[發明專利]利用GPS信號同時確定三維幾何位置和重力位的方法及其裝置

無效

• 申請號: 201010112150.3
• 申請日: 2010-02-09
• 公開（公告）號: CN102147475A
• 公開（公告）日: 2011-08-10
• 發明（設計）人: 申文斌;馮延明
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01S19/42
• 分類號: G01S19/42;G01C5/00
• 代理公司: 武漢天力專利事務所 42208
• 代理人: 馮衛平;程祥

技術領域

本發明涉及一種同時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信號同時確定三維幾何位置和重力位的方法及其裝置。

背景技術

利用GPS信號確定三維幾何位置已是非常成熟的技術。為了確定重力位或海拔高，按傳統方法，需要繁重的水準測量以及重力測量，或者需要事先確定大地水準面再利用GPS定位方法確定海拔高，這不僅需要大量的人力、財力，而且在山區會受到很大限制。由于GPS信號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信號包含電磁波信號(簡稱信號)頻移信息，因而也可利用GPS信號確定重力位(包括海拔高程)。這是本發明方法的基礎。

發明內容

本發明主要是解決現有技術所存在的需要繁重的水準測量以及重力測量，或者需要事先確定大地水準面再利用GPS定位方法確定海拔高，這不僅需要大量的人力、財力，而且在山區會受到很大限制等的技術問題；提供了一種不需要繁重的水準測量以及重力測量，也不需要事先確定大地水準面再利用GPS定位方法確定海拔高，從而節省了大量的人力、財力，而且在也不受山區及跨海洋測量限制的利用GPS信號同時確定三維幾何位置和重力位的方法及其裝置。

本發明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的：

一種利用GPS信號同時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接收機采集觀測至少4顆衛星的、持續至少20分鐘的相位以及信號頻移觀測值，觀測值的采樣率為1秒，每個觀測值對應有觀測時刻；

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衛星在對應于觀測值時刻的引力位；

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中衛星處引力位信息引入GPS信號相位-頻移觀測方程之中，將測站的重力位以及時鐘誤差作為待定參數引入GPS信號相位-頻移觀測方程之中，同時加進一階多普勒頻移、電離層頻移、對流層頻移等模型改正，建立GPS信號相位-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，以大地水準面上的重力位為基準，利用Bruns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重力位及海拔高程。

在上述的利用GPS信號同時確定三維幾何位置和重力位的方法，所述的步驟4中，

GPS信號的相位-頻移觀測方程

ΦA=fcρA=f0cρA+ΔfcρA]]>

其中，Φ_A是測站A處的GPS信號的相位觀測值，f₀和f分別是信號發射和接收頻率，ρ_A是星站間距離，c是真空中光速。

在上述的利用GPS信號同時確定三維幾何位置和重力位的方法，所述的步驟4中，Δf＝f-f₀是信號頻移量，由如下方程確定

Δf＝Δf_d+Δf_i+Δf_t+Δf_c+ΔΔf_g????????????????????(1)

其中，Δf_d、Δf_i和Δf_t分別是經典多普勒頻移、電離層頻移和對流層頻移，均由模型值給出；時鐘誤差Δf_c是待定參數；Δf_g是重力頻移，由下式給出