一种用于无验潮水深测量的动态精密单点定位方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及动态精密单点定位领域，尤其设及精密单点定位技术在无验潮水深测 量中的应用，加快动态精密单点定位的收敛速度。 技术背景
[0002] 卫星定位技术在海洋测绘领域已经得到了较为长远的发展，将卫星定位技术与水 深测量紧密地结合起来，能够实现自动化的高精度航道水深测量。无验潮水深测量的基本 原理是利用高精度的卫星定位技术得到天线中屯、高程，通过高程转换得到所需坐标系中的 标高，根据测深仪数据等信息，最终计算得到水底泥面相对深度基准面的高程。该系统主要 由接收机设备、测深系统、水上导航采集软件组成，其中卫星接收机设备的定位精度是测量 系统成果的主要影响因素之一。
[0003] 当前无验潮水深测量主要使用的定位技术为差分定位技术，但差分定位在水深测 量中会受到测区离基准站的距离的限制，采用基于实时相位差分的作业距离一般不超过 12km，采用事后相位差分的作业距离一般不超过50km，并且存在至少需要两台双频接收机， 作业成本较高等缺点。将动态精密单点定位技术应用于无验潮水深测量，能够有效解决离 基站较远无法进行定位的问题，它还具有不需要建立基准站、测得的点位结果之间不存在 误差积累等优势，但传统的动态精密单点定位技术需要长时间的收敛过程。
【发明内容】
[0004] 为了克服现有技术的不足，本发明目的是公开一种附有水位约束的动态精密单点 定位新方法，能够较好地应用于内河航道的水深测量中，解决目前差分定位技术受距离限 审IJ、作业成本较高；W及传统动态精密单点定位技术收敛时间长的问题。
[0005] 为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0006] -种用于无验潮水深测量的动态精密单点定位方法，该方法包括W下步骤：
[0007] 步骤一:读取验潮站初始位置的水位值d水位，利用初始位置的水位值d水位与高程值 助4?转换公式助腐=L+d水位+C得到接收机天线中屯、的高程值助腐;L表示接收机天线到水面 的高差;ζ为高程异常值，将理论深度基准面当成似大地水准面，理论深度基准面就是似大 地水准面到参考楠球面的高程异常值ζ。
[000引步骤二:从接收机得到的双频伪距和载波相位观测值，列出"消电离层组合"的动 态精密单点定位模型：
[0009]
[0010]
[00川式中，Li、L2分另鳩GI^信号调制波Li、L2载波上改正后的相位观测值(单位为m); [001^ Pi、h分别是GPS信号调制波Li、L2载波上改正后的伪距观测值；
[001引fl、f2分别是Li、L2载波的频率;λι、λ2分别是Li、L2载波的波长；
[0014] 化、化分别是b、L2载波的整周模糊度；
[0015] P是卫星到接收机的几何距离;C是光速；
[0016] 化r、化S分别是接收机钟差和卫星钟差.
[0017] 化rop是对流层延迟项；
[0018] €&.、分别是"消电离层组合"伪距和相位观测值的残差值.
[0019] 在动态精密单点定位模型中，每个历元的接收位置参数都是不断变化的，进行 Kalman滤波时，设置噪声向量协方差阵的坐标相关参数为（100m)2。将动态精密单点定位模 型进行线性化：
[0020] V=AX-L
[0021 ] X = [δχ,δγ，δζ，dtr，Strop,化，...，Νη]τ
[0022] 式中，接收机r观测的任意一颗卫星i的系数矩阵为：
[0023]
[0024] 式中，xi、yi、zi表示卫星i的坐标，χτ、γτ、ζτ表示接收机r的坐标，片表示卫星到接收 机的几何距离;Ml表示天顶方向上的对流层湿延迟投影函数；第一行为载波相位观测方程 式系数，第二行为伪距观测方程式系数。
[0025] 步骤Ξ:在动态精密单点定位模型中加入高程约束条件：
[0026] V = RX-W
[0027] 高程约束条件的系数阵为：
[002引
[0029] 上式中，Bo、Lo分别表示接收机的概略缔度和经度;在。表示通过初始位置水位值d水位 推算得到的天线中屯、的高程值世i幅;内河航道水面的短时间波动范围一般在20cmW内，在 动态Kalman滤波模型中，将噪声向量协方差阵的高程约束相关参数设置为(0.2m)2;
[0030] 步骤四：利用动态精密单点定位计算得到接收机天线的Ξ维坐标;通过动态精密 单点定位技术可W得至化PS天线中屯、的高程值Η为嶋，测量出GPS天线中屯、到换能器底部的高 差L和吃水深度恥氷，结合测深仪得到的水深值助媒，可得到泥面相对于参考楠球面的高程 为：
[0031 ] He二助嶋A-HufeR-访煉
[0032] 泥面相对于理论深度基准面的高程为：
[0033] η=Η*仑-He
[0034] = Η*仑-(Η为嶋-k啦*-访煉）
[003引 =(Η?仑-H为嶋)+L+抵片邮采
[0036] 最终得到深度基准面高程，即水深可W表示为：
[0037] Η=L+抵片邮采-H为嶋+ζ
[0038] 本发明由于采用上述方法，采用精密单点定位技术，达到作业范围不受限制、减少 作业设备的优势。采用上述方法后，因内河航道水位值在短时间内变化较小，根据开始测试 时已知的水位值反推出接收机天线高程，作为定位高程约束条件，能够有效加快动态精密 单点定位的收敛速度，实现了在高程方向的定位结果快速收敛，提高了精密单点定位技术 在水深测量领域的应用的效率。
【附图说明】
[0039] 图1是方法流程图；
[0040] 图2是无验潮水深测量中的高程空间结构关系。
【具体实施方式】
[0041] 下面将结合附图与【具体实施方式】对本发明的技术方案作进一步详细说明：
[0042] 如图1所示为方法流程图。下面使用中海达V30接收机和皿-310测深仪在长江南京 段上采集动态GPS/化0NASS双系统、双频伪距和载波观测数据，采样率为Is,卫星截止高度 角为10°。采用本发明提出的新方法进行动态解算，并将最终定位结果与传统精密单点定位 结果、W及验潮站水位进行比较。
[0043] 首先从IGS网站下载所需时段的精密星历和精密钟差产品，结合记录的原始观测 数据和初始水位值，采用自主编写的附有水位约束的动态精密单点定位软件，对数据进行 预处理和各项误差计算后，计算得到每个历元的接收机天线坐标，最终得到水位成果，并与 其他方式得到的结果进行对比分析。
[0044] 如图2所示为无验潮水深测量中的高程空间结构关系。通过卫星定位技术得到高 精度的接收机天线的Ξ维坐标，该高程值属于大地高系统，进行一系列高程转换后，可直接 得到最终水位结果。反之，可根据水位信息反算得到天线中屯、的高程值，下面列出该转换方 法的计算过程：
[0045] Η为幅=L+d浙立+H*仑
[0046] 在实际工程中，将理论深度基准面当成似大地水准面，所WH?仑