[发明专利]一种集成GNSS和激光跟踪仪的垂线偏差测量装置及方法

说明书

本发明公开了一种集成GNSS和激光跟踪仪的垂线偏差测量装置及方法。垂线偏差测量装置包括一基座、一圆筒、一自由落体靶球、若干固定靶球、一激光跟踪仪以及若干个GNSS接收机。垂线测量方法包括如下步骤：s1.安置好垂线偏差测量装置，将圆筒内部抽成真空；s2.利用体固坐标系下坐标已知的GNSS接收机获取测点P在地固坐标系下的坐标及体固坐标系与地固坐标系之间的转换参数；s3.利用激光跟踪仪获取独立坐标系与体固坐标系转换参数及重力方向矢量；s4.求得测点P的天文大地垂线偏差及其子午圈和卯酉圈分量；s5.求得测点P的重力垂线偏差及其子午圈和卯酉圈分量。本发明可以高效快速获得测点的高精度垂线偏差，具有测量效率高，测量结果可靠，测量精度高等优势。

技术领域

本发明涉及一种集成GNSS和激光跟踪仪的垂线偏差测量装置及方法。

背景技术

地面一点上的重力方向矢量g_di与相应椭球面上的法线向量p之间的夹角u为该点的垂线偏差，它表示大地水准面的倾斜。通常会把u用子午圈分量ξ(南北方向的分量)和卯酉圈分量η(东西方向的分量)表示。显然，根据所采用的椭球不同可分为绝对垂线偏差及相对垂线偏差，垂线同总地球椭球(或参考椭球)法线构成的角度称为绝对(或相对)垂线偏差，它们统称为天文大地垂线偏差。另外，把实际重力场中的重力方向矢量g_di与正常重力场中的正常重力方向矢量g_nor之间的夹角称为重力垂线偏差。在精度要求不高时，可把天文大地垂线偏差看作是重力垂线偏差，即把总的地球椭球认为是正常椭球。然而，在高精度测量中正常椭球的力线与总地球椭球法线是有区别的，区别的大小与地球形状、点的高程及位置有关。

垂线偏差在天文大地测量中具有重要的作用，例如：垂线偏差可用于计算高程异常、大地水准面差距，推求平均地球椭球或参考椭球的大小、形状和定位，并用于天文大地测量数据的归算，也可用于空间技术和精密工程测量。

为了能够及时高效的测定高精度的垂线偏差，需要高效的测量仪器及使用方法。

现有技术中，测定垂线偏差一般有以下四种方法：天文大地测量方法、重力测量方法、天文重力测量方法以及GPS水准测量方法。

其中重力测量方法和天文重力测量方法都需要全球或一定区域的重力异常数据积分获得所需参量，因此属于间接法；天文大地测量方法和GPS水准测量方法可以对观测数据的简单计算获得垂线偏差，可称为直接方法。天文大地测量方法的测量精度最高，可达到0.3″，即满足天文大地测量规范中对垂线偏差测量的一等精度要求。

然而上述四种方法中的前三种，都存在工作量大，测量效率低的不足；GPS水准测量方法测定垂线偏差必须应用水准测量技术，以获取大地水准面差距之差或高程异常差，一般会结合精密水准仪，但由于受仪器本身精度及外界条件的制约，大地高差和水准高差测量精度不高。垂线偏差的高精度测量仪器主要有天文经纬仪和数字天顶摄影仪，其测量原理为天文大地测量法，虽然测量精度较高，但受测量环境制约较为严重，只能在天气晴朗的夜晚进行观测，且不能存在背景光的影响，因此天文经纬仪和数字天顶摄影仪在背景光较为强烈的人群密集区测量效果较差。由此可见，现有技术需要进一步改进。

发明内容

本发明的目的在于提出一种集成GNSS和激光跟踪仪的垂线偏差测量装置，以便能够高效、快速获得测点的高精度垂线偏差，该装置对气象条件要求较低并且可全天候作业。

本发明为了实现上述目的，采用如下技术方案：

一种集成GNSS和激光跟踪仪的垂线偏差测量装置，包括一基座、一圆筒、一自由落体靶球、若干固定靶球、一激光跟踪仪以及若干个GNSS接收机；

其中：圆筒垂直安装于基座上，且圆筒的中心与基座的中心对准；

激光跟踪仪位于圆筒内；

激光跟踪仪安装于圆筒顶盖的内侧壁中心位置，或安置于圆筒内侧底部中心位置；