一种辅助仪器整平的重力线密切方位角确定方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及大地测量技术领域，尤其涉及一种辅助仪器整平的重力线密切方位角确定方法及装置，该方法包括：基于地球重力场模型计算重力东向梯度；基于重力场模型计算重力北向梯度；基于得出的重力东向梯度及重力北向梯度计算重力线密切方位角。本发明专利技术通过地球重力场模型计算重力线密切方位角，描述全球重力线密切方位角分布特征，进而给出辅助仪器整平的密切方位角调节参数，可以定量刻画和描述仪器整平时重力线密切方位角参量，为丰富测量整平模块理论内涵、提升仪器测量工作准备效率提供理论技术依据。技术依据。技术依据。

【技术实现步骤摘要】
一种辅助仪器整平的重力线密切方位角确定方法及装置


[0001]本专利技术涉及大地测量
，尤其涉及一种辅助仪器整平的重力线密切方位角确定方法及装置。

技术介绍

[0002]测绘仪器装备(全站仪、经纬仪、水准仪等)在实施测量工作之前，必要工作之一是整平仪器，即调整仪器使其水平度盘处于铅垂线(重力方向)的正交方向，从而达到观测状态，直观呈现为仪器的圆水准气泡居中现象。就其本质而言，水准面作为大地测量基准面，仪器整平是通过调整仪器脚螺旋等装置使仪器水平方向与对应水准面重合。物理层面，水准面是一个重力等位面，处处与重力线正交。重力线作为一条空间曲线，当仪器水平方向与对应水准面重合时，相应重力线在该测点处的密切方位角(重力线曲率矢量与北方向夹角)亦唯一确定。然而，目前仪器整平实操与仿真过程未顾及重力线密切方位角参量的整平辅助作用及其理论指导内涵。

技术实现思路

[0003]本专利技术针对目前测绘仪器整平实操与仿真过程未顾及重力线密切方位角参量的整平辅助作用及其理论指导内涵问题，利用重力线密切方位角与水准面间联系，提供一种辅助仪器整平的重力线密切方位角确定方法及装置，通过地球重力场模型计算重力线密切方位角，描述全球重力线密切方位角分布特征，进而给出辅助仪器整平的密切方位角调节参数，本专利技术可以定量刻画和描述仪器整平时重力线密切方位角参量，为丰富测量整平模块理论内涵、提升仪器测量工作准备效率提供理论技术依据。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0005]本专利技术公开一种辅助仪器整平的重力线密切方位角确定方法，包括：
[0006]步骤1：基于地球重力场模型计算重力东向梯度；
[0007]步骤2：基于重力场模型计算重力北向梯度；
[0008]步骤3：基于得出的重力东向梯度及重力北向梯度计算重力线密切方位角。
[0009]进一步地，所述步骤1包括：
[0010]局部北东地坐标系条件下，水准面上任意一点P的重力东向梯度表示为
[0011][0012]式中，g
y
表示重力北向梯度；g为重力；
[0013]g
y
与重力位关系为
[0014][0015]式中，W为重力位，重力位等于相应引力位和离心力之和，即
[0016]W＝V+Q (3)
[0017]式中，V和Q分别表示引力位和离心力位，地心球坐标系条件下，V和Q的表达式分别为：
[0018][0019]式中，ρ为研究点地心向径；θ和λ分别表示研究点地心余纬和地心经度；GM为地心引力常数；n和m分别代表球谐系数的阶与次，Nmax表示球谐系数最高阶数；a表示椭球长半轴；和表示完全正常化球谐系数；为n阶m次完全正常化缔合勒让德函数；ω表示地球自转角速度；
[0020]最终，局部指北坐标系下地球引力梯度V
yz
可表示为
[0021][0022]其中
[0023][0024]其中，完全正常化缔合勒让德函数递推式为
[0025][0026]研究点离心力梯度在局部指北坐标系下表示为
[0027]Q
yz
＝0 (9)
[0028]进而得到W
yz
＝V
yz
+Q
yz
；
[0029]最终基于W
yz
、公式(2)得到局部北东地坐标系条件下，水准面上任意一点P的重力东向梯度。
[0030]进一步地，所述步骤2包括：
[0031]局部北东地坐标系条件下，水准面上任意一点P的重力北向梯度表示为
[0032][0033]式中，g
x
为重力北向梯度；
[0034]g
x
与重力位关系为
[0035][0036]其中，重力位二阶梯度
[0037]W
xz
＝V
xz
+Q
xz (12)
[0038]其中
[0039][0040]式中，
[0041][0042]研究点离心力梯度在局部指北坐标系下表示为
[0043][0044]其中，
[0045][0046]进一步地，所述步骤3包括：
[0047]重力线曲率矢量与北方向夹角、即重力线密切方位角为α条件下，其与重力水平梯度相关，即
[0048][0049]最终重力线密切方位角α为
[0050][0051]本专利技术另一方面提出一种辅助仪器整平的重力线密切方位角确定装置，包括：
[0052]重力东向梯度计算模块，用于基于地球重力场模型计算重力东向梯度；
[0053]重力北向梯度计算模块，用于基于重力场模型计算重力北向梯度；
[0054]重力线密切方位角计算模块，用于基于得出的重力东向梯度及重力北向梯度计算重力线密切方位角。
[0055]进一步地，所述重力东向梯度计算模块具体用于：
[0056]局部北东地坐标系条件下，水准面上任意一点P的重力东向梯度表示为
[0057][0058]式中，g
y
表示重力北向梯度；g为重力；
[0059]g
y
与重力位关系为
[0060][0061]式中，W为重力位，重力位等于相应引力位和离心力之和，即
[0062]W＝V+Q (3)
[0063]式中，V和Q分别表示引力位和离心力位，地心球坐标系条件下，V和Q的表达式分别
为：
[0064][0065]式中，ρ为研究点地心向径；θ和λ分别表示研究点地心余纬和地心经度；GM为地心引力常数；n和m分别代表球谐系数的阶与次，Nmax表示球谐系数最高阶数；a表示椭球长半轴；和表示完全正常化球谐系数；为n阶m次完全正常化缔合勒让德函数；ω表示地球自转角速度；
[0066]最终，局部指北坐标系下地球引力梯度V
yz
可表示为
[0067][0068]其中
[0069][0070]其中，完全正常化缔合勒让德函数递推式为
[0071][0072]研究点离心力梯度在局部指北坐标系下表示为
[0073]Q
yz
＝0 (9)
[0074]进而得到W
yz
＝V
yz
+Q
yz
；
[0075]最终基于W
yz
、公式(2)得到局部北东地坐标系条件下，水准面上任意一点P的重力东向梯度。
[0076]进一步地，所述重力北向梯度计算模块具体用于：
[0077]局部北东地坐标系条件下，水准面上任意一点P的重力北向梯度表示为
[0078][0079]式中，g
x
为重力北向梯度；
[0080]g
x
与重力位关系为
[0081][0082]其中，重力位二阶梯度
[0083]W
xz...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种辅助仪器整平的重力线密切方位角确定方法，其特征在于，包括：步骤1：基于地球重力场模型计算重力东向梯度；步骤2：基于重力场模型计算重力北向梯度；步骤3：基于得出的重力东向梯度及重力北向梯度计算重力线密切方位角。2.根据权利要求1所述的一种辅助仪器整平的重力线密切方位角确定方法，其特征在于，所述步骤1包括：局部北东地坐标系条件下，水准面上任意一点P的重力东向梯度表示为式中，g
y
表示重力北向梯度；g为重力；g
y
与重力位关系为式中，W为重力位，重力位等于相应引力位和离心力之和，即W＝V+Q
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)式中，V和Q分别表示引力位和离心力位，地心球坐标系条件下，V和Q的表达式分别为：式中，ρ为研究点地心向径；θ和λ分别表示研究点地心余纬和地心经度；GM为地心引力常数；n和m分别代表球谐系数的阶与次，Nmax表示球谐系数最高阶数；a表示椭球长半轴；和表示完全正常化球谐系数；为n阶m次完全正常化缔合勒让德函数；ω表示地球自转角速度；最终，局部指北坐标系下地球引力梯度V
yz
可表示为其中其中，完全正常化缔合勒让德函数递推式为
研究点离心力梯度在局部指北坐标系下表示为Q
yz
＝0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)进而得到W
yz
＝V
yz
+Q
yz
；最终基于W
yz
、公式(2)得到局部北东地坐标系条件下，水准面上任意一点P的重力东向梯度。3.根据权利要求2所述的一种辅助仪器整平的重力线密切方位角确定方法，其特征在于，所述步骤2包括：局部北东地坐标系条件下，水准面上任意一点P的重力北向梯度表示为式中，g
x
为重力北向梯度；g
x
与重力位关系为其中，重力位二阶梯度W
xz
＝V
xz
+Q
xz
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)其中式中，研究点离心力梯度在局部指北坐标系下表示为其中，4.根据权利要求3所述的一种辅助仪器整平的重力线密切方位角确定方法，其特征在于，所述步骤3包括：重力线曲率矢量与北方向夹角、即重力线密切方位角为α条件下，其与重力水平梯度相关，即最终重力线密切方位角α为
5.一种辅助仪器整平的重力线密切方位角确定装置，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：李姗姗，范雕，李新星，邢志斌，孟书宇，张驰，黄志勇，刘鑫宇，万宏发，
申请(专利权)人：中国人民解放军战略支援部队信息工程大学，
类型：发明
国别省市：