一種增強(qiáng)差分氣壓測高校正方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種測高技術(shù)，尤其涉及一種用于精準(zhǔn)室內(nèi)定位的增強(qiáng)差分氣壓測高 校正方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 精準(zhǔn)室內(nèi)位置服務(wù)在應(yīng)急救援、車輛導(dǎo)航、反恐維穩(wěn)和特殊人群關(guān)愛等領(lǐng)域中的 應(yīng)用越來越重要，已成為國際科技技術(shù)經(jīng)濟(jì)競爭的焦點(diǎn)。與室外位置服務(wù)相比，室內(nèi)位置服 務(wù)對(duì)精準(zhǔn)的三維信息（即經(jīng)度、煒度和高度信息）的需求更加迫切，以便對(duì)建筑內(nèi)部擁擠狹 小的空間進(jìn)行更加準(zhǔn)確的區(qū)分。其中，在垂直位置上的區(qū)分度應(yīng)當(dāng)做到米級(jí)定位。這樣可 以幫助用戶對(duì)建筑樓層進(jìn)行精準(zhǔn)的辨別，實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)位置的全息定位。但是，目前的主流測 尚技術(shù)，諸如激光測尚、雷達(dá)（無線電）測尚、衛(wèi)星測尚、大氣壓測尚等均受到測尚精度、成 本控制以及適用范圍等難題的制約，難以被應(yīng)用于廣域的大眾位置服務(wù)。
[0003] 目前，差分氣壓測高法是一種改進(jìn)過的基于大氣壓測高原理的測高方法。該方法 的基本原理是利用氣壓差分的方法對(duì)大氣壓測高方法中由于環(huán)境因素影響而帶來的偏差 進(jìn)行修正。利用地面氣壓基準(zhǔn)站的氣壓對(duì)需要測高的終端位置的氣壓值進(jìn)行精確的修正， 從而補(bǔ)償大氣物理環(huán)境變化對(duì)氣壓高度測量結(jié)果的影響。該方法能夠在很大程度上提升氣 壓測高方法的準(zhǔn)確度，克服穩(wěn)定性差、可靠性較低等缺陷。而且，實(shí)施該方法的設(shè)備實(shí)體較 為簡單、成本低廉，并且測高功能的實(shí)體部件可以在用戶端實(shí)現(xiàn)設(shè)備微型化。這些優(yōu)點(diǎn)決定 了它具有適用于室內(nèi)定位測高的潛質(zhì)。但是，該方法還面臨一個(gè)問題，即在局域溫差異常的 測量環(huán)境下，終端側(cè)由于局域溫度異常會(huì)導(dǎo)致局域氣壓變化的趨勢與基站側(cè)不一致，換言 之，不能滿足氣壓變化物理的一致性。這會(huì)導(dǎo)致，在局域溫差異常環(huán)境（通常是指火場環(huán) 境、使用大功率制冷制熱源的室內(nèi)空調(diào)暖氣環(huán)境等）下，利用差分氣壓測高方法獲得的測 量結(jié)果準(zhǔn)確度低，測量結(jié)果誤差較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種新的可針對(duì)局域溫差異常測量環(huán)境使 用的增強(qiáng)差分氣壓測高校正方法。該方法包括以下步驟：
[0005] 監(jiān)測位于局域溫差異常環(huán)境中的測高點(diǎn)的氣壓和溫度，根據(jù)測高點(diǎn)的氣壓和溫度 變化來計(jì)算其中由于局域溫差而引起的氣壓變化量，進(jìn)而計(jì)算出由于垂直運(yùn)動(dòng)而引起的氣 壓變化量，利用由于垂直運(yùn)動(dòng)而引起的氣壓變化量來計(jì)算測高點(diǎn)的高度。
[0006] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可以先對(duì)監(jiān)測的測高點(diǎn)的氣壓和溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理， 然后才用于計(jì)算由于局域溫差而引起的氣壓變化量。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，優(yōu)選利用滑動(dòng)平均濾波器和拉依達(dá)記憶數(shù)據(jù)濾波器，對(duì)監(jiān) 測的測高點(diǎn)的氣壓和溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行所述濾波處理。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可以利用由于垂直運(yùn)動(dòng)而引起的氣壓變化量，結(jié)合已知的 氣壓基準(zhǔn)站的高度、氣壓和溫度，根據(jù)差分氣壓測高方程求解測高點(diǎn)的海拔高度。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可以只有當(dāng)由于垂直運(yùn)動(dòng)而引起的氣壓變化量符合運(yùn)動(dòng)行 為特征時(shí)，才利用其來計(jì)算測高點(diǎn)的海拔高度。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可以根據(jù)測高點(diǎn)的氣壓和溫度變化來計(jì)算其中由于局域溫 差而引起的氣壓變化量，包括以下步驟：
[0011] 1)根據(jù)監(jiān)測的測高點(diǎn)的氣壓和溫度，獲得一段特定時(shí)間（ta，tb)內(nèi)測高點(diǎn)的氣壓 變化量A P ;
[0012] 2)將特定時(shí)間（ta，tb)內(nèi)的測高點(diǎn)的氣壓變化量Δ P分為m等分，獲得相應(yīng)的氣 壓變化量數(shù)據(jù)等分的時(shí)間段（ta，t。)、（t。，h)、U1, t2)、......、（tm 2, tb);
[0013] 3)計(jì)算各個(gè)氣壓變化量數(shù)據(jù)等分時(shí)間段內(nèi)的氣壓變化量△ p與相應(yīng)的溫度變化 量At的比值，并求出所有比值的平均值；
[0014] 4)利用所有比值的平均值以及在特定時(shí)間（ta，tb)內(nèi)的測高點(diǎn)的溫度變化量ΔΤ 來計(jì)算由于局域溫差而引起的氣壓變化量AP'。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，由于局域溫差而引起的氣壓變化量等于所有比值的平均值 與在特定時(shí)間（ta，tb)內(nèi)的測高點(diǎn)的溫度變化量△ T的乘積。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，由于垂直運(yùn)動(dòng)而引起的氣壓變化量等于特定時(shí)間（ta，t b) 內(nèi)測高點(diǎn)的氣壓變化量AP減去由于局域溫差而引起的氣壓變化量ΔΡ'。
[0017] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例可以具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0018] 本發(fā)明提出的校正方法能夠應(yīng)用于惡劣的環(huán)境，例如應(yīng)用于火場環(huán)境、室內(nèi)空調(diào) 暖氣等局域溫差異常的測高場景，利用增本發(fā)明提出的校正方法能夠校正因外界環(huán)境氣壓 和溫度等異常因素所帶來的影響，從而提升測高結(jié)果的準(zhǔn)確度，增強(qiáng)測高系統(tǒng)的精度，達(dá)到 更好的垂直定位效果。
[0019] 本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變 得顯而易見，或者通過實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過在說明書、權(quán)利 要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)和獲得。
【附圖說明】
[0020] 附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實(shí) 施例共同用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中：
[0021] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例所采用增強(qiáng)差分氣壓測高校正方法的工作流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面首先介紹現(xiàn)有技術(shù)中利用差 分氣壓法求解精確高程的方法。
[0023] 目前，在現(xiàn)有技術(shù)中利用差分氣壓法求解精確高程的方法如下：
[0024] 根據(jù)大氣壓測高理論，當(dāng)大氣壓在垂直方向上的重力場和在鉛直方向上的氣壓梯 度作用力的作用達(dá)到受力平衡時(shí)，稱為大氣壓流體靜力平衡狀態(tài)。在流體靜力平衡狀態(tài)下， 滿足一種大氣壓力和和海拔高度的映射規(guī)律，其采用大氣靜力學(xué)方程可以表示為：
[0026] 式中，P為當(dāng)前氣壓值，P為空氣密度，z為當(dāng)前海拔高度，g表示重力加速度。從 (1-1)式可以看出，在空氣密度為常數(shù)的前提下，大氣壓總是隨著海拔高度的上升而減小。
[0027] 在此暫不考慮空氣濕度對(duì)本地氣壓的影響，在完全干燥的不含任何水蒸氣的空氣 中，氣體狀態(tài)方程為：
[0028] P= p RdT (1-2)
[0029] 式中，T為當(dāng)前空氣的熱力學(xué)溫度，Rd(Rd= 287. 05X/(kg · K))是干燥空氣的氣體 常數(shù)。由于P ~P/T。將（1-2)式帶入（1-1)式，并由初始值（hQ，P。）積分到高度（h，P)， 就得到氣壓-高度表達(dá)式：
[0033] 上式反映了大氣壓處于靜力平衡狀態(tài)時(shí)的氣壓、溫度與高度之間的關(guān)系。需要說 明的是，上述的處理是把重力加速度g當(dāng)做一個(gè)常數(shù)來處理。這是因?yàn)?，在人們?nèi)粘Ｉ畹?海拔高度上，重力加速度g隨著海拔高度而變的變化很小。雖然在實(shí)際環(huán)境中的大氣壓處 于不斷變化的情況，但是在局部范圍內(nèi)，在不考慮局部強(qiáng)對(duì)流氣候以及局域非自然因素的 前提下，環(huán)境的大氣壓力變化規(guī)律保持一致，所以（1-3)式和（1-4)式適用于正常情況下的 大氣環(huán)境，并且計(jì)算結(jié)果具有很高的精度。
[0034] 由于大氣壓隨海拔高度的分布會(huì)很復(fù)雜，難以用函數(shù)關(guān)系來映射，因此通常假設(shè) 氣層內(nèi)溫度相等，取兩個(gè)高程位置的平均溫度，對(duì)（1-4)式進(jìn)行求解可以得到：
[0036] 式中，T111是平均溫度，單位是K。若以攝氏溫度表示（1-5)式，那么可以的得到 下式：
[0038] (1-6)式稱為拉普拉斯壓高方程，也即差分氣壓測高方程。
[0039] 如此一來，在已知?dú)鈮夯鶞?zhǔn)站的準(zhǔn)確海拔高度、氣壓和溫度信息的情況下，利用測 高點(diǎn)測到的氣壓和溫度，就可以根據(jù)式（1-6)計(jì)算出測高點(diǎn)的海拔高度。但是，當(dāng)測高點(diǎn) 位于惡劣的測量環(huán)境中（例如在火場、室內(nèi)空調(diào)暖氣等異常的測高場景中）時(shí)，由于終端 側(cè)（即測高點(diǎn)）和基站側(cè)（即地面站）的氣壓物理特性的變化趨勢不一致，如果仍然采用 (1-6)式的差分氣壓測高方程來計(jì)算測高點(diǎn)的海拔高度，那么獲得的最終結(jié)果必然不準(zhǔn)確， 誤差較大。
[0040] 為此，本發(fā)明提出了一種新的增強(qiáng)差分氣壓測高校正方法，能夠針對(duì)局域溫差異 常的測量環(huán)境使用。該方法的原理是，將實(shí)際的氣壓變化情況視為主要由于局部溫差和垂 直運(yùn)動(dòng)兩個(gè)影響因子引起，首先根據(jù)實(shí)際的氣壓、溫度變化情況分析計(jì)算其中由局部溫差 而引起的氣壓變化量，然后在此基礎(chǔ)上對(duì)實(shí)際的氣壓值進(jìn)行校正，剔除其中由局部溫差引 起的氣壓變化量，也即保留僅由垂直運(yùn)動(dòng)引起的氣壓變化量。經(jīng)過校正后的氣壓數(shù)據(jù)就可 以應(yīng)用于差分氣壓測高方程（1-6)式進(jìn)行測高解算，獲得更加精確的測高結(jié)果，進(jìn)而實(shí)現(xiàn) 更好的垂直定位效果。
[0041] 圖1顯示了本發(fā)明的實(shí)施例中采用的增強(qiáng)差分氣壓測高校正方法的工作流程圖。 應(yīng)當(dāng)說明的是，以下僅是一個(gè)實(shí)施例，其中的步驟可以根據(jù)具體情況進(jìn)行增減或者調(diào)整執(zhí) 行順序。
[0042] S100、獲取測高點(diǎn)的氣壓和溫度。
[0043] 在異常的測量環(huán)境下，定位終端來監(jiān)測測高點(diǎn)的氣壓和溫度，在獲得這些氣壓和