[发明专利]一种基于卫星定向的方位标定方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及定向测量技术领域，具体涉及一种采用卫星定向技术作为方位基线的方位标定方法和装置。

背景技术

真北方位的精确测量是大地测量、工程测绘、仪器标定等领域的基础问题，形成了以陀螺寻北仪、经纬仪、全站仪等为代表的一系列测量仪器及配套方法，其中经纬仪、全站仪可以精确地测量方位的差值，而不能直接提供真北信息，陀螺寻北仪可以标定秒级的真北方位，但价格昂贵，标定的时间较长，通常需要10至20分钟。衍生出的陀螺经纬仪、陀螺全站仪将陀螺寻北仪的真北标定功能与经纬仪/全站仪的角度差测量功能结合起来，形成了完整的真北标定功能，但设备价格高昂，不便于携带，仅能用于极少数高精度应用和对标定时间要求宽松的场合。

另一种真北方位标定的方法是在作业区域内设置预先标定好的高精度标杆或标志点作为基准，采用经纬仪或全站仪将基准点的方位引入到待测点完成传递，这种方法的显著缺点是不能实现随时随地标定，只能在标杆或标准点附近才能进行作业，因此严重限制了应用范围。

随着以GPS(Global Positioning System,全球定位系统)为代表的卫星导航技术的兴起，采用卫星导航技术完成位置和方位的测量已经成为一种常见的测量技术手段，与传统的测量技术相比，卫星定向可以提供两个天线之间的真北方位，具有全天候、全天时、精度高、成本低、速度快等优点。我国独立自主的“北斗二号”区域卫星导航系统已于2012年底投入正式运营，该系统为我国及周边区域提供与GPS系统类似的服务功能，计划在2020年前后拓展为全球覆盖的卫星导航系统，进一步提升了卫星定位定向的覆盖性、可用性、精度和速度。

现有的将卫星定位定向技术与经纬仪/全站仪等设备结合的方法通常采用固定站差分、精密单点定位(Precise Point Positioning,PPP)、实时动态差分(Real-time kinematic,RTK)等技术。以专利《一种差分GPS定向方位引入方法》(申请号201210319014.0)为例，仍然需要架设一个固定站播发差分信息，主运动站和运动参考站接收差分信息后提高定位精度，根据二者定位结果计算它们的基线方位，再利用经纬仪传递该基线方位测量待测的方位角。这种方法的缺点是没有摆脱传统的固定站/运动站的差分模式，仅能在固定站播发的差分信息覆盖范围内进行操作，也不能实现随时随地地方位标定；超站仪是将全站仪与GPS技术结合的一种仪器设备，通常采用PPP技术实现无需控制点的快速高精度定位测量，不能完成方位的标定；专利《全站仪与GPS单频实时动态组合测量方法及其系统》(申请号：200510110504.X)本质上是一种单频RTK系统，GPS与全站仪的组合是利用全站仪提供的角度和距离测量值为单频RTK的解算提供先验信息，不涉及方位的传递问题。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明所要解决的问题是摆脱地面标杆/标志点或卫星固定站等限制定向作业范围的技术手段，实现任意地点的快速真北方位标定。为解决上述问题，本发明提出一种基于卫星定向的方位标定方法及装置，该技术采用基于载波相位解模糊的高精度相对定位原理实现两个卫星天线表征的基线的真北方位标定，再利用经纬仪或全站仪等角度测量仪器实现基线方位的引出，测量待测方位的真北信息。为便于表述，角度测量仪器统一以经纬仪表示，但实际可包含全站仪等其它包含角度测量功能的设备。

一种基于卫星定向的方位标定方法，步骤如下：

S1.设置经纬仪与主GNSS天线

将主GNSS天线架设在经纬仪上，要求经纬仪横轴回转中心与主GNSS天线相位中心重合，经纬仪与主GNSS天线的组合架设在三脚架上，调节底座，使得主GNSS天线保持水平；

S2.设置辅助瞄准标志与从GNSS天线

在从GNSS天线下方设置辅助瞄准标志，辅助瞄准标志的中心与从GNSS天线相位中心的连线与从GNSS天线的轴线重合，从GNSS天线与辅助瞄准标志的组合架设在三脚架或连杆上，调节底座，使得从GNSS天线保持水平；

S3.双天线导航信号接收

两个GNSS天线的信号分别经过射频电路处理转换为中频信号，再由A/D转换将模拟信号采样为数字信号；对数字信号进行捕获、跟踪和解调，获取对应的伪距、载波相位和电文原始观测数据；

S4.卫星基线定向解算