利用ＧＰＳ信号同时确定三维几何位置和重力位的方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种同时确定三维几何位置和重力位的方法及其装置，尤其是涉及一种利用ＧＰＳ信号同时确定三维几何位置和重力位的方法及其装置。本发明专利技术在已有的ＧＰＳ定位方法的基础上，加进利用ＧＰＳ信号确定重力位（包括海拔高程）的方法，后者是一种新发明专利技术的方法，其技术方案是：建立ＧＰＳ信号与重力位之间的观测方程，利用多次观测数据，基于最小二乘原理求解重力位。因此，本发明专利技术具有如下优点：不需要繁重的水准测量以及重力测量，也不需要事先确定大地水准面再利用ＧＰＳ定位方法确定海拔高，从而节省了大量的人力、财力，而且在也不受山区及跨海洋测量限制。

Method and device for simultaneously determining three-dimensional geometric position and gravity position by using GPS signal

The invention relates to a method and a device for simultaneously determining three-dimensional geometric positions and gravitational positions, in particular to a method and a device for simultaneously determining three-dimensional geometric positions and gravitational positions by means of GPS signals. The invention is based on the existing GPS positioning method, to determine the gravity by the GPS signal (including the elevation) method, which is a new method of the invention, the technical proposal is that the measurement equation is established between GPS signal and gravity, using multiple observation data, based on the principle of least squares solution of gravity. Therefore, the invention has the following advantages: no heavy leveling and gravity measurement, also does not need to identify the geoid using GPS method to determine the location of high altitude, thus saving a lot of manpower and resources, but also in from the mountains and across the ocean measurement limit.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种同时确定三维几何位置和重力位的方法及其装置，尤其是涉及一 种利用GPS信号同时确定三维几何位置和重力位的方法及其装置。
技术介绍
利用GPS信号确定三维几何位置已是非常成熟的技术。为了确定重力位或海拔 高，按传统方法，需要繁重的水准测量以及重力测量，或者需要事先确定大地水准面再利用 GPS定位方法确定海拔高，这不仅需要大量的人力、财力，而且在山区会受到很大限制。由于 GPS信号包含三维几何位置信息，从而可以确定三维几何位置，这是目前非常成熟的方法。 又由于GPS信号包含电磁波信号(简称信号)频移信息，因而也可利用GPS信号确定重力 位(包括海拔高程)。这是本专利技术方法的基础。
技术实现思路
本专利技术主要是解决现有技术所存在的需要繁重的水准测量以及重力测量，或者需 要事先确定大地水准面再利用GPS定位方法确定海拔高，这不仅需要大量的人力、财力，而 且在山区会受到很大限制等的技术问题；提供了一种不需要繁重的水准测量以及重力测 量，也不需要事先确定大地水准面再利用GPS定位方法确定海拔高，从而节省了大量的人 力、财力，而且在也不受山区及跨海洋测量限制的利用GPS信号同时确定三维几何位置和 重力位的方法及其装置。本专利技术的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的一种利用GPS信号同时确定三维几何位置和重力位的方法，其特征在于，包括以 下步骤步骤1，利用GPS接收机采集观测至少4颗卫星的、持续至少20分钟的相位以及信 号频移观测值，观测值的采样率为1秒，每个观测值对应有观测时刻；步骤2，由三维几何位置确定模块利用步骤1中的相位观测值以及精密星历确定 地面测站三维几何位置；步骤3，由卫星引力位确定模块利用EGM2008重力场模型以及精密星历确定GPS卫 星在对应于观测值时刻的引力位；步骤4，由测站重力位确定模块将步骤2中确定的三维几何位置以及步骤3中卫星 处引力位信息引入GPS信号相位-频移观测方程之中，将测站的重力位以及时钟误差作为 待定参数引入GPS信号相位-频移观测方程之中，同时加进一阶多普勒频移、电离层频移、 对流层频移等模型改正，建立GPS信号相位-频移观测方程，并基于最小二乘原理获取测站 的重力位；步骤5，由海拔高程确定模块基于求解的测站重力位，以大地水准面上的重力位为 基准，利用Brims公式确定测站的海拔高程；3步骤6，由信息输出模块输出三维几何位置和绝对重力位及海拔高程。在上述的利用GPS信号同时确定三维几何位置和重力位的方法，所述的步骤4中，GPS信号的相位-频移观测方程权利要求1.一种利用GPS信号同时确定三维几何位置和重力位的方法，其特征在于，包括以下 步骤步骤1，利用GPS接收机采集观测至少4颗卫星的、持续至少20分钟的相位以及信号频 移观测值，观测值的采样率为1秒，每个观测值对应有观测时刻；步骤2，由三维几何位置确定模块利用步骤1中的相位观测值以及精密星历确定地面 测站三维几何位置；步骤3，由卫星引力位确定模块利用EGM2008重力场模型以及精密星历确定GPS卫星在 对应于观测值时刻的引力位；步骤4，由测站重力位确定模块将步骤2中确定的三维几何位置以及步骤3中卫星处引 力位信息引入GPS信号相位-频移观测方程之中，将测站的重力位以及时钟误差作为待定 参数引入GPS信号相位-频移观测方程之中，同时加进一阶多普勒频移、电离层频移、对流 层频移等模型改正，建立GPS信号相位-频移观测方程，并基于最小二乘原理获取测站的重 力位；步骤5，由海拔高程确定模块基于求解的测站重力位，以大地水准面上的重力位为基 准，利用Brims公式确定测站的海拔高程；步骤6，由信息输出模块输出三维几何位置和绝对重力位及海拔高程。2.根据权利要求1所述的利用GPS信号同时确定三维几何位置和重力位的方法，其特 征在于，所述的步骤4中，GPS信号的相位-频移观测方程3.根据权利要求1所述的利用GPS信号同时确定三维几何位置和重力位的方法，其特 征在于，所述的步骤4中，Af = Fftl是信号频移量，由如下方程确定 Af= Δ f d+ Δ f j+ Δ fj+ Δ fc+ Δ fg其中，Afd、Afi和Aft分别是经典多普勒频移、电离层频移和对流层频移，均由模型 值给出；时钟误差Δ f。是待定参数；Afg是重力频移，由下式给出4. 一种利用权利要求1所述的方法的装置，其特征在于，包括依次连接的GPS接收机 (1)、三维几何位置确定模块O)、卫星引力位确定模块(3)、测站重力位确定模块、海拔 高程确定模块(5)以及信息输出模块(6)。全文摘要本专利技术涉及一种同时确定三维几何位置和重力位的方法及其装置，尤其是涉及一种利用GPS信号同时确定三维几何位置和重力位的方法及其装置。本专利技术在已有的GPS定位方法的基础上，加进利用GPS信号确定重力位(包括海拔高程)的方法，后者是一种新专利技术的方法，其技术方案是建立GPS信号与重力位之间的观测方程，利用多次观测数据，基于最小二乘原理求解重力位。因此，本专利技术具有如下优点不需要繁重的水准测量以及重力测量，也不需要事先确定大地水准面再利用GPS定位方法确定海拔高，从而节省了大量的人力、财力，而且在也不受山区及跨海洋测量限制。文档编号G01S19/42GK102147475SQ201010112150公开日2011年8月10日 申请日期2010年2月9日 优先权日2010年2月9日专利技术者冯延明, 申文斌 申请人:武汉大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种利用ＧＰＳ信号同时确定三维几何位置和重力位的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤１，利用ＧＰＳ接收机采集观测至少４颗卫星的、持续至少２０分钟的相位以及信号频移观测值，观测值的采样率为１秒，每个观测值对应有观测时刻；步骤２，由三维几何位置确定模块利用步骤１中的相位观测值以及精密星历确定地面测站三维几何位置；步骤３，由卫星引力位确定模块利用ＥＧＭ２００８重力场模型以及精密星历确定ＧＰＳ卫星在对应于观测值时刻的引力位；步骤４，由测站重力位确定模块将步骤２中确定的三维几何位置以及步骤３中卫星处引力位信息引入ＧＰＳ信号相位－频移观测方程之中，将测站的重力位以及时钟误差作为待定参数引入ＧＰＳ信号相位－频移观测方程之中，同时加进一阶多普勒频移、电离层频移、对流层频移等模型改正，建立ＧＰＳ信号相位－频移观测方程，并基于最小二乘原理获取测站的重力位；步骤５，由海拔高程确定模块基于求解的测站重力位，以大地水准面上的重力位为基准，利用Ｂｒｕｎｓ公式确定测站的海拔高程；步骤６，由信息输出模块输出三维几何位置和绝对重力位及海拔高程。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：申文斌，冯延明，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]