值以及精密星歷確定地面 測站三維幾何位置;步驟3,由衛(wèi)星引力位確定模塊利用EGM2008重力場模型以及精密星歷確定GPS衛(wèi)星在 對(duì)應(yīng)于觀測值時(shí)刻的引力位;步驟4,由測站重力位確定模塊將步驟2中確定的三維幾何位置以及步驟3中衛(wèi)星處引 力位信息引入GPS信號(hào)相位-頻移觀測方程之中,將測站的重力位以及時(shí)鐘誤差作為待定 參數(shù)引入GPS信號(hào)相位-頻移觀測方程之中,同時(shí)加進(jìn)一階多普勒頻移、電離層頻移、對(duì)流 層頻移等模型改正,建立GPS信號(hào)相位-頻移觀測方程,并基于最小二乘原理獲取測站的重 力位;步驟5,由海拔高程確定模塊基于求解的測站重力位,以大地水準(zhǔn)面上的重力位為基 準(zhǔn),利用Brims公式確定測站的海拔高程;步驟6,由信息輸出模塊輸出三維幾何位置和絕對(duì)重力位及海拔高程。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用GPS信號(hào)同時(shí)確定三維幾何位置和重力位的方法,其特 征在于,所述的步驟4中,GPS信號(hào)的相位-頻移觀測方程
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用GPS信號(hào)同時(shí)確定三維幾何位置和重力位的方法,其特 征在于,所述的步驟4中,Af = Fftl是信號(hào)頻移量,由如下方程確定 Af= Δ f d+ Δ f j+ Δ fj+ Δ fc+ Δ fg其中,Afd、Afi和Aft分別是經(jīng)典多普勒頻移、電離層頻移和對(duì)流層頻移,均由模型 值給出;時(shí)鐘誤差Δ f。是待定參數(shù);Afg是重力頻移,由下式給出
4. 一種利用權(quán)利要求1所述的方法的裝置,其特征在于,包括依次連接的GPS接收機(jī) (1)、三維幾何位置確定模塊O)、衛(wèi)星引力位確定模塊(3)、測站重力位確定模塊、海拔 高程確定模塊(5)以及信息輸出模塊(6)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種同時(shí)確定三維幾何位置和重力位的方法及其裝置,尤其是涉及一種利用GPS信號(hào)同時(shí)確定三維幾何位置和重力位的方法及其裝置。本發(fā)明在已有的GPS定位方法的基礎(chǔ)上,加進(jìn)利用GPS信號(hào)確定重力位(包括海拔高程)的方法,后者是一種新發(fā)明的方法,其技術(shù)方案是建立GPS信號(hào)與重力位之間的觀測方程,利用多次觀測數(shù)據(jù),基于最小二乘原理求解重力位。因此,本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)不需要繁重的水準(zhǔn)測量以及重力測量,也不需要事先確定大地水準(zhǔn)面再利用GPS定位方法確定海拔高,從而節(jié)省了大量的人力、財(cái)力,而且在也不受山區(qū)及跨海洋測量限制。
文檔編號(hào)G01S19/42GK102147475SQ201010112150
公開日2011年8月10日 申請(qǐng)日期2010年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月9日
發(fā)明者馮延明, 申文斌 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)