基於基準站的氣壓相對測量求得精確高程的方法
2023-10-10 00:43:34 3
專利名稱：基於基準站的氣壓相對測量求得精確高程的方法
技術領域：
本發明涉及高程測量技術領域，是一種基於基準站的氣壓相對測量求得精確高程的方法，利用氣壓、溫度與高程之間的對應關係來計算裝有氣壓晶片和溫度晶片終端高程的方法。
背景技術：
全球定位系統(GPS)中有一種能顯著地改善其精度和完善性的技術，稱為差分GPS (DGPS)。它要求有高質量的GPS 「基準接收機」放在經過精確測量的位置上，基準站估計每顆衛星至測量點的距離測量值的慢變化誤差分量，並對每顆視界內的衛星及傳輸路徑形成校正值。該校正值通過通信鏈路發送給所有的DGPS用戶，這樣可以利用相似關係修正差分用戶在其測量位置基準點對衛星和傳輸路徑的測量值的修正。差分修正分局域差分改正和廣域差分改正兩大類，其中局域GPS(LADGPS)差分的典型有效工作距離可達150km。在這個範圍內，差分改正能明顯地改善所有用戶的精度，不管選擇可用性(SA)是否實施均如此。這種改善的有效性是因為最大的GPS誤差隨時間變化較慢。差分GPS還對各類GPS用戶可明顯地改善「完善性」或真實性，因為它降低了 GPS用戶可能遭受的由未檢測出來的系統故障而產生的不可接受的位置誤差的概率。從上述概述中可以看到差分GPS對誤差修正的有效性和局限性，它通過在基站處檢出誤差來修正其周圍局域區內接收機的測量值。但由於其改正效果與距離強相關，所以測量修正精度與測量點距離基準點的遠近有關，相距越遠時，測量相似性越差，差分改正誤差的效果也會降低。在GPS中差分修正主要有偽距差分、位置差分和載波相位差分等幾類，在全世界已得到廣泛應用。
發明內容
本發明的目的是公開一種基於基準站的氣壓相對測量求得精確高程的方法，以克服現有技術的不足。為達到上述目的，本發明的技術解決方案是—種基於基準站的氣壓相對測量求得精確高程的方法，其利用無線通信網基站的已知高程值、氣壓測量值以及待測點的氣壓測量值，去求解待測點高程；具體是在地面移動通信網或無線區域網或傳感網的基站裡安裝氣壓測量傳感器、溫度傳感器，用基站傳輸鏈路把有關測量數據傳送給用戶，用戶終端裝有氣壓傳感器晶片、溫度傳感器晶片，測量到終端處的氣壓值、溫度值，利用高程與氣壓值之間的對應關係，計算得到用戶終端處相對於基站氣壓傳感器位置的相對高程；用基站處的溫度測量值和用戶終端處的溫度測量值，修正氣壓和高程間的計算關係式，提高高程計算轉換精度。所述的求得精確高程的方法，其所述地面移動通信網絡，包括GSM、CDMA、TD_CDMA、WCDMA.CDMA2000.3G網絡；局域傳感網絡，包括WiFi、Zigbee、RFID、紅外、超聲網絡。所述的求得精確高程的方法，其所述用戶終端的氣壓傳感器晶片，為矽壓力元件，例如採用瑞士 Intersema公司的MS5607-B或MS5534C，該晶片精度高、穩定性好、耗電低，保證測量精度。所述的求得精確高程的方法，其包括步驟A)在地面移動通信網或無線區域網或傳感網的基站裡安裝氣壓測量傳感器、溫度傳感器；B)在用戶終端設置氣壓傳感器晶片、溫度傳感器晶片；C)建立局域坐標系；D)通過用戶終端氣壓測高得到用戶終端處位置高程值； E)將各基站的偽距測量值轉換為基站至用戶的水平投影距離；F)解算用戶平面位置坐標及鐘差，得到局域坐標系中的三維位置坐標；G)將用戶局域坐標系中的三維位置坐標轉換至地心地固坐標系下的三維位置坐標；H)得到地心地固坐標系中用戶終端處位置高程值，輸出。所述的求得精確高程的方法，其所述D)步中，還包括用地面移動通信網或無線區域網或傳感網的基站氣壓數據修正高程值，或用用戶終端溫度測量值與基站處的溫度測量值對照，修正高程值。所述的求得精確高程的方法，其若把氣壓高程用於用戶終端定位，高程作為約束進入定位測量方程，可以降維求解測量方程，改善測量方程的幾何衰減因子(DOP)值，從而能高精度求得用戶水平方向二維定位解，加上已知高程，故獲得用戶終端的高精度三維定位精度；若地面網絡與衛星導航系統組合建立天地一體化定位系統，同樣可進一步提高衛星導航定位系統的三維定位精度，特別是高程測量精度。所述的求得精確高程的方法，其所述定位測量方程，為h-h0 = 18410〔1 +y 或- h0 = 67.4 (273.15+7；) Ig^-式中，Tm是平均溫度(K)，基站的高度值Iv氣壓值Ptl，用戶終端處的高度值h、氣壓值P。本發明方法的優點在於由於地面無線移動通信網基站分布密度大，傳輸能力強，所以利用基站作為基準站，基準點與測量點之間的距離間隔比較小，故測量數值間的相似性極好，相對計算精度會很高。
圖I為氣壓隨時間周期性變化的日變化曲線圖；圖2為本發明基於基準站的氣壓相對測量求得精確高程的方法示意圖；圖3為本發明基於基準站的氣壓相對測量求得精確高程的方法的流程圖。
具體實施例方式本發明的一種基於基準站的氣壓相對測量求得精確高程的方法，利用差分的設計理念，在地面移動通信網或無線區域網(或傳感網)的地面移動網基站處安裝氣壓測量、溫度測量等傳感器，並利用地面無線移動網把基站位置處的氣壓測量值P。、溫度測量值Ttl和高程位置值h傳給用戶終端。用戶終端同樣裝有氣壓測量晶片和溫度測量晶片，這樣用戶終端可以測得終端處的氣壓值P和溫度值T，利用基站的值和終端測點的P、T值便可以利用氣壓、溫度測量值與高程測量值之間的對應關係，計算得到各終端測量點處的高程。終端處的測量值P、T和基站的測量值tv P0, T0,是需要通過地面無線移動傳輸鏈路進行測量值的傳輸與匯總的。由於地面無線移動通信網基站分布密度大，傳輸能力強，所以利用基站作為基準站，基準點與測量點之間的距離間隔比較小，故測量數值間的相似性極好，相對計算精度會很高。這些都是本發明方法的長處和優勢。本發明的一種基於基準站的氣壓相對測量求得精確高程的方法，在理論上必須建立氣壓測量值、溫度測量值與高程位置之間的對應關係。現把對應關係和具體實施步驟敘述和推理如下空氣壓強是描述大氣狀態的重要物理量，單位通常用百帕(hPa，即100帕斯卡，過去稱為毫巴)表示，一個大氣壓值等於1013. 25百帕，海平面氣壓值約在980 1040百帕之 間變動，強颱風中心大多低於950百帕甚至低於900百帕，而高氣壓(例如寒潮)中心處的氣壓值可能達到1050百帕。觀測表明，隨著海拔高度的增加，氣壓值按指數減少，海拔IOkm高處的氣壓值會降到只有海平面氣壓的25%左右。中國青藏高原平均海拔4000多米，地面平均氣壓僅約600百帕。而氣壓在水平方向的分布比較均勻，一般情況下，相距IOOkm約變化I百帕。表I給出了單位氣壓高度差與氣壓和溫度的關係，由氣壓在垂直方向的變化可粗略估計高度的變化。表I單位氣壓高度差與氣壓及溫度之間的關係(單位米/百帕)
權利要求
1.一種基於基準站的氣壓相對測量求得精確高程的方法，其特徵在於，利用無線通信網基站的已知高程值、氣壓測量值以及待測點的氣壓測量值，去求解待測點高程；具體是在地面移動通信網或無線區域網或傳感網的基站裡安裝氣壓測量傳感器、溫度傳感器，用基站傳輸鏈路把有關測量數據傳送給用戶，用戶終端裝有氣壓傳感器晶片、溫度傳感器晶片，測量到終端處的氣壓值、溫度值，利用高程與氣壓值之間的對應關係，計算得到用戶終端處相對於基站氣壓傳感器位置的相對高程； 用基站處的溫度測量值和用戶終端處的溫度測量值，修正氣壓和高程間的計算關係式，提高高程計算轉換精度。
2.如權利要求I所述的求得精確高程的方法，其特徵在於，所述地面移動通信網絡，包括651\^0獻、了0氣0獻、概0獻、00獻2000、36網絡；局域傳感網絡，包括WiFi、Zigbee、RFID、紅外、超聲網絡。
3.如權利要求I所述的求得精確高程的方法，其特徵在於，所述用戶終端的氣壓傳感器晶片，為矽壓力元件，採用瑞士 Intersema公司的MS5607-B或MS5534C，該晶片精度高、穩定性好、耗電低，保證測量精度。
4.如權利要求I所述的求得精確高程的方法，其特徵在於，包括步驟 A)在地面移動通信網或無線區域網或傳感網的基站裡安裝氣壓測量傳感器、溫度傳感器； B)在用戶終端設置氣壓傳感器晶片、溫度傳感器晶片； C)建立局域坐標系； D)通過用戶終端氣壓測高得到用戶終端處位置高程值； E)將各基站的偽距測量值轉換為基站至用戶的水平投影距離； F)解算用戶平面位置坐標及鐘差，得到局域坐標系中的三維位置坐標； G)將用戶局域坐標系中的三維位置坐標轉換至地心地固坐標系下的三維位置坐標； H)得到地心地固坐標系中用戶終端處位置高程值，輸出。
5.如權利要求I所述的求得精確高程的方法，其特徵在於，所述D)步中，還包括用地面移動通信網或無線區域網或傳感網的基站氣壓數據修正高程值，或用用戶終端溫度測量值與基站處的溫度測量值對照，修正高程值。
6.如權利要求I所述的求得精確高程的方法，其特徵在於，若把氣壓高程用於用戶終端定位，高程作為約束進入定位測量方程，可以降維求解測量方程，改善測量方程的幾何衰減因子值，從而能高精度求得用戶水平方向二維定位解，加上已知高程，故獲得用戶終端的高精度三維定位精度；若地面網絡與衛星導航系統組合建立天地一體化定位系統，同樣可進一步提高衛星導航定位系統的三維定位精度，特別是高程測量精度。
7.如權利要求I所述的求得精確高程的方法，其特徵在於，所述定位測量方程，為 式中，Tm是平均溫度(K)，基站的高度值Iv氣壓值Ptl，用戶終端處的高度值h、氣壓值P。
全文摘要
本發明公開了一種基於基準站的氣壓相對測量求得精確高程的方法，利用無線通信網基站的已知高程值、氣壓測量值及待測點的氣壓測量值，求解待測點高程。具體是利用地面移動通信網，在其基站安裝氣壓測量傳感器作為相對測量基站。利用基站傳輸鏈路把有關測量數據傳送給用戶，用戶終端裝有氣壓傳感器晶片，測量得到終端處的氣壓值，便利用高程與氣壓值之間的對應關係，計算得到終端處相對於基站氣壓傳感器安裝位置的相對高程。同樣若知道基站與終端處的溫度，也可利用這兩個溫度測量值，對高程與氣壓值間的關係式進行修正，進一步提高高程計算轉換精度。把本發明方法的高程計算值代入各類定位測量方程，則可進一步提高測量方程三維定位解的精度。
文檔編號G01C5/06GK102735213SQ20111008277
公開日2012年10月17日 申請日期2011年4月2日 優先權日2011年4月2日
發明者餘彥培, 劉威, 呂子平, 張麗榮, 施滸立, 杜曉輝, 鄧中亮, 馬利華 申請人:中國科學院國家天文臺, 北京郵電大學, 北京首科信通科技有限責任公司