CN113031093A - 重力测量系统、方法、装置、计算机设备和存储介质 - Google Patents

重力测量系统、方法、装置、计算机设备和存储介质 Download PDF

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CN113031093A CN202110252811.0A CN202110252811A CN113031093A CN 113031093 A CN113031093 A CN 113031093A CN 202110252811 A CN202110252811 A CN 202110252811A CN 113031093 A CN113031093 A CN 113031093A
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赵琴
伍康
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Abstract

本申请涉及一种重力测量系统、方法、装置、计算机设备和存储介质。所述系统包括：主站、至少两个搭载于移动设备上的信标、至少三个设置于地面上的从站、一个设置于空中的从站和时频同步模块，其中一个所述信标的位置与所述移动设备的重力仪的位置相同；所述从站，用于接收各所述信标发送的信标信号和所述重力仪的初始重力测量值，并将所述信标信号和所述初始重力测量值发送至所述主站；所述主站，用于在时频同步模块将从站的本地频率信号和主站的本振信号同步锁定时，根据所述信标信号确定各所述信标的位置信息；根据各所述信标的位置信息和所述初始重力测量值，确定目标重力测量值。采用本方法能够提高重力测量方法精度且成本低。

Description

重力测量系统、方法、装置、计算机设备和存储介质
技术领域
本申请涉及重力测量技术领域，特别是涉及一种重力测量系统、方法、装置、计算机设备和存储介质。
背景技术
随着大地测量、军事科学、空间技术、海洋学等学科的发展，地球重力场测量和研究越来越重要。航空重力测量是以移动设备为载体的一种新型重力测量技术，将重力检测仪放置在移动设备上，在移动设备移动过程中实现连续重力测量。但移动设备移动过程中飞机的位置和飞机的姿态对读取重力检测仪的重力测量值会造成误差。
以飞机为载体为例，现有技术对误差进行修正时，通常是通过全球定位技术(Global Positioning System，GPS)的卫星观测飞机运行数据。或者通过惯导系统的定位数据修复GPS观测飞机运行数据的跳点和错误点，对飞机运行数据的完整性进行检测，提高飞机运行数据质量。另一方面还可以利用飞机运行数据对惯性系统中的惯性传感器漂移等参数进行修正，减小平台姿态角的误差，以提高航空重力水平加速度改正项的精度。
但是，由于GPS定位精度低、GPS卫星数量受限、GPS信号容易受到干扰和遮挡、多种传感器测量系统复杂，数据处理量较大等原因，现有技术的重力测量方法存在精度低且成本高的问题。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种精度高且成本较低的重力测量系统、方法、装置、计算机设备和存储介质。
第一方面，本申请提供了一种重力测量系统，该系统包括：主站、至少两个搭载于移动设备上的信标、至少三个设置于地面上的从站、一个设置于空中的从站和时频同步模块；其中一个信标的位置与移动设备的重力仪的位置相同；
从站，用于接收各信标发送的信标信号和重力仪的初始重力测量值，并将信标信号和初始重力测量值发送至主站；
主站，用于在时频同步模块将从站的本地频率信号和主站的本振信号同步锁定时，根据信标信号确定各信标的位置信息；根据各信标的位置信息和初始重力测量值，确定目标重力测量值。
在其中一个实施例中，从站还用于对信标信号进行混频，将混频后的信标信号发送至主站；
主站，用于根据混频后的信标信号确定各信标的位置信息。
在其中一个实施例中，从站用于根据各信标信号和从站的本地频率信号，确定各混频后的信标信号。
在其中一个实施例中，主站用于根据各从站发送的各信标信号和主站的本振信号，确定各从站发送的信标信号的载波相位，并根据各载波相位，确定各信标的位置信息。
在其中一个实施例中，主站用于根据各信标的位置信息，确定多个重力修正值，并根据各重力修正值对初始重力测量值进行修正，确定目标重力测量值。
第二方面，本申请提供一种重力测量方法，该方法包括：
获取多个从站发送的信标信号和初始重力测量值；
根据多个从站发送的信标信号，确定各个信标的位置信息；
根据位置信息和初始重力测量值，确定目标重力测量值。
在其中一个实施例中，信标信号为从站根据各信标发送的信标信号和各从站的本地频率信号混频生成的信号。
在其中一个实施例中，根据多个从站发送的信标信号，确定各个信标的位置信息，包括：
对多个从站发送的信标信号进行滤波，得到多个滤波后的信标信号；
根据各滤波后的信标信号和主站的本振信号，确定各从站发送的信标信号的载波相位；
根据各从站发送的信标信号的载波相位，确定各信标的位置信息。
在其中一个实施例中，根据位置信息和初始重力测量值，确定目标重力测量值，包括：
根据位置信息，确定多个重力修正值；
根据各重力修正值对初始重力测量值进行修正，确定目标重力测量值。
在其中一个实施例中，重力修正值包括：厄特沃什效应修正值、水平加速度修正值和高度修正值；根据位置信息，确定多个重力修正值，包括：
根据载波相位、位置信息、位置信息对应的卯酉圈和子午圈的曲率半径和地球自转角速度，确定厄特沃什效应修正值；
根据位置信息，确定水平加速度修正值、垂直加速度修正值和高度修正值。
第三方面，本申请提供一种重力测量装置，该装置包括：
信号接收模块，用于获取多个从站发送的信标信号和初始重力测量值；
位置确定模块，用于根据多个从站发送的信标信号，确定各个信标的位置信息；
重力确定模块，用于根据位置信息和初始重力测量值，确定目标重力测量值。
第四方面，本申请提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述第一方面实施例中任一项方法的步骤。
第五方面，本申请提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面实施例中任一项方法的步骤。
上述重力测量系统、方法、装置、计算机设备和存储介质，系统包括：主站、至少两个搭载于移动设备上的信标、至少三个设置于地面上的从站、一个设置于空中的从站和时频同步模块；其中一个信标的位置与移动设备的重力仪的位置相同；从站接收各信标发送的信标信号和重力仪的初始重力测量值，并将信标信号和初始重力测量值发送至主站；主站在时频同步模块将本地频率信号和本振信号同步锁定时，根据信标信号确定各信标的位置信息；根据各信标的位置信息和初始重力测量值，确定目标重力测量值。由于通过搭载于移动设备内的多个信标发送的信标信号至多个从站，进而由各个从站将信标信号和初始重力测量值传输至主站，主站在时频同步模块将本地频率信号和本振信号同步锁定时，确保了在主站和从站信号之间同步的基础上对信标信号的解算处理，其中，时频同步模块可以将信标定位的精度达到亚毫米量级，相较于GPS定位的厘米级，能够提高信标位置的精度，进而更准确的确定重力仪在移动设备运行过程中运行姿态，运行位置等，得到更准确的重力修正值，结合重力仪测量的初始重力测量值，得到精度更高的目标重力测量值，且相比于GPS差分技术的成本较低。
附图说明
图1为一个实施例中重力检测系统的结构框图；
图1a为一个实施例中自由空间时频同步原理图；
图2为一个实施例中重力检测方法的流程示意图；
图3为另一个实施例中重力检测方法的流程示意图；
图4为另一个实施例中重力检测方法的流程示意图；
图5为另一个实施例中重力检测方法的流程示意图；
图6为另一个实施例中重力检测方法的流程示意图；
图7为一个实施例中重力检测装置的结构框图；
图8为一个实施例中重力检测装置的结构框图；
图9为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
影响重力测量精度的因素主要有两个，一是重力仪本身的测量精度；二是重力仪观测值中误差的精度。目前航空重力测量精度只有1毫伽，主要的限制因素是误差精度。在改正项的计算过程中，最重要的因素是飞行载体位置和姿态的测量，包括纬度、高度、倾角、速度和加速度等。现有技术对重力仪测量重力的误差进行修正时，通常是通过全球定位技术(Global Positioning System，GPS)的卫星观测飞机运行数据。但是由于目前差分GPS定位精度在厘米量级，速度测量精度约为0.02米/秒，对误差的精度影响低于1毫伽，因此，GPS测量精度低。其次，由于GPS测量线上实时接收到的卫星数及其PDOP值的统计结果显示，卫星数达到8颗时，PDOP值小于2.5，残差值低于100毫伽，当卫星数少于6颗时，残差值超过1000毫伽，测量结果不可信且成本较高。并且，由于卫星的高度较高，受到的干扰和遮挡情况也相对较多，造成测量结果误差大。基于此，本申请提供一种重力测量系统。
图1为重力测量系统的结构框图，在一个实施例中，如图1所示，重力测量系统包括：主站11、至少两个搭载于移动设备上的信标12、至少三个设置于地面上的从站13、一个设置于空中的从站13和时频同步模块14，其中一个信标的位置与移动设备的重力仪的位置相同；
从站13，用于接收各信标12发送的信标信号和重力仪的初始重力测量值，并将信标信号和初始重力测量值发送至主站；
主站11，用于在时频同步模块14将从站13的本地频率信号和主站11的本振信号同步锁定时，根据信标信号确定各信标12的位置信息；根据各信标12 的位置信息和初始重力测量值，确定目标重力测量值。
其中，主站和从站均可以包括基站、无线信号接收器等，在此不加限制。其中，基站可以包括宏基站、微基站、射频拉远、直放站和室内分布系统等，在此不加以限制。其中，信标为无线电信号发射器，可以包括正弦信号发生器、脉冲信号发生器、函数信号发生器、噪声信号发生器，在此不加以限制。其中，设置于空中的从站可以通过将从站搭载在固连于地面上的热气球中实现，也可以是将从站布设在与地面具有一定的高度差的山顶、高楼等方式实现。其中，移动设备可以包括飞机、无人机、电动汽车等，在此不加以限制。
其中，时频同步模块基于如图1a的相位补偿的自由空间时频同步技术，时频同步模块的收发模块分别位于从站和主站，在主站和从站之间建立了高精度的同步链路，当同步链路实现从站的本地频率信号和主站的本振信号同步锁定时，即将从站的本地频率信号锁定到参考频率，将主站的本振信号是锁定在相同的参考频率上，主站定位信标位置才能正常工作，实现主站和各从站之间长距离(>100m)且高精度(1E-14@1s)的频率同步。
具体地，每个信标在移动设备运行过程中可以实时的发送信标信号至从站，也可以周期性的发送信标信号至从站，还可以在预设时间到达时发送信标信号至从站，在此不加以限制。各信标发送信标信号时，移动设备中搭载的重力仪同步反馈初始重力测量值至从站。从站接收到信标信号和初始重力测量值后，可以直接将信标信号和初始重力测量值发送至主站；也可以对接收到的信标信号进行混频处理后，将混频后的信标信号和初始重力测量值传输至主站，在此不加以限制。
主站接收到从站发送的信标信号后，只有在时频同步模块将从站的本地频率信号和主站的本振信号同步锁定时，根据各从站发送的信标信号之间载波相位差，即可确定各信标的位置信息，由于一个信标的位置与重力仪的位置相同，即确定了重力仪的位置信息。确定各信标的位置信息后，可以根据位置信息计算信标在移动设备运行过程中的多个重力修正值，根据多个重力修正值对初始重力测量值进行修正，得到目标重力测量值。其中，重力修正值可以包括厄特沃什效应修正值、水平加速度修正值和高度修正值、垂直加速度修正值等。
在本实施例中，重力测量系统包括：主站、至少两个搭载于移动设备上的信标、至少三个设置于地面上的从站、一个设置于空中的从站和时频同步模块，其中一个信标的位置与移动设备的重力仪的位置相同；从站接收各信标发送的信标信号和重力仪的初始重力测量值，并将信标信号和初始重力测量值发送至主站；主站在时频同步模块将本地频率信号和本振信号同步锁定时，根据信标信号确定各信标的位置信息；根据各信标的位置信息和初始重力测量值，确定目标重力测量值。由于通过搭载于移动设备内的多个信标发送的信标信号至多个从站，进而由各个从站将信标信号和初始重力测量值传输至主站，主站在时频同步模块将本地频率信号和本振信号同步锁定时，对信标信号的解算处理，其中，时频同步模块可以将信标定位的精度达到亚毫米量级，相较于GPS定位的厘米级，能够提高信标位置的精度，进而结合初始重力测量值能够更准确的确定重力仪在移动设备运行过程中运行姿态，运行位置等，同时，相比于GPS，信号在基站间传输的过程中，也不易受到干扰和遮挡，进而得到更准确的重力修正值，结合重力仪测量的初始重力测量值，得到精度更高的目标重力测量值，且相比于GPS差分技术的成本较低。
上述实施例对重力测量系统进行了说明，其中，重力测量系统中的从站在接收各信标发送的信标信号后，还需要对接收到的信标信号进行混频，便于主站能够对接收到的信标信号进行解算，得出新标的位置信息，现以一个实施例对从站接收到信标进行混频以及主站如何确定各信标的位置信息进行说明，在一个实施例中，从站还用于对信标信号进行混频，将混频后的信标信号发送至主站；
主站，用于根据混频后的信标信号确定各信标的位置信息。
具体地，当从站接收到各信标发送的信标信号后，为了避免信标信号与从站的固有信号相互干扰，造成误差，因此，可以在从站接收到各信标发送的信标信号后，将各信标信号和从站的固有信号进行叠加，生成混频后的信标信号，发送至主站。
可选地，从站用于根据各信标信号和从站的本地频率信号，确定各混频后的信标信号。示例地，重力测量系统中包括两个信标，其中一个信标的位置与重力仪的位置相同，4个设置于地面的从站A、从站B、从站C和从站D，以及 1个设置于空中的从站E，信标1发送的信标信号的频率为f1，信标2发送的信标信号的频率为f2，从站A、从站B、从站C、从站D和从站E的固有信号频率分别为F1、F2、F3、F4和F5。将各信标信号和从站的固有信号进行叠加，从站 A生成混频后的信标信号F1+f1、F1+f2，从站B生成混频后的信标信号F2+f1、 F2+f2，从站C生成混频后的信标信号F3+f1、F3+f2，从站D生成混频后的信标信号F4+f1、F4+f2，从站E生成混频后的信标信号F5+f1、F5+f2。例如，信标频率选取438MHz，从站的本地频率信号频率分别是2040，2050，2060，2070 MHz；主站接收到的由从站转发信号频率是2478，2488，2498，2508MHz；主站与从站之间的频率同步链路收发参考频率分别是5.4，5.6GHz。
可选地，主站用于根据各从站发送的各信标信号和主站的本振信号，确定各从站发送的信标信号的载波相位，并根据各载波相位，确定各信标的位置信息。
主站接收到混频后的信标信号后，可以根据混频后的信标信号和主站的本振信号进行拍频，得出各从站对应发送的信标信号的载波相位，进而计算两两从站发送的信标信号的载波相位差，根据定位方程组
Figure BDA0002966721830000081
确定各信标的位置信息，其中，
Figure BDA0002966721830000082
为从站1载波相位和从站2载波相位之间的相位差，
Figure BDA0002966721830000083
为从站1载波相位和从站3载波相位之间的相位差，
Figure BDA0002966721830000084
为从站1载波相位和从站4载波相位之间的相位差；从站1的坐标为(X1，Y1，Z1)、从站2的坐标为 (X2，Y2，Z2)，从站3的坐标为(X3，Y3，Z3)为，从站4的坐标为(X4，Y4， Z4)，且从站1、2、3、4的坐标值均为已知值，信标的坐标为(xi，yi，zi)。
在本实施例中，从站对信标信号进行混频，将混频后的信标信号发送至主站；主站根据混频后的信标信号确定各信标的位置信息。能够避免信标信号和从站固有信号之间的干扰，增加计算的位置信息的准确性。
上述实施例对重力测量系统中主站如何确定目标重力测量值进行了说明，现以一个实施例对具体如何根据各信标的位置信息和初始重力测量值进一步说明，在一个实施例中，主站用于根据各信标的位置信息，确定多个重力修正值，并根据各重力修正值对初始重力测量值进行修正，确定目标重力测量值。
具体地，主站根据各信标位置信息，可以确定多个重力修正值，首先可以根据两两信标的位置信息，确定移动设备的重力仪的水平偏离角，
Figure BDA0002966721830000085
其中(x1,y1,z1)为信标1的位置坐标， (x2,y2,z2)为信标2的位置坐标。根据水平偏离角，可以进一步根据公式
Figure BDA0002966721830000086
确定水平加速度修正值δaH，其中，g为当地重力值，aH为移动设备的水平加速度。用信标在移动设备移动过程中信标位置信息横坐标的变化值，除以信标在移动设备移动过程中移动的时间差，确定信标的移动速度
Figure BDA0002966721830000091
和加速度
Figure BDA0002966721830000092
根据信标的位置信息，可以相应确定重力仪的位置信息，此时重力仪的位置信息可以确定重力仪所处的地理纬度ψ，根据公式
Figure BDA0002966721830000093
确定厄特沃什效应修正值，其中，ω为地球自转角速度；ψ地理纬度；N为卯酉圈和M为子午圈的曲率半径；h为重力仪位置信息中的高度基于参考椭球面的高度。根据重力仪的实时位置信息，可以得到实时的移动设备的垂直加速度aU。根据重力仪位置信息的高度信息，可以对高度修正值进行计算，
Figure BDA0002966721830000094
其中，Δh为重力仪高度的偏心修正值。根据公式
Figure BDA0002966721830000095
计算目标重力测量值，其中，gr为初始重力测量值。
在本实施例中，主站根据各信标的位置信息，确定多个重力修正值，并根据各重力修正值对初始重力测量值进行修正，确定目标重力测量值。能够根据信标准确的位置信息，得到更为准确的重力修正值，进而确定准确的目标重力测量值。
上述实施例对重力测量系统进行了说明，本申请提供一种重力测量方法，可以应用于上述任一项实施例的重力测量系统中。在一个实施例中，如图2所示，提供了一种重力测量方法，以该方法应用于重力测量系统中的主站为例进行说明，包括以下步骤：
S202，获取多个从站发送的信标信号和初始重力测量值。
具体地，获取多个从站发送的信标信号和初始重力测量值。其中，初始重力测量值是由移动设备的重力仪提供的。可选地，信标信号为从站根据各信标发送的信标信号和各从站的本地频率信号混频生成的信号。
S204，根据多个从站发送的信标信号，确定各个信标的位置信息。
具体地，接收到信标信号后，基于从站的本地频率信号和主站的本振信号同步锁定时，可以对各信标信号进行解算，根据每个信标发送信标信号至各从站的传播距离差，即可确定各信标的位置信息，由于一个信标的位置与重力仪的位置相同，也即确定了重力仪的位置信息。
S206，根据位置信息和初始重力测量值，确定目标重力测量值。
具体地，主站接收到混频后的信标信号后，可以根据混频后的信标信号和主站的本振信号进行拍频，得出各从站对应的载波相位，进而计算两两从站之间的载波相位差，根据定位方程组
Figure BDA0002966721830000101
确定各信标的位置信息，其中，
Figure BDA0002966721830000102
为从站1载波相位和从站2载波相位之间的相位差，
Figure BDA0002966721830000103
为从站1载波相位和从站3载波相位之间的相位差，
Figure BDA0002966721830000104
为从站1载波相位和从站4载波相位之间的相位差；从站1的坐标为(X1，Y1，Z1)、从站2的坐标为 (X2，Y2，Z2)，从站3的坐标为(X3，Y3，Z3)为，从站4的坐标为(X4，Y4， Z4)，且从站1、2、3、4的坐标值均为已知值，信标的坐标为(xi，yi，zi)。确定各信标的位置信息后，可以根据位置信息计算信标在移动设备运行过程中的多个重力修正值，根据多个重力修正值对初始重力测量值进行修正，得到目标重力测量值。其中，重力修正值可以包括厄特沃什效应修正值、水平加速度修正值和高度修正值、垂直加速度修正值等。
上述重力测量方法中，通过获取多个从站发送的信标信号和初始重力测量值，根据多个从站发送的信标信号，确定各个信标的位置信息，根据位置信息和初始重力测量值，确定目标重力测量值。由于通过搭载于移动设备内的多个信标发送的信标信号至多个从站，进而由各个从站将信标信号和初始重力测量值传输至主站，主站在时频同步模块将本地频率信号和本振信号同步锁定时，对信标信号进行解算处理，其中，时频同步模块可以将信标定位的精度达到亚毫米量级，相较于GPS定位的厘米级，能够提高信标位置的精度，进而结合初始重力测量值能够更准确的确定重力仪在移动设备运行过程中运行姿态，运行位置等，同时，相比于GPS，信号在基站间传输的过程中，也不易受到干扰和遮挡，进而得到更准确的重力修正值，结合重力仪测量的初始重力测量值，得到精度更高的目标重力测量值，且相比于GPS差分技术的成本较低。
上述实施例对重力测量方法进行了说明，现以一个实施例对如何确定各个信标的位置信息进一步说明，在一个实施例中，如图3所示，根据多个从站发送的信标信号，确定各个信标的位置信息，包括：
S302，对多个从站发送的信标信号进行滤波，得到多个滤波后的信标信号。
具体地，对多个从站发送的信标信号进行滤波，滤除一些噪声信号，得到多个滤波后的信标信号。
S304，根据各滤波后的信标信号和主站的本振信号，确定各从站发送的信标信号的载波相位。
具体地，可以根据滤波后的信标信号和主站的本振信号进行拍频，得出各从站对应的载波相位。
S306，根据各从站发送的信标信号的载波相位，确定各信标的位置信息。
具体地，根据各从站发送的信标信号的载波相位，计算两两从站之间的载波相位差，根据根据定位方程组
Figure BDA0002966721830000111
确定各信标的位置信息，其中，
Figure BDA0002966721830000112
为从站1载波相位和从站2载波相位之间的相位差，
Figure BDA0002966721830000113
为从站1载波相位和从站3载波相位之间的相位差，
Figure BDA0002966721830000114
为从站1载波相位和从站4载波相位之间的相位差；从站1的坐标为(X1，Y1，Z1)、从站2的坐标为 (X2，Y2，Z2)，从站3的坐标为(X3，Y3，Z3)为，从站4的坐标为(X4，Y4， Z4)，且从站1、2、3、4的坐标值均为已知值，信标的坐标为(xi，yi，zi)。。
本实施例中，通过对多个从站发送的信标信号进行滤波，得到多个滤波后的信标信号，根据各滤波后的信标信号和主站的本振信号，确定各从站发送的信标信号的载波相位，根据各从站发送的信标信号的载波相位，确定各信标的位置信息。能够滤除信标信号中的噪声信号，并通过多个信标发送的信标信息准确确定移动设备在运行过程中，信标的实时位置信息，同时也就确定了重力仪的位置信息，根据位置信息则可以计算相关重力修正值，得到更为准确的目标重力测量值提供了基础。
上述实施例对如何确定各个信标的位置信息进行了说明，确定了各个信标的位置信息后，可以根据各信标的位置信息和初始重力测量值，确定目标重力测量值，现以一个实施例对根据各信标的位置信息和初始重力测量值，确定目标重力测量值进一步说明，在一个实施例中，如图4所示，根据位置信息和初始重力测量值，确定目标重力测量值，包括：
S402，根据位置信息，确定多个重力修正值。
具体地，根据各信标位置信息，可以确定多个重力修正值，首先可以根据两两信标的位置信息，确定移动设备的重力仪的水平偏离角，
Figure BDA0002966721830000121
其中，(x1,y1,z1)为信标1的位置坐标， (x2,y2,z2)为信标2的位置坐标。根据位置信息和移动设备的重力仪的水平偏离角，确定厄特沃什效应修正值、水平加速度修正值和高度修正值。
S404，根据各重力修正值对初始重力测量值进行修正，确定目标重力测量值。
具体地，将各重力修正值以及初始重力测量值带入公式
Figure BDA0002966721830000122
中，计算目标重力测量值，其中，gr为初始重力测量值。δaE为厄特沃什效应修正值、δaH为水平加速度修正值、δaF为高度修正值、aU为移动设备的垂直加速度。
在本实施例中，通过根据位置信息，确定多个重力修正值，根据各重力修正值对初始重力测量值进行修正，确定目标重力测量值。能够得到较为准确的目标重力测量值。
上述实施例对如何确定目标重力测量值进行了说明，现以一个实施例对如何确定目标重力测量值进一步说明，在一个实施例中，如图5所示，重力修正值包括：厄特沃什效应修正值、水平加速度修正值和高度修正值；根据位置信息，确定多个重力修正值，包括：
S502，根据载波相位、位置信息、位置信息对应的卯酉圈和子午圈的曲率半径和地球自转角速度，确定厄特沃什效应修正值。
具体地，根据载波相位，进而计算两两从站之间的载波相位差，根据根据定位方程组
Figure BDA0002966721830000131
确定各信标的位置信息，其中，
Figure BDA0002966721830000132
为从站1载波相位和从站2载波相位之间的相位差，
Figure BDA0002966721830000133
为从站1载波相位和从站3载波相位之间的相位差，
Figure BDA0002966721830000134
为从站1载波相位和从站4载波相位之间的相位差；从站1的坐标为(X1，Y1，Z1)、从站 2的坐标为(X2，Y2，Z2)，从站3的坐标为(X3，Y3，Z3)为，从站4的坐标为 (X4，Y4，Z4)，且从站1、2、3、4的坐标值均为已知值，信标的坐标为(xi，yi，zi)。得到信标的位置信息后，可以根据位置信息中的高度信息得到对应的卯酉圈和子午圈的曲率半径，用信标在移动设备移动过程中信标位置信息横坐标的变化值，除以信标在移动设备移动过程中移动的时间差，确定信标的移动速度
Figure BDA0002966721830000135
和加速度
Figure BDA0002966721830000136
且地球自转角速度为已知值，则根据公式
Figure BDA0002966721830000141
即可确定厄特沃什效应修正值。其中，ω为地球自转角速度；ψ地理纬度；N为卯酉圈和M为子午圈的曲率半径；h为重力仪位置信息中的高度基于参考椭球面的高度。
S504，根据位置信息，确定水平加速度修正值、垂直加速度修正值和高度修正值。
具体地，可以根据两两信标的位置信息，确定移动设备的重力仪的水平偏离角，
Figure BDA0002966721830000142
其中(x1,y1,z1)为信标1的位置坐标，(x2,y2,z2)为信标2的位置坐标。根据水平偏离角，可以进一步根据公式
Figure BDA0002966721830000143
确定水平加速度修正值δaH，其中，g为当地重力值，aH为移动设备的水平加速度。根据重力仪的实时位置信息，可以得到实时的移动设备的垂直加速度aU。根据重力仪位置信息的高度信息，可以对高度修正值进行计算，
Figure BDA0002966721830000144
其中，Δh为重力仪高度的偏心修正值。
在本实施例中，根据载波相位、位置信息、位置信息对应的卯酉圈和子午圈的曲率半径和地球自转角速度，确定厄特沃什效应修正值，根据位置信息，确定水平加速度修正值、垂直加速度修正值和高度修正值。由于主站和从站之间的信号传输是通过高精度时频同步链路，使得计算的载波相位更加精确，从而信标的位置信息更加准确，使得各重力修正值的精度相应提高，目标重力测量值更加准确。
为了便于本领域技术人员的理解，现以一个实施例对重力测量方法进一步说明，如图6所示，重力测量方法包括：
S602，获取多个从站发送的信标信号和初始重力测量值。
S604，对多个从站发送的信标信号进行滤波，得到多个滤波后的信标信号。
S606，根据各滤波后的信标信号和主站的本振信号，确定各从站发送的信标信号的载波相位。
S608，根据各从站发送的信标信号的载波相位，确定各信标的位置信息。
S610，根据载波相位、位置信息、位置信息对应的卯酉圈和子午圈的曲率半径和地球自转角速度，确定厄特沃什效应修正值。
S612，根据位置信息，确定水平加速度修正值、垂直加速度修正值和高度修正值。
S614，根据各重力修正值对初始重力测量值进行修正，确定目标重力测量值。
在本实施例中，通过获取多个从站发送的信标信号和初始重力测量值，根据多个从站发送的信标信号，确定各个信标的位置信息，根据位置信息和初始重力测量值，确定目标重力测量值。由于通过搭载于移动设备内的多个信标发送的信标信号至多个从站，进而由各个从站将信标信号和初始重力测量值传输至主站，主站在时频同步模块将本地频率信号和本振信号同步锁定时，对信标信号的解算处理，其中，时频同步模块可以将定位系统的精度达到亚毫米量级，相较于GPS定位的厘米级，能够提高信标位置的精度，进而结合初始重力测量值能够更准确的确定重力仪在移动设备运行过程中运行姿态，运行位置等，同时，相比于GPS，信号在基站间传输的过程中，也不易受到干扰和遮挡，进而得到更准确的重力修正值，结合重力仪测量的初始重力测量值，得到精度更高的目标重力测量值，且相比于GPS差分技术的成本较低。
应该理解的是，虽然图2-6的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图2-6中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在一个实施例中，如图7所示，提供了一种重力测量装置，包括：
信号接收模块701，用于获取多个从站发送的信标信号和初始重力测量值；
位置确定模块702，用于根据多个从站发送的信标信号，确定各个信标的位置信息；可选地，信标信号为从站根据各信标发送的信标信号和各从站的本地频率信号混频生成的信号。
重力确定模块703，用于根据位置信息和初始重力测量值，确定目标重力测量值。
在本实施例中，信号接收模块获取多个从站发送的信标信号和初始重力测量值，位置确定模块根据多个从站发送的信标信号，确定各个信标的位置信息，重力确定模块根据位置信息和初始重力测量值，确定目标重力测量值。由于通过搭载于移动设备内的多个信标发送的信标信号至多个从站，进而由各个从站将信标信号和初始重力测量值传输至主站，主站在时频同步模块将本地频率信号和本振信号同步锁定时，对信标信号的解算处理，其中，时频同步模块可以将定位系统的精度达到亚毫米量级，相较于GPS定位的厘米级，能够提高信标位置的精度，进而结合初始重力测量值能够更准确的确定重力仪在移动设备运行过程中运行姿态，运行位置等，同时，相比于GPS，信号在基站间传输的过程中，也不易受到干扰和遮挡，进而得到更准确的重力修正值，结合重力仪测量的初始重力测量值，得到精度更高的目标重力测量值，且相比于GPS差分技术的成本较低。
在一个实施例中，如图8所示，位置确定模块702包括：
滤波单元7021，用于对多个从站发送的信标信号进行滤波，得到多个滤波后的信标信号；
载波相位确定单元7022，用于根据各滤波后的信标信号和主站的本振信号，确定各从站发送的信标信号的载波相位；
位置确定单元7023，用于根据各从站发送的信标信号的载波相位，确定各信标的位置信息。
在一个实施例中，参见图8所示，重力确定模块703包括：
修正值确定单元7031，用于根据位置信息，确定多个重力修正值；
修正单元7032，用于根据各重力修正值对初始重力测量值进行修正，确定目标重力测量值。
在一个实施例中，重力修正值包括：厄特沃什效应修正值、水平加速度修正值和高度修正值；修正值确定单元具体用于根据载波相位、位置信息、位置信息对应的卯酉圈和子午圈的曲率半径和地球自转角速度，确定厄特沃什效应修正值；根据位置信息，确定水平加速度修正值、垂直加速度修正值和高度修正值。
关于重力测量装置的具体限定可以参见上文中对于重力测量方法的限定，在此不再赘述。上述重力测量装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图9所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、通信接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信，无线方式可通过WIFI、运营商网络、NFC(近场通信)或其他技术实现。该计算机程序被处理器执行时以实现一种重力测量方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
本领域技术人员可以理解，图9中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现上述各方法实施例中的步骤。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述各方法实施例中的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、磁带、软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)或外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM) 或动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)等。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (13)

1.一种重力测量系统，其特征在于，所述系统包括：主站、至少两个搭载于移动设备上的信标、至少三个设置于地面上的从站、一个设置于空中的从站和时频同步模块；其中一个所述信标的位置与所述移动设备的重力仪的位置相同；
所述从站，用于接收各所述信标发送的信标信号和所述重力仪的初始重力测量值，并将所述信标信号和所述初始重力测量值发送至所述主站；
所述主站，用于在所述时频同步模块将所述从站的本地频率信号和所述主站的本振信号同步锁定时，根据所述信标信号确定各所述信标的位置信息；根据各所述信标的位置信息和所述初始重力测量值，确定目标重力测量值。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述从站还用于对所述信标信号进行混频，将所述混频后的信标信号发送至所述主站；
所述主站，用于根据所述混频后的信标信号确定各所述信标的位置信息。
3.根据权利要求2所述系统，其特征在于，所述从站用于根据各所述信标信号和所述从站的本地频率信号，确定各所述混频后的信标信号。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述主站用于根据各所述从站发送的各所述信标信号和所述主站的本振信号，确定各所述从站发送的信标信号的载波相位，并根据各所述载波相位，确定各所述信标的位置信息。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述主站用于根据各所述信标的位置信息，确定多个重力修正值，并根据各所述重力修正值对所述初始重力测量值进行修正，确定所述目标重力测量值。
6.一种重力测量方法，其特征在于，应用于如权利要求1-5任一项所述的重力测量系统，所述方法包括：
获取多个从站发送的信标信号和初始重力测量值；
根据所述多个从站发送的信标信号，确定各个信标的位置信息；
根据所述位置信息和所述初始重力测量值，确定目标重力测量值。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述信标信号为所述从站根据各所述信标发送的信标信号和各所述从站的本地频率信号混频生成的信号。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述多个从站发送的信标信号，确定各个信标的位置信息，包括：
对所述多个从站发送的信标信号进行滤波，得到多个滤波后的信标信号；
根据各所述滤波后的信标信号和所述主站的本振信号，确定各所述从站发送的信标信号的载波相位；
根据各所述从站发送的信标信号的载波相位，确定各所述信标的位置信息。
9.根据权利要求6-8任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述位置信息和所述初始重力测量值，确定目标重力测量值，包括：
根据所述位置信息，确定多个重力修正值；
根据各所述重力修正值对所述初始重力测量值进行修正，确定所述目标重力测量值。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述重力修正值包括：厄特沃什效应修正值、水平加速度修正值和高度修正值；所述根据所述位置信息，确定多个重力修正值，包括：
根据所述载波相位、所述位置信息、所述位置信息对应的卯酉圈和子午圈的曲率半径和地球自转角速度，确定所述厄特沃什效应修正值；
根据所述位置信息，确定所述水平加速度修正值、所述垂直加速度修正值和所述高度修正值。
11.一种重力测量装置，其特征在于，所述装置包括：
信号接收模块，用于获取多个从站发送的信标信号和初始重力测量值；
位置确定模块，用于根据所述多个从站发送的信标信号，确定各个信标的位置信息；
重力确定模块，用于根据所述位置信息和所述初始重力测量值，确定目标重力测量值。
12.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求6至10中任一项所述的方法的步骤。
13.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求6至10中任一项所述的方法的步骤。
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