专利名称：基于基准站的气压相对测量求得精确高程的方法
技术领域：
本发明涉及高程测量技术领域，是一种基于基准站的气压相对测量求得精确高程的方法，利用气压、温度与高程之间的对应关系来计算装有气压芯片和温度芯片终端高程的方法。
背景技术：
全球定位系统(GPS)中有一种能显著地改善其精度和完善性的技术，称为差分GPS (DGPS)。它要求有高质量的GPS “基准接收机”放在经过精确测量的位置上，基准站估计每颗卫星至测量点的距离测量值的慢变化误差分量，并对每颗视界内的卫星及传输路径形成校正值。该校正值通过通信链路发送给所有的DGPS用户，这样可以利用相似关系修正差分用户在其测量位置基准点对卫星和传输路径的测量值的修正。差分修正分局域差分改正和广域差分改正两大类，其中局域GPS(LADGPS)差分的典型有效工作距离可达150km。在这个范围内，差分改正能明显地改善所有用户的精度，不管选择可用性(SA)是否实施均如此。这种改善的有效性是因为最大的GPS误差随时间变化较慢。差分GPS还对各类GPS用户可明显地改善“完善性”或真实性，因为它降低了 GPS用户可能遭受的由未检测出来的系统故障而产生的不可接受的位置误差的概率。从上述概述中可以看到差分GPS对误差修正的有效性和局限性，它通过在基站处检出误差来修正其周围局域区内接收机的测量值。但由于其改正效果与距离强相关，所以测量修正精度与测量点距离基准点的远近有关，相距越远时，测量相似性越差，差分改正误差的效果也会降低。在GPS中差分修正主要有伪距差分、位置差分和载波相位差分等几类，在全世界已得到广泛应用。
发明内容
本发明的目的是公开一种基于基准站的气压相对测量求得精确高程的方法，以克服现有技术的不足。为达到上述目的，本发明的技术解决方案是—种基于基准站的气压相对测量求得精确高程的方法，其利用无线通信网基站的已知高程值、气压测量值以及待测点的气压测量值，去求解待测点高程；具体是在地面移动通信网或无线局域网或传感网的基站里安装气压测量传感器、温度传感器，用基站传输链路把有关测量数据传送给用户，用户终端装有气压传感器芯片、温度传感器芯片，测量到终端处的气压值、温度值，利用高程与气压值之间的对应关系，计算得到用户终端处相对于基站气压传感器位置的相对高程；用基站处的温度测量值和用户终端处的温度测量值，修正气压和高程间的计算关系式，提高高程计算转换精度。所述的求得精确高程的方法，其所述地面移动通信网络，包括GSM、CDMA、TD_CDMA、WCDMA.CDMA2000.3G网络；局域传感网络，包括WiFi、Zigbee、RFID、红外、超声网络。所述的求得精确高程的方法，其所述用户终端的气压传感器芯片，为硅压力元件，例如采用瑞士 Intersema公司的MS5607-B或MS5534C，该芯片精度高、稳定性好、耗电低，保证测量精度。所述的求得精确高程的方法，其包括步骤A)在地面移动通信网或无线局域网或传感网的基站里安装气压测量传感器、温度传感器；B)在用户终端设置气压传感器芯片、温度传感器芯片；C)建立局域坐标系；D)通过用户终端气压测高得到用户终端处位置高程值； E)将各基站的伪距测量值转换为基站至用户的水平投影距离；F)解算用户平面位置坐标及钟差，得到局域坐标系中的三维位置坐标；G)将用户局域坐标系中的三维位置坐标转换至地心地固坐标系下的三维位置坐标；H)得到地心地固坐标系中用户终端处位置高程值，输出。所述的求得精确高程的方法，其所述D)步中，还包括用地面移动通信网或无线局域网或传感网的基站气压数据修正高程值，或用用户终端温度测量值与基站处的温度测量值对照，修正高程值。所述的求得精确高程的方法，其若把气压高程用于用户终端定位，高程作为约束进入定位测量方程，可以降维求解测量方程，改善测量方程的几何衰减因子(DOP)值，从而能高精度求得用户水平方向二维定位解，加上已知高程，故获得用户终端的高精度三维定位精度；若地面网络与卫星导航系统组合建立天地一体化定位系统，同样可进一步提高卫星导航定位系统的三维定位精度，特别是高程测量精度。所述的求得精确高程的方法，其所述定位测量方程，为h-h0 = 18410〔1 +y 或- h0 = 67.4 (273.15+7；) Ig^-式中，Tm是平均温度(K)，基站的高度值Iv气压值Ptl，用户终端处的高度值h、气压值P。本发明方法的优点在于由于地面无线移动通信网基站分布密度大，传输能力强，所以利用基站作为基准站，基准点与测量点之间的距离间隔比较小，故测量数值间的相似性极好，相对计算精度会很高。
图I为气压随时间周期性变化的日变化曲线图；图2为本发明基于基准站的气压相对测量求得精确高程的方法示意图；图3为本发明基于基准站的气压相对测量求得精确高程的方法的流程图。
具体实施例方式本发明的一种基于基准站的气压相对测量求得精确高程的方法，利用差分的设计理念，在地面移动通信网或无线局域网(或传感网)的地面移动网基站处安装气压测量、温度测量等传感器，并利用地面无线移动网把基站位置处的气压测量值P。、温度测量值Ttl和高程位置值h传给用户终端。用户终端同样装有气压测量芯片和温度测量芯片，这样用户终端可以测得终端处的气压值P和温度值T，利用基站的值和终端测点的P、T值便可以利用气压、温度测量值与高程测量值之间的对应关系，计算得到各终端测量点处的高程。终端处的测量值P、T和基站的测量值tv P0, T0,是需要通过地面无线移动传输链路进行测量值的传输与汇总的。由于地面无线移动通信网基站分布密度大，传输能力强，所以利用基站作为基准站，基准点与测量点之间的距离间隔比较小，故测量数值间的相似性极好，相对计算精度会很高。这些都是本发明方法的长处和优势。本发明的一种基于基准站的气压相对测量求得精确高程的方法，在理论上必须建立气压测量值、温度测量值与高程位置之间的对应关系。现把对应关系和具体实施步骤叙述和推理如下空气压强是描述大气状态的重要物理量，单位通常用百帕(hPa，即100帕斯卡，过去称为毫巴)表示，一个大气压值等于1013. 25百帕，海平面气压值约在980 1040百帕之 间变动，强台风中心大多低于950百帕甚至低于900百帕，而高气压(例如寒潮)中心处的气压值可能达到1050百帕。观测表明，随着海拔高度的增加，气压值按指数减少，海拔IOkm高处的气压值会降到只有海平面气压的25%左右。中国青藏高原平均海拔4000多米，地面平均气压仅约600百帕。而气压在水平方向的分布比较均匀，一般情况下，相距IOOkm约变化I百帕。表I给出了单位气压高度差与气压和温度的关系，由气压在垂直方向的变化可粗略估计高度的变化。表I单位气压高度差与气压及温度之间的关系(单位米/百帕)
权利要求
1.一种基于基准站的气压相对测量求得精确高程的方法，其特征在于，利用无线通信网基站的已知高程值、气压测量值以及待测点的气压测量值，去求解待测点高程；具体是在地面移动通信网或无线局域网或传感网的基站里安装气压测量传感器、温度传感器，用基站传输链路把有关测量数据传送给用户，用户终端装有气压传感器芯片、温度传感器芯片，测量到终端处的气压值、温度值，利用高程与气压值之间的对应关系，计算得到用户终端处相对于基站气压传感器位置的相对高程； 用基站处的温度测量值和用户终端处的温度测量值，修正气压和高程间的计算关系式，提高高程计算转换精度。
2.如权利要求I所述的求得精确高程的方法，其特征在于，所述地面移动通信网络，包括651\^0獻、了0气0獻、概0獻、00獻2000、36网络；局域传感网络，包括WiFi、Zigbee、RFID、红外、超声网络。
3.如权利要求I所述的求得精确高程的方法，其特征在于，所述用户终端的气压传感器芯片，为硅压力元件，采用瑞士 Intersema公司的MS5607-B或MS5534C，该芯片精度高、稳定性好、耗电低，保证测量精度。
4.如权利要求I所述的求得精确高程的方法，其特征在于，包括步骤 A)在地面移动通信网或无线局域网或传感网的基站里安装气压测量传感器、温度传感器； B)在用户终端设置气压传感器芯片、温度传感器芯片； C)建立局域坐标系； D)通过用户终端气压测高得到用户终端处位置高程值； E)将各基站的伪距测量值转换为基站至用户的水平投影距离； F)解算用户平面位置坐标及钟差，得到局域坐标系中的三维位置坐标； G)将用户局域坐标系中的三维位置坐标转换至地心地固坐标系下的三维位置坐标； H)得到地心地固坐标系中用户终端处位置高程值，输出。
5.如权利要求I所述的求得精确高程的方法，其特征在于，所述D)步中，还包括用地面移动通信网或无线局域网或传感网的基站气压数据修正高程值，或用用户终端温度测量值与基站处的温度测量值对照，修正高程值。
6.如权利要求I所述的求得精确高程的方法，其特征在于，若把气压高程用于用户终端定位，高程作为约束进入定位测量方程，可以降维求解测量方程，改善测量方程的几何衰减因子值，从而能高精度求得用户水平方向二维定位解，加上已知高程，故获得用户终端的高精度三维定位精度；若地面网络与卫星导航系统组合建立天地一体化定位系统，同样可进一步提高卫星导航定位系统的三维定位精度，特别是高程测量精度。
7.如权利要求I所述的求得精确高程的方法，其特征在于，所述定位测量方程，为 式中，Tm是平均温度(K)，基站的高度值Iv气压值Ptl，用户终端处的高度值h、气压值P。
全文摘要
本发明公开了一种基于基准站的气压相对测量求得精确高程的方法，利用无线通信网基站的已知高程值、气压测量值及待测点的气压测量值，求解待测点高程。具体是利用地面移动通信网，在其基站安装气压测量传感器作为相对测量基站。利用基站传输链路把有关测量数据传送给用户，用户终端装有气压传感器芯片，测量得到终端处的气压值，便利用高程与气压值之间的对应关系，计算得到终端处相对于基站气压传感器安装位置的相对高程。同样若知道基站与终端处的温度，也可利用这两个温度测量值，对高程与气压值间的关系式进行修正，进一步提高高程计算转换精度。把本发明方法的高程计算值代入各类定位测量方程，则可进一步提高测量方程三维定位解的精度。
文档编号G01C5/06GK102735213SQ20111008277
公开日2012年10月17日 申请日期2011年4月2日 优先权日2011年4月2日
发明者余彦培, 刘威, 吕子平, 张丽荣, 施浒立, 杜晓辉, 邓中亮, 马利华 申请人:中国科学院国家天文台, 北京邮电大学, 北京首科信通科技有限责任公司