一種基于ppp技術(shù)的船載重力測(cè)量方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于PPP技術(shù)的船載重力測(cè)量方法，其主要技術(shù)特點(diǎn)是：重力儀和雙頻GPS天線安裝在一條直線上，進(jìn)行船載重力測(cè)量作業(yè)，對(duì)測(cè)線所采集的GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行精密單點(diǎn)定位解算，獲取觀測(cè)點(diǎn)精確的三維位置；利用觀測(cè)點(diǎn)精確的三維位置計(jì)算厄特弗斯改正和垂直加速度改正；利用重力儀所測(cè)得的重力觀測(cè)值以及厄特弗斯改正和垂直加速度改正，通過(guò)基點(diǎn)比對(duì)計(jì)算得到圖載成果重力值。本發(fā)明僅需單臺(tái)雙頻GPS接收機(jī)并采用PPP技術(shù)即可精確計(jì)算船載重力測(cè)量測(cè)線的三維位置，不需要布設(shè)基準(zhǔn)站便可完成船載重力測(cè)量功能，此方法不僅保證了測(cè)量精度，而且降低了作業(yè)成本，同時(shí)作業(yè)時(shí)也不受區(qū)域以及距離的限制，提高了作業(yè)效率。
【專利說(shuō)明】一種基于PPP技術(shù)的船載重力測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于海洋測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種基于PPP技術(shù)的船載重力測(cè)量方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]船載重力測(cè)量是測(cè)定水面點(diǎn)的重力值及其平面位置。船載重力測(cè)量的精度除與重力傳感器直接相關(guān)外，還嚴(yán)重受到GPS定位精度的影響，GPS定位精度決定厄特弗斯改正和垂直加速度改正，其影響量級(jí)有時(shí)遠(yuǎn)大于實(shí)際重力值。船載重力測(cè)量的GPS定位方式可分為差分定位、單點(diǎn)定位。差分定位技術(shù)在船載重力測(cè)量中的應(yīng)用需要根據(jù)測(cè)區(qū)離岸線的距離來(lái)選擇差分定位方法，沿岸船載重力測(cè)量可以采用DGPS (基于偽距)、RTK (基于相位)的局域差分定位方法，而遠(yuǎn)海船載重力測(cè)量可以采用星站差分方法，但這種方法是收費(fèi)服務(wù)的。上述方法在船載重力測(cè)量中的應(yīng)用有如下缺點(diǎn):1、至少需要兩臺(tái)GPS接收機(jī)；2、作用距離有限(除星站差分外)；3、增加了用戶作業(yè)成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種設(shè)計(jì)合理、精度高、作業(yè)成本低且使用簡(jiǎn)便的基于PPP技術(shù)的船載重力測(cè)量方法。
[0004]本發(fā)明解決現(xiàn)有的技術(shù)問(wèn)題是采取以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0005]一種基于PPP技術(shù)的船載重力測(cè)量方法，包括以下步驟:
[0006]步驟1、重力儀和雙頻GPS天線安裝在一條直線上，進(jìn)行船載重力測(cè)量作業(yè)，對(duì)測(cè)線所采集的GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行精密單點(diǎn)定位解算，獲取觀測(cè)點(diǎn)精確的三維位置；
[0007]步驟2、利用觀測(cè)點(diǎn)精確的三維位置計(jì)算厄特弗斯改正和垂直加速度改正；
[0008]步驟3、利用重力儀所測(cè)得的重力觀測(cè)值以及厄特弗斯改正和垂直加速度改正，通過(guò)基點(diǎn)比對(duì)計(jì)算得到圖載成果重力值。
[0009]而且，所述重力儀和雙頻GPS天線安裝在在豎直桿子的兩端，并且在架設(shè)雙頻GPS天線時(shí)，其高度角要求大于15度無(wú)遮擋。
[0010]而且，所述步驟I進(jìn)行精密單點(diǎn)定位解算并獲取觀測(cè)點(diǎn)精確的三維位置的方法為:利用下載的精密星歷和精密鐘差文件，對(duì)測(cè)線數(shù)據(jù)進(jìn)行GPS精密單點(diǎn)定位解算，其具體流程包括依次進(jìn)行的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備過(guò)程、數(shù)據(jù)預(yù)處理過(guò)程、誤差改進(jìn)過(guò)程、參數(shù)估計(jì)過(guò)程以及輸出結(jié)果過(guò)程。
[0011]而且，所述的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備處理包括接收IGS精密軌道、精密鐘差、GPS雙頻觀測(cè)數(shù)據(jù)以及導(dǎo)航數(shù)據(jù)并輸出到數(shù)據(jù)預(yù)處理過(guò)程；所述數(shù)據(jù)預(yù)處理過(guò)程是粗差剔除、周跳探測(cè)以及相位平滑處理并輸出給誤差改正過(guò)程；所述的誤差改進(jìn)過(guò)程是根據(jù)數(shù)據(jù)預(yù)處理的結(jié)果以及電離層延遲、對(duì)流層延遲、地球自轉(zhuǎn)、相對(duì)論效應(yīng)、天線相位中心偏差、天線相應(yīng)纏繞、固體潮、海洋潮數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差改正處理，并將改正結(jié)果輸出給參數(shù)估計(jì)過(guò)程；所述的參數(shù)估計(jì)過(guò)程是根據(jù)誤差改正結(jié)果以及線性化、組法方程進(jìn)行參數(shù)處理；所述輸出結(jié)果過(guò)程是根據(jù)參數(shù)估計(jì)結(jié)果解算得到測(cè)站坐標(biāo)、速度、加速度、天頂對(duì)流參數(shù)、模糊度參數(shù)并輸出解算結(jié)果，最終得到觀測(cè)點(diǎn)精確的三維位置。
[0012]而且，所述的參數(shù)估計(jì)過(guò)程采用遞歸最小二乘法實(shí)現(xiàn)。
[0013]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:
[0014]本發(fā)明設(shè)計(jì)合理，其僅需單臺(tái)雙頻GPS接收機(jī)并采用PPP (Precise PointPositioning，精密單點(diǎn)定位)技術(shù)即可精確計(jì)算船載重力測(cè)量測(cè)線的三維位置，不需要布設(shè)基準(zhǔn)站便可完成船載重力測(cè)量功能，此方法不僅保證了測(cè)量精度，而且降低了作業(yè)成本，同時(shí)作業(yè)時(shí)也不受區(qū)域以及距離的限制，提高了作業(yè)效率。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1本發(fā)明的精密單點(diǎn)定位解算流程示意圖；
[0016]圖2為船載重力測(cè)量綜合改正原理圖；
[0017]圖3為基于PPP技術(shù)的船載重力測(cè)量方法示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例做進(jìn)一步詳述。
[0019]一種基于PPP技術(shù)的船載重力測(cè)量方法，是針對(duì)基于GPS差分定位模式的傳統(tǒng)船載重力測(cè)量的弊端，提出采用PPP技術(shù)(精密單點(diǎn)定位技術(shù))進(jìn)行船載重力測(cè)量作業(yè)。船臺(tái)安裝的主要設(shè)備包括GPS天線及接收機(jī)、重力儀、電子羅盤等，其作業(yè)要求如下:
[0020]1、重力儀和雙頻GPS天線安裝在一條直線上，測(cè)量前量取重力儀至GPS天線的距離；如果重力儀和雙頻GPS天線安裝在一條直線上有困難，必須量取重力儀至GPS天線的平面相對(duì)距離(dx，dy)以及豎直距離；
[0021]2、架設(shè)天線時(shí)，高度角大于15度無(wú)遮擋，且不容易受到電磁信號(hào)干擾；
[0022]3、當(dāng)測(cè)量船靜止時(shí)，調(diào)整羅盤安裝位置至傾角讀數(shù)為0，電子羅盤的航向初始讀數(shù)應(yīng)和船上的羅盤讀數(shù)一致或指向船艏；
[0023]4、為保證定位精度，初始化測(cè)量時(shí)間為20分鐘，然后正式作業(yè)。
[0024]基于上述作業(yè)要求，本發(fā)明提出的一種基于PPP技術(shù)的船載重力測(cè)量方法包括如下步驟:
[0025]步驟1:將雙頻GPS天線和重力儀安裝在豎直桿子的兩端，進(jìn)行船載重力測(cè)量作業(yè)，對(duì)測(cè)線所采集的GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行精密單點(diǎn)定位解算，獲取觀測(cè)點(diǎn)精確的三維位置。
[0026]通過(guò)船載重力測(cè)量外業(yè)，獲得測(cè)線數(shù)據(jù)觀測(cè)文件，利用下載的精密星歷和精密鐘差文件，對(duì)測(cè)線數(shù)據(jù)進(jìn)行PPP解算，具體解算流程如圖1及圖2所示，包括依次進(jìn)行的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、數(shù)據(jù)預(yù)處理、誤差改進(jìn)、參數(shù)估計(jì)(遞歸最小二乘)以及輸出結(jié)果過(guò)程，其中數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。其中，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備處理是接收IGS精密軌道、精密鐘差以及GPS雙頻觀測(cè)數(shù)據(jù)以及導(dǎo)航數(shù)據(jù)并輸出到數(shù)據(jù)預(yù)處理過(guò)程；數(shù)據(jù)預(yù)處理是粗差剔除、周跳探測(cè)以及相位平滑處理并輸出給誤差改正過(guò)程；誤差改進(jìn)過(guò)程是根據(jù)數(shù)據(jù)預(yù)處理的結(jié)果以及電離層延遲、對(duì)流層延遲、地球自轉(zhuǎn)、相對(duì)論效應(yīng)、天線相位中心偏差、天線相應(yīng)纏繞、固體潮、海洋潮數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差改正處理，并將改正結(jié)果輸出給參數(shù)估計(jì)過(guò)程；參數(shù)估計(jì)過(guò)程是根據(jù)誤差改正結(jié)果以及線性化、組法方程進(jìn)行參數(shù)處理；輸出結(jié)果過(guò)程是根據(jù)參數(shù)估計(jì)結(jié)果解算得到測(cè)站坐標(biāo)、速度、加速度、天頂對(duì)流參數(shù)、模糊度參數(shù)并輸出解算結(jié)果，最終得到觀測(cè)點(diǎn)精確的三維位置。[0027]步驟2、利用觀測(cè)點(diǎn)精確的三維位置計(jì)算厄特弗斯改正和垂直加速度改正。
[0028]步驟3利用重力儀所測(cè)得的重力觀測(cè)值以及厄特弗斯改正和垂直加速度改正，通過(guò)基點(diǎn)比對(duì)計(jì)算得到圖載成果重力值。
[0029]如圖3所示，本步驟通過(guò)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)接收重力原始數(shù)據(jù)、GPS原始出具、姿態(tài)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)船載重力測(cè)量的各項(xiàng)誤差進(jìn)行改正，包括利用電子羅盤數(shù)據(jù)進(jìn)行姿態(tài)改正、厄特弗斯改正和垂直加速度改正，最后通過(guò)基點(diǎn)比對(duì)計(jì)算，得到圖載成果重力儀的值。
[0030]需要強(qiáng)調(diào)的是，本發(fā)明所述的實(shí)施例是說(shuō)明性的，而不是限定性的，因此本發(fā)明包括并不限于【具體實(shí)施方式】中所述的實(shí)施例，凡是由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案得出的其他實(shí)施方式，同樣屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于PPP技術(shù)的船載重力測(cè)量方法，其特征在于包括以下步驟: 步驟1、重力儀和雙頻GPS天線安裝在一條直線上，進(jìn)行船載重力測(cè)量作業(yè)，對(duì)測(cè)線所采集的GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行精密單點(diǎn)定位解算，獲取觀測(cè)點(diǎn)精確的三維位置； 步驟2、利用觀測(cè)點(diǎn)精確的三維位置計(jì)算厄特弗斯改正和垂直加速度改正； 步驟3、利用重力儀所測(cè)得的重力觀測(cè)值以及厄特弗斯改正和垂直加速度改正，通過(guò)基點(diǎn)比對(duì)計(jì)算得到圖載成果重力值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于PPP技術(shù)的船載重力測(cè)量方法，其特征在于:所述重力儀和雙頻GPS天線安裝在在豎直桿子的兩端，并且在架設(shè)雙頻GPS天線時(shí)，其高度角要求大于15度無(wú)遮擋。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于PPP技術(shù)的船載重力測(cè)量方法，其特征在于:所述步驟I進(jìn)行精密單點(diǎn)定位解算并獲取觀測(cè)點(diǎn)精確的三維位置的方法為:利用下載的精密星歷和精密鐘差文件，對(duì)測(cè)線數(shù)據(jù)進(jìn)行GPS精密單點(diǎn)定位解算，其具體流程包括依次進(jìn)行的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備過(guò)程、數(shù)據(jù)預(yù)處理過(guò)程、誤差改進(jìn)過(guò)程、參數(shù)估計(jì)過(guò)程以及輸出結(jié)果過(guò)程。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于PPP技術(shù)的船載重力測(cè)量方法，其特征在于:所述的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備處理包括接收IGS精密軌道、精密鐘差、GPS雙頻觀測(cè)數(shù)據(jù)以及導(dǎo)航數(shù)據(jù)并輸出到數(shù)據(jù)預(yù)處理過(guò)程；所述數(shù)據(jù)預(yù)處理過(guò)程是粗差剔除、周跳探測(cè)以及相位平滑處理并輸出給誤差改正過(guò)程；所述的誤差改進(jìn)過(guò)程是根據(jù)數(shù)據(jù)預(yù)處理的結(jié)果以及電離層延遲、對(duì)流層延遲、地球自轉(zhuǎn)、相對(duì)論效應(yīng)、天線相位中心偏差、天線相應(yīng)纏繞、固體潮、海洋潮數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差改正處理，并將改正結(jié)果輸出給參數(shù)估計(jì)過(guò)程；所述的參數(shù)估計(jì)過(guò)程是根據(jù)誤差改正結(jié)果以及線性化、組法方程進(jìn)行參數(shù)處理；所述輸出結(jié)果過(guò)程是根據(jù)參數(shù)估計(jì)結(jié)果解算得到測(cè)站坐標(biāo)、速度、加速度、天頂對(duì)流參數(shù)、模糊度參數(shù)并輸出解算結(jié)果，最終得到觀測(cè)點(diǎn)精確的三維位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于PPP技術(shù)的船載重力測(cè)量方法，其特征在于:所述的參數(shù)估計(jì)過(guò)程采用遞歸最小二乘法實(shí)現(xiàn)。
【文檔編號(hào)】G01S19/14GK103852799SQ201410063168
【公開(kāi)日】2014年6月11日 申請(qǐng)日期:2014年2月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月25日
【發(fā)明者】歐陽(yáng)永忠, 李凱鋒, 鄧凱亮, 陸秀平, 任來(lái)平, 徐廣袖, 劉傳勇, 王耿峰 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍92859部隊(duì)