專利名稱：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的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)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(shù)：
利用GPS信號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(qū)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(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(qū)會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(jié)省了大量的人 力、財力，而且在也不受山區(qū)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(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(wèi)星的、持續(xù)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(yīng)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(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) 星在對應(yīng)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(wèi)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(shù)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
權(quán)利要求
1.一種利用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(wèi)星的、持續(xù)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(yīng)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(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 對應(yīng)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(wèi)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(shù)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信號同時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信號同時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、電離層頻移和對流層頻移，均由模型 值給出；時鐘誤差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 (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。本發(fā)明在已有的GPS定位方法的基礎(chǔ)上，加進利用GPS信號確定重力位(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(jié)省了大量的人力、財力，而且在也不受山區(qū)及跨海洋測量限制。
文檔編號G01S19/42GK102147475SQ201010112150
公開日2011年8月10日 申請日期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 申請人:武漢大學