本發(fā)明屬于大地測(cè)量學(xué)、地球物理學(xué)和時(shí)頻科學(xué)領(lǐng)域，特別涉及一種空地雙頻組合微波頻率信號(hào)傳遞提取重力頻移，精確測(cè)定重力位和海拔高的方法，具體涉及一種空地雙頻組合頻率傳遞測(cè)定重力位和海拔高的方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、重力位的確定在大地測(cè)量領(lǐng)域占有非常重要的地位，是地震學(xué)、地球動(dòng)力學(xué)、航空航天、氣象學(xué)、海洋學(xué)、自然災(zāi)害和全球變化等學(xué)科和研究領(lǐng)域所需的基本物理場(chǎng)量，也是國(guó)防建設(shè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展不可缺少的重要信息源。海拔高的測(cè)定與全球高程基準(zhǔn)統(tǒng)一及重力位密切關(guān)聯(lián)，其是國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)所必須的垂向空間信息。自上世紀(jì)末開(kāi)始，以?xún)?yōu)于1厘米的精度水平確定全球大地水準(zhǔn)面和統(tǒng)一全球高程基準(zhǔn)成為了國(guó)際大地測(cè)量協(xié)會(huì)未來(lái)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)。傳統(tǒng)測(cè)定重力位的方法，需要重力聯(lián)合水準(zhǔn)測(cè)量的方法實(shí)現(xiàn)，具有效率低、成本高等缺陷；高精度的重力場(chǎng)模型僅具有5′×5′的分辨率，提供的是均值結(jié)果而并非點(diǎn)位的具體數(shù)值；衛(wèi)星重力探測(cè)技術(shù)雖可恢復(fù)較高精度的全球重力位場(chǎng)，但分辨率一般較低(約為1°×1°)。因此，如何能夠快速準(zhǔn)確的確定任意站點(diǎn)的重力位和海拔高成了大地測(cè)量學(xué)家需要首要解決的問(wèn)題。

2、為了解決這些難題，利用廣義相對(duì)論原理進(jìn)行重力位測(cè)量的全新方法得到了的關(guān)注與研究。該方法主要依據(jù)重力位差與精密時(shí)鐘運(yùn)行的速率差之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過(guò)時(shí)間與頻率傳遞的手段來(lái)確定兩地之間的重力位差。近年來(lái)，隨著時(shí)鐘制造工藝的成熟，國(guó)際上已成功研制出精度達(dá)10-19量級(jí)的時(shí)鐘，空(星)載時(shí)鐘的精度也達(dá)到了10-18量級(jí)，這為利用時(shí)頻信號(hào)測(cè)定重力位的實(shí)施提供硬件保障。然而，要在光鐘的精度進(jìn)行時(shí)頻比對(duì)，必須采用相應(yīng)精度的時(shí)頻傳遞技術(shù)，將遠(yuǎn)程時(shí)鐘聯(lián)系起來(lái)。因此，如何進(jìn)行高精度的遠(yuǎn)程時(shí)頻比對(duì)成為了亟待解決的問(wèn)題。利用光纖或電纜連接兩地原子鐘進(jìn)行時(shí)頻比對(duì)確定重力位差由于不受外部環(huán)境的影響，在信號(hào)傳播過(guò)程中不產(chǎn)生誤差，可以滿足高精度的時(shí)頻比對(duì)需求。但受限于地理環(huán)境因素、鋪設(shè)光纖或電纜的成本，該方法在長(zhǎng)基線和跨海等情況下均難以應(yīng)用。通過(guò)微波鏈路將空(星)載光鐘進(jìn)行比對(duì)，實(shí)現(xiàn)兩地時(shí)鐘的時(shí)間和頻率比對(duì)成為研究的熱點(diǎn)。相比光纖與電纜比對(duì)技術(shù)，空(星)載原子鐘具有全天候、成本低和不受基線長(zhǎng)度限制等優(yōu)勢(shì)，為在全球范圍內(nèi)實(shí)施空載雙頻組合微波頻率信號(hào)傳遞測(cè)定重力位和海拔高提供了平臺(tái)。

3、在厘米級(jí)精度水平確定重力位和海拔高，需要空(星)-地時(shí)頻傳遞鏈路的精度達(dá)到10-18量級(jí)。在實(shí)際應(yīng)用中，僅僅通過(guò)單條微波鏈路，很難消除信號(hào)傳播過(guò)程中的各類(lèi)誤差，因此，如何消除信號(hào)傳播過(guò)程中的誤差，精確提取重力頻移信號(hào)成為了時(shí)頻傳遞測(cè)定重力位和海拔高的關(guān)鍵。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種空地雙頻組合頻率傳遞測(cè)定重力位和海拔高的方法及系統(tǒng)，通過(guò)利用空地雙頻組合微波頻率傳遞精確提取重力頻移信號(hào)并測(cè)定重力位和海拔高。

2、根據(jù)本發(fā)明說(shuō)明書(shū)的一方面，提供一種空地雙頻組合頻率傳遞測(cè)定重力位和海拔高的方法，包括：

3、獲取采用空地雙頻組合微波頻率傳遞模型傳遞的空地微波信號(hào)的地面觀測(cè)值和空間觀測(cè)值；

4、基于所述地面觀測(cè)值和空間觀測(cè)值，提取重力頻移信號(hào)；

5、基于提取的重力頻移信號(hào)，計(jì)算空地之間的重力位差，同時(shí)結(jié)合重力場(chǎng)模型，計(jì)算空間載體的重力位；

6、基于空間載體的重力位，結(jié)合空地之間的重力位差，確定任意地面站的重力位及海拔高。

7、作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，采用空地雙頻組合微波頻率傳遞模型進(jìn)行空地微波信號(hào)傳遞之前，所述方法還包括：

8、設(shè)置地面和空間微波信號(hào)的發(fā)射時(shí)間，同時(shí)確定上行和下行微波鏈路發(fā)射的微波信號(hào)頻率相同、極化方向相反，其中，地面站和空間站均配置有高精度時(shí)鐘；

9、同時(shí)對(duì)地面和空間發(fā)射的微波信號(hào)進(jìn)行接收。

10、作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述方法還包括：

11、利用空間載體播發(fā)的廣播電文，接收空間站設(shè)備采集的觀測(cè)值，同時(shí)下載地面站設(shè)備采集的觀測(cè)值。

12、作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述方法還包括：

13、構(gòu)建潮汐模型，用于消除潮汐效應(yīng)引起的微波信號(hào)的頻移。

14、作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述方法還包括：

15、構(gòu)建二階多普勒頻移模型，用于消除二階多普勒頻移引起的微波信號(hào)的頻移。

16、作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，計(jì)算出空間載體的重力位后，還包括：

17、基于空間載體的重力位和空地之間的重力位差，獲取任意地面站的重力位；

18、結(jié)合地面站的坐標(biāo)，將地面站處的重力位歸算到全球大地水準(zhǔn)面上，確定地面站的海拔高。

19、根據(jù)本發(fā)明說(shuō)明書(shū)的一方面，提供一種空地雙頻組合頻率傳遞測(cè)定重力位和海拔高的系統(tǒng)，包括：

20、第一主模塊，用于獲取采用空地雙頻組合微波頻率傳遞模型傳遞的空地微波信號(hào)的地面觀測(cè)值和空間觀測(cè)值；

21、第二主模塊，用于基于所述地面觀測(cè)值和空間觀測(cè)值，提取重力頻移信號(hào)；

22、第三主模塊，用于基于提取的重力頻移信號(hào)，計(jì)算空地之間的重力位差，同時(shí)結(jié)合重力場(chǎng)模型，計(jì)算空間載體的重力位；

23、第四主模塊，用于基于空間載體的重力位，結(jié)合空地之間的重力位差，確定任意地面站的重力位及海拔高。

24、作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述第一主模塊，還用于執(zhí)行如下指令：

25、設(shè)置地面和空間微波信號(hào)的發(fā)射時(shí)間，同時(shí)確定上行和下行微波鏈路發(fā)射的微波信號(hào)頻率相同、極化方向相反，其中，地面站和空間站均配置有高精度時(shí)鐘；

26、同時(shí)對(duì)地面和空間發(fā)射的微波信號(hào)進(jìn)行接收。

27、根據(jù)本發(fā)明說(shuō)明書(shū)的一方面，提供一種地面站設(shè)備，包括高精度時(shí)鐘、存儲(chǔ)器和處理器，所述高精度時(shí)鐘用于為地面站提供頻率參考和時(shí)間參考，所述存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)程序，當(dāng)所述處理器運(yùn)行所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的計(jì)算機(jī)程序時(shí)，所述處理器執(zhí)行所述的空地雙頻組合頻率傳遞測(cè)定重力位和海拔高的方法。

28、根據(jù)本發(fā)明說(shuō)明書(shū)的一方面，提供一種非暫態(tài)計(jì)算機(jī)讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述非暫態(tài)計(jì)算機(jī)讀存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)指令，所述計(jì)算機(jī)指令使所述計(jì)算機(jī)執(zhí)行所述的空地雙頻組合頻率傳遞測(cè)定重力位和海拔高的方法。

29、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

30、本發(fā)明提出的測(cè)定重力位和海拔高的方法是將高精度的光鐘作為基礎(chǔ)，以微波信號(hào)鏈路為橋梁，連接空(星)地之間的光鐘，進(jìn)行高精度的微波頻率傳遞，通過(guò)空地雙頻組合微波頻率傳遞模型有效消除微波信號(hào)傳播過(guò)程中各類(lèi)誤差引起的頻移，精確提取重力頻移信號(hào)，然后利用重力頻移方程獲取遠(yuǎn)程時(shí)鐘所在位置的重力位差，確定任意地面站點(diǎn)的重力位和海拔高。

技術(shù)特征：

1.空地雙頻組合頻率傳遞測(cè)定重力位和海拔高的方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述空地雙頻組合頻率傳遞測(cè)定重力位和海拔高的方法，其特征在于，采用空地雙頻組合微波頻率傳遞模型進(jìn)行空地微波信號(hào)傳遞之前，所述方法還包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述空地雙頻組合頻率傳遞測(cè)定重力位和海拔高的方法，其特征在于，所述方法還包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述空地雙頻組合頻率傳遞測(cè)定重力位和海拔高的方法，其特征在于，所述方法還包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述空地雙頻組合頻率傳遞測(cè)定重力位和海拔高的方法，其特征在于，所述方法還包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述空地雙頻組合頻率傳遞測(cè)定重力位和海拔高的方法，其特征在于，計(jì)算出空間載體的重力位后，還包括：

7.空地雙頻組合頻率傳遞測(cè)定重力位和海拔高的系統(tǒng)，其特征在于，包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述空地雙頻組合頻率傳遞測(cè)定重力位和海拔高的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一主模塊，還用于執(zhí)行如下指令：

9.一種地面站設(shè)備，其特征在于，包括高精度時(shí)鐘、存儲(chǔ)器和處理器，所述高精度時(shí)鐘用于為地面站提供頻率參考和時(shí)間參考，所述存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)程序，當(dāng)所述處理器運(yùn)行所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的計(jì)算機(jī)程序時(shí)，所述處理器執(zhí)行如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的空地雙頻組合頻率傳遞測(cè)定重力位和海拔高的方法。

10.一種非暫態(tài)計(jì)算機(jī)讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于，所述非暫態(tài)計(jì)算機(jī)讀存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)指令，所述計(jì)算機(jī)指令使所述計(jì)算機(jī)執(zhí)行權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的空地雙頻組合頻率傳遞測(cè)定重力位和海拔高的方法。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)一種空地雙頻組合頻率傳遞測(cè)定重力位和海拔高的方法及系統(tǒng)，方法包括：獲取采用空地雙頻組合微波頻率傳遞模型傳遞的空地微波信號(hào)的地面觀測(cè)值和空間觀測(cè)值；基于所述地面觀測(cè)值和空間觀測(cè)值，提取重力頻移信號(hào)；基于提取的重力頻移信號(hào)，計(jì)算空地之間的重力位差，同時(shí)結(jié)合重力場(chǎng)模型，計(jì)算空間載體的重力位；基于空間載體的重力位，結(jié)合空地之間的重力位差，確定任意地面站的重力位及海拔高。本發(fā)明通過(guò)利用空地雙頻組合微波頻率傳遞精確提取重力頻移信號(hào)并測(cè)定重力位和海拔高。

技術(shù)研發(fā)人員：張朋飛,申文斌,王趁香,申子宇
受保護(hù)的技術(shù)使用者：武漢大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6