一種用于無驗潮水深測量的動態精密單點定位方法技術

本發明專利技術公開了一種用于無驗潮水深測量的動態精密單點定位方法，涉及動態精密單點定位領域，該方法基于附有水位約束的動態精密單點定位技術，通過開始測試位置的水位值推算得到接收機天線高程，根據內河航道水位變化不大的特點，在觀測方程中引入高程約束條件，采用附有高程約束的動態精密單點定位模型得到每個測點的平面和高程信息，進而計算各測點處的水位值，本發明專利技術提供的一種用于無驗潮水深測量的動態精密單點定位方法，能夠加快動態精密單點定位收斂的時間，提高工作效率。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術設及動態精密單點定位領域，尤其設及精密單點定位技術在無驗潮水深測 量中的應用，加快動態精密單點定位的收斂速度。 技術背景 衛星定位技術在海洋測繪領域已經得到了較為長遠的發展，將衛星定位技術與水 深測量緊密地結合起來，能夠實現自動化的高精度航道水深測量。無驗潮水深測量的基本 原理是利用高精度的衛星定位技術得到天線中屯、高程，通過高程轉換得到所需坐標系中的 標高，根據測深儀數據等信息，最終計算得到水底泥面相對深度基準面的高程。該系統主要 由接收機設備、測深系統、水上導航采集軟件組成，其中衛星接收機設備的定位精度是測量 系統成果的主要影響因素之一。 當前無驗潮水深測量主要使用的定位技術為差分定位技術，但差分定位在水深測 量中會受到測區離基準站的距離的限制，采用基于實時相位差分的作業距離一般不超過 12km，采用事后相位差分的作業距離一般不超過50km，并且存在至少需要兩臺雙頻接收機， 作業成本較高等缺點。將動態精密單點定位技術應用于無驗潮水深測量，能夠有效解決離 基站較遠無法進行定位的問題，它還具有不需要建立基準站、測得的點位結果之間不存在 誤差積累等優勢，但傳統的動態精密單點定位技術需要長時間的收斂過程。
技術實現思路
為了克服現有技術的不足，本專利技術目的是公開一種附有水位約束的動態精密單點 定位新方法，能夠較好地應用于內河航道的水深測量中，解決目前差分定位技術受距離限 審IJ、作業成本較高；W及傳統動態精密單點定位技術收斂時間長的問題。 為達到上述目的，本專利技術提供如下技術方案： -種用于無驗潮水深測量的動態精密單點定位方法，該方法包括W下步驟： 步驟一:讀取驗潮站初始位置的水位值d水位，利用初始位置的水位值d水位與高程值 助4?轉換公式助腐=L+d水位+C得到接收機天線中屯、的高程值助腐;L表示接收機天線到水面 的高差;ζ為高程異常值，將理論深度基準面當成似大地水準面，理論深度基準面就是似大 地水準面到參考楠球面的高程異常值ζ。[000引步驟二:從接收機得到的雙頻偽距和載波相位觀測值，列出"消電離層組合"的動 態精密單點定位模型：[00川式中，Li、L2分另鳩GI^信號調制波Li、L2載波上改正后的相位觀測值(單位為m); [001^ Pi、h分別是GPS信號調制波Li、L2載波上改正后的偽距觀測值；[001引fl、f2分別是Li、L2載波的頻率;λι、λ2分別是Li、L2載波的波長； 化、化分別是b、L2載波的整周模糊度； P是衛星到接收機的幾何距離;C是光速； 化r、化S分別是接收機鐘差和衛星鐘差. 化rop是對流層延遲項； €&.、分別是"消電離層組合"偽距和相位觀測值的殘差值. 在動態精密單點定位模型中，每個歷元的接收位置參數都是不斷變化的，進行 Kalman濾波時，設置噪聲向量協方差陣的坐標相關參數為（100m)2。將動態精密單點定位模 型進行線性化： V=AX-L X = τ 式中，接收機r觀測的任意一顆衛星i的系數矩陣為： 式中，xi、yi、zi表示衛星i的坐標，χτ、γτ、ζτ表示接收機r的坐標，片表示衛星到接收 機的幾何距離;Ml表示天頂方向上的對流層濕延遲投影函數；第一行為載波相位觀測方程 式系數，第二行為偽距觀測方程式系數。 步驟Ξ:在動態精密單點定位模型中加入高程約束條件： V = RX-W 高程約束條件的系數陣為：[002引 上式中，Bo、Lo分別表示接收機的概略締度和經度;在。表示通過初始位置水位值d水位 推算得到的天線中屯、的高程值世i幅;內河航道水面的短時間波動范圍一般在20cmW內，在 動態Kalman濾波模型中，將噪聲向量協方差陣的高程約束相關參數設置為(0.2m)2; 步驟四：利用動態精密單點定位計算得到接收機天線的Ξ維坐標;通過動態精密 單點定位技術可W得至化PS天線中屯、的高程值Η為嶋，測量出GPS天線中屯、到換能器底部的高 差L和吃水深度恥氷，結合測深儀得到的水深值助媒，可得到泥面相對于參考楠球面的高程 為： He二助嶋A-HufeR-訪煉 泥面相對于理論深度基準面的高程為： η=Η*侖-He = Η*侖-(Η為嶋-k啦*-訪煉）[003引 =(Η?侖-H為嶋)+L+抵片郵采 最終得到深度基準面高程，即水深可W表示為： Η=L+抵片郵采-H為嶋+ζ 本專利技術由于采用上述方法，采用精密單點定位技術，達到作業范圍不受限制、減少 作業設備的優勢。采用上述方法后，因內河航道水位值在短時間內變化較小，根據開始測試 時已知的水位值反推出接收機天線高程，作為定位高程約束條件，能夠有效加快動態精密 單點定位的收斂速度，實現了在高程方向的定位結果快速收斂，提高了精密單點定位技術 在水深測量領域的應用的效率。【附圖說明】 圖1是方法流程圖； 圖2是無驗潮水深測量中的高程空間結構關系。【具體實施方式】 下面將結合附圖與【具體實施方式】對本專利技術的技術方案作進一步詳細說明： 如圖1所示為方法流程圖。下面使用中海達V30接收機和皿-310測深儀在長江南京 段上采集動態GPS/化0NASS雙系統、雙頻偽距和載波觀測數據，采樣率為Is,衛星截止高度 角為10°。采用本專利技術提出的新方法進行動態解算，并將最終定位結果與傳統精密單點定位 結果、W及驗潮站水位進行比較。 首先從IGS網站下載所需時段的精密星歷和精密鐘差產品，結合記錄的原始觀測 數據和初始水位值，采用自主編寫的附有水位約束的動態精密單點定位軟件，對數據進行 預處理和各項誤差計算后，計算得到每個歷元的接收機天線坐標，最終得到水位成果，并與 其他方式得到的結果進行對比分析。 如圖2所示為無驗潮水深測量中的高程空間結構關系。通過衛星定位技術得到高 精度的接收機天線的Ξ維坐標，該高程值屬于大地高系統，進行一系列高程轉換后，可直接 得到最終水位結果。反之，可根據水位信息反算得到天線中屯、的高程值，下面列出該轉換方 法的計算過程： Η為幅=L+d浙立+H*侖 在實際工程中，將理論深度基準面當成似大地水準面，所WH?侖當前第1頁1 2 本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于無驗潮水深測量的動態精密單點定位方法，其特征在于該方法包括以下步驟：步驟一：讀取驗潮站初始位置的水位值d水位，利用初始位置的水位值d水位與高程值H大地高轉換公式H大地高＝L+d水位+ζ得到接收機天線中心的高程值H大地高；L表示接收機天線到水面的高差；ζ為高程異常值，將理論深度基準面當成似大地水準面，理論深度基準面就是似大地水準面到參考橢球面的高程異常值ζ。步驟二：從接收機得到的雙頻偽距和載波相位觀測值，列出“消電離層組合”的動態精密單點定位模型：式中，L1、L2分別是GPS信號調制波L1、L2載波上改正后的相位觀測值(單位為m)；P1、P2分別是GPS信號調制波L1、L2載波上改正后的偽距觀測值；f1、f2分別是L1、L2載波的頻率；λ1、λ2分別是L1、L2載波的波長；N1、N2分別是L1、L2載波的整周模糊度；ρ是衛星到接收機的幾何距離；c是光速；dtr、dts分別是接收機鐘差和衛星鐘差；dtrop是對流層延遲項；分別是“消電離層組合”偽距和相位觀測值的殘差值；在動態精密單點定位模型中，每個歷元的接收位置參數都是不斷變化的，?進行Kalman濾波時，設置噪聲向量協方差陣的坐標相關參數為(100m)2。將動態精密單點定位模型進行線性化：V＝AX?LX＝[δx，δy，δz，dtr，δtrop，N1，…，Nn]T式中，接收機r觀測的任意一顆衛星i的系數矩陣為：式中，xi、yi、zi表示衛星i的坐標，Xr、Yr、Zr表示接收機r的坐標，表示衛星到接收機的幾何距離；Mi表示天頂方向上的對流層濕延遲投影函數；第一行為載波相位觀測方程式系數，第二行為偽距觀測方程式系數。步驟三：在動態精密單點定位模型中加入高程約束條件：V＝RX?W高程約束條件的系數陣為：上式中，BO、LO分別表示接收機的概略緯度和經度；表示通過初始位置水位值d水位推算得到的天線中心的高程值H大地高；內河航道水面的短時間波動范圍一般在20cm以內，在動態Kalman濾波模型中，將噪聲向量協方差陣的高程約束相關參數設置為(0.2m)2；步驟四：利用動態精密單點定位計算得到接收機天線的三維坐標；通過動態精密單點定位技術可以得到GPS天線中心的高程值H大地高，測量出GPS天線中心到換能器底部的高差L和吃水深度H吃水，結合測深儀得到的水深值H水深，可得到泥面相對于參考橢球面的高程為：H泥面＝H大地高?L?H吃水?H水深泥面相對于理論深度基準面的高程為：H＝H理論?H泥面＝H理論?(H大地高?L?H吃水?H水深)＝(H理論?H大地高)+L+H吃水+H水深最終得到深度基準面高程，即水深可以表示為：H＝L+H吃水+H水深?H大地高+ζ?。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：顧網林，徐峰，李術元，李昱，周慶雷，肖祖惠，方向，夏輝宇，翟信德，潘曉峰，劉芳，高成發，何帆，時小飛，
申請(專利權)人：長江南京航道局，
類型：發明
國別省市：江蘇;32