专利名称：基于gps的全球定位装置和系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及卫星定位技术领域，特别涉及一种基于GPS的全球定位装置和系统。
背景技术：
由于GPS (Global Positioning System,全球定位系统)技术所具有的全天候、高精度和自动测量的特点，其作为先进的测量手段和新的生产力，已经融入了国民经济建设、国防建设和社会发展的各个应用领域。目前，GPS卫星系统提供的服务主要包括空间位置服务和时间服务。其中，空间位置服务是指利用GPS卫星系统传递的定位信息(包括经度、纬度和高度)进行定位、导航或测量。在实现本实用新型的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题由于现有的GPS卫星系统提供的高度通常是针对海平面以上的，所以现有的定位信息在一些特殊的应用场合并不适用，如海洋勘探、地下勘探等。
实用新型内容为了解决现有技术中存在的GPS卫星系统提供的定位信息不适用于一些特殊的应用场合的问题，本实用新型实施例提供了一种基于GPS的全球定位装置和系统。所述技术方案如下—方面，提供了一种基于GPS的全球定位装置，所述装置包括用于测量本地的引力场系数的引力场测量�？椋挥糜诖硭鲆Τ〔饬磕？椴獾玫囊Τ∠凳目刂颇？椋挥糜谠谒隹刂颇？榈目刂葡拢隹刂颇？榇砗蟮囊Τ∠凳⑺透蚨ㄎ幌低澄佬堑耐ㄑ赌？椋凰隹刂颇？榉直鹩胨鐾ㄑ赌？楹凸璉力场测量�？榈缌�。优选地，所述引力场测量�？榘ㄔ又亓μ荻纫恰⒂糜谖鲈又亓μ荻纫堑脑永淙辞艚庠刺峁┩馕绕档奈拊辞�、用于为所述无源腔提供外稳频参考的外部参考源、用于产生调制信号和同步参考信号的调制信号发生器、用于采用所述同步参考信号对所述无源腔输出的激光信号进行相敏检波的相检波单元、以及用于根据所述相检波单元输出的鉴频信号调整所述原子冷却囚禁光源的输出频率的压电晶体驱动器；其中，所述无源腔分别与所述原子冷却囚禁光源、所述外部参考源和所述相检波单元电连接，所述调制信号发生器分别与所述相检波单元和所述压电晶体驱动器电连接，所述相检波单元的输出端与所述压电晶体驱动器电连接。优选地，所述装置还包括用于接收全球定位系统卫星发送的参考时间信息的卫星信号接收机，所述卫星信号接收机与所述控制�？榈缌�。优选地，所述外部参考源还与所述卫星信号接收机电连接，以为所述卫星信号接收机提供同步时间信号。优选地，所述外部参考源采用原子钟。优选地，所述通讯�？榘ㄓ糜谥苯佑肴蚨ㄎ幌低澄佬墙型ㄐ牛越鲆Τ∠凳⑺透鋈蚨ㄎ幌低澄佬堑牡谝煌ㄑ兜ピ挥糜谟氲孛婊窘型ㄐ牛酝ü龅孛婊窘鲆Τ∠凳⑺透鋈蚨ㄎ幌低澄佬堑牡诙ㄑ兜ピ黄渲校龅谝煌ㄑ兜ピ退龅诙ㄑ兜ピ直鹩胨隹刂颇？榈缌�。优选地，所述装置还包括输出显示�？椋糜谙允舅鐾ㄑ赌？榻邮盏囊斓氐囊Τ∠凳鸵斓氐氖奔淦德时榷允荩鍪涑鱿允灸？橛胨隹刂颇？榈缌印Ａ硪环矫妫峁┝艘恢只贕PS的全球定位系统,所述系统包括前述基于GPS的全球定位装置；以及全球定位系统卫星，用于发送参考时间信息，并在所述基于GPS的全球定位装置之间传递所述引力场系数和时间频率比对数据，所述基于GPS的全球定位装置和所述全球定位系统卫星无线连接。本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果是通过引力场测量�？椴獾帽镜氐囊Τ∠凳⒔靡Τ∠凳ü蚨ㄎ幌低澄佬墙写荩佣沟萌蚨ㄎ幌低澄佬悄芄惶峁┌ň�、纬度、引力场系数(高度)的三维定位信息，由于该三维定位信息将引力场系数作为高度信息，所以其不仅适用于海平面以上的位置，也适用于海平面以下的位置，进而可以为相关领域科研工作提供参考。
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图I是本实用新型实施例I提供的基于GPS的全球定位装置结构示意图；图2是本实用新型实施例I提供的引力场测量�？榈慕峁故疽馔迹煌�3是本实用新型实施例2提供的基于GPS的全球定位装置结构示意图；图4是本实用新型实施例3提供的基于GPS的全球定位系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。实施例I本实用新型实施例提供了一种基于GPS的全球定位装置，参见图1，该装置包括引力场测量�？�11、控制�？�12和通讯�？�13。其中，引力场测量�？�11用于测量本地的引力场系数；控制�？�12用于处理引力场测量�？�11测得的引力场系数；通讯�？�13用于在控制�？�12的控制下，将控制�？�12处理后的引力场系数发送给全球定位系统卫星。控制�？�12分别与引力场测量�？�11和通讯�？�13电连接。[0031]优选地，如图2所示，引力场测量�？�11包括原子重力梯度仪111、用于为原子重力梯度仪111的原子冷却囚禁光源Illa提供外稳频的无源腔112、用于为无源腔112提供外稳频参考的外部参考源113、用于产生调制信号和同步参考信号的调制信号发生器
114、用于采用该同步参考信号对无源腔112输出的激光信号进行相敏检波的相检波单元
115、以及用于根据相检波单元115输出的鉴频信号调整原子冷却囚禁光源Illa的输出频率的压电晶体驱动器116。其中，无源腔112分别与原子冷却囚禁光源111a、外部参考源113和相检波单元115电连接，调制信号发生器114分别与相检波单元115和压电晶体驱动器116电连接，相检波单元115的输出端与压电晶体驱动器116电连接。 其中，原子重力梯度仪111由冷却囚禁、原子喷泉、初态制备、原子干涉、末态探测等部分组成，其详细结构和原理为本领域技术人员熟知，在此省略详细描述。其中，原子冷却囚禁光源Illa优选采用Littrow结构的激光器，该激光器的结构也为本领域的公知技术，在此省略详细描述。其中，无源腔112可以是一个Q值很高的法布里-帕罗标准具，由于它内部没有放电管等发热元件，没有激光介质，体积也很小，所以比较容易保持温度、气压和机械的稳定。同时，由于其Q值很高，所以其谐振曲线通带很窄，通过调制信号发生器114对压电晶体驱动器115施加一个小调制，进而可以对原子冷却囚禁光源输出的激光信号进行调制，透过无源腔112后激光的功率将相应变化。相检波单元115根据调制信号发生器114产生的同步参考信号，对透过无源腔的带调制的激光信号进行相敏检波，并将获得的鉴频信号反馈至压电晶体驱动器116中。压电晶体驱动器116可以是安装光源腔反射镜的压电陶瓷片，由于它的电致伸缩特性，当在其被施加不同的电压时，会使腔长发生改变，从而引起光源输出频率的变化，最终实现原子冷却囚禁光源输出信号频率稳定在无源腔的中心频率上。采用无源腔112稳频后，可以得到较好的短期稳定度，在此基础上，为了得到更好的长期稳定度，本实施例中采用了外部参考源113来稳定无源腔112的谐振频率。优选地，外部参考源113可以采用原子钟，包括但不限于铷原子钟、铯原子钟等。需要说明的是，全球定位系统卫星可以为GPS系统卫星、北斗卫星定位系统卫星或者其他卫星定位系统的卫星。本实用新型实施例通过引力场测量�？椴獾帽镜氐囊Τ∠凳⒔靡Τ∠凳ü蚨ㄎ幌低澄佬墙写荩佣沟萌蚨ㄎ幌低澄佬悄芄惶峁┌ň�、纬度、引力场系数(高度)的三维定位信息，由于该三维定位信息将引力场系数作为高度信息，所以其不仅适用于海平面以上的位置，也适用于海平面以下的位置，进而可以为相关领域科研工作提供参考。实施例2本实用新型实施例提供了一种基于GPS的全球定位装置，如图3所示，该装置与实施例I中的装置的结构基本相同，不同之处在于，本实施例的装置还包括卫星信号接收机34，用于接收全球定位系统卫星发送的参考时间信息，卫星信号接收机34与控制模块12电连接。优选地，在本实施例中，该外部参考源113还用于为卫星信号接收机提供同步时间信号；相应地，控制�？�12还用于根据参考时间信息和同步时间信号计算本地的时间频率比对数据；通讯�？榛褂糜诜⑺涂刂颇？�12计算出的时间频率比对数据，并接收全球定位系统卫星发送的异地的引力场系数和异地的时间频率比对数据。具体地，该时间频率比对数据是指本地参考时间标准和全球定位系统卫星提供的参考时间信息的差。下面以A、B两地为例，说明本实施例进行时间频率传递的原理。设时间频率传递双方的信号接收机在外部参考源的同步下，获得的本地参考时间标准分别为Tl、T2，残差分别为LI、L2，本地外部参考源时间频率标准为Fl、F2，此时若接收机完全同步到外部参考源，则有L1=L2=0。有关系式Δ Tl=Tl-TO (I)Δ T2=T2-T0 (2)其中，TO是同一时刻的GPS卫星系统的实测数据。换用外部参考源后Δ Tl= (Fl-Ll)-TO (3)Δ Τ2= (F2-L2) -TO (4)进一步推算有F1-F2= (Δ Tl- Δ Τ2) + (L1-L2) (5)若接收机完全同步到外部参考源，即L1=L2=0，则有F1-F2= Δ Tl- Δ T2 (6)式(6)即为AB两地时间频率比对数据的比对结果。由于本实施例采用了原子钟为卫星信号接收机提供精确的同步时间信号，所以可以实现基于高精度原子钟的时间传递。同时，由于四维定位信息中的经纬度信息传递都要基于全球定位系统卫星上的原子钟稳定及准确度，而本实施例通过上传时间比对数据，建立了本地原子钟与全球定位系统卫星上的原子钟的关系网，这样，可以将全球定位系统中的时间、经度和纬度有机联系在一起。此外，由于该外部参考源即作为无源腔(引力场测量�？�)的外稳频参考，又为卫星信号接收机提供精确的同步时间信号，所以将时间与引力场系数也结合起来，从而使得时间和空间可以更紧密的结合，进而建立起了全球四维(时间、经度、纬度、引力场系数)信息系统的关系网。优选地，通讯�？�13包括第一通讯单元和第二通讯单元。其中，第一通讯单元用于直接与全球定位系统卫星进行通信，以将所述引力场系数发送给所述全球定位系统卫星；第二通讯单元用于与地面基站进行通信，以通过所述地面基站将所述引力场系数发送给所述全球定位系统卫星。由于通讯�？�13可以采用两种通讯方式，所以可以保证引力场系数和时间比对数据的及时传递。优选地，该装置还可以包括输出显示�？�35，用于显示通讯模块13接收的异地的引力场系数和异地的时间频率比对数据，该输出显示模块35与控制�？�12电连接。输出显示�？�35还可以显示本地时间频率比对数据和异地时间频率比对数据的比对结果。本实用新型实施例通过引力场测量模块测得本地的引力场系数，并将该引力场系数通过全球定位系统卫星进行传递，从而使得全球定位系统卫星能够提供包括经度、纬度、引力场系数(高度)的三维定位信息，由于该三维定位信息将引力场系数作为高度信息，所以其不仅适用于海平面以上的位置，也适用于海平面以下的位置，进而可以为相关领域科研工作提供参考。实施例3本实用新型实施例提供了一种基于GPS的全球定位系统，参见图4，该系统包括全球定位系统卫星41和实施例I或2中提供的基于GPS的全球定位装置42。其中，全球定位系统卫星41可以为GPS系统卫星、北斗卫星定位系统卫星或者其他卫星定位系统的卫星。基于GPS的全球定位装置42可以根据需要在各地设置，图中的数量仅为示例，并不作为对本实用新型的限制。本实用新型实施例通过引力场测量�？椴獾帽镜氐囊Τ∠凳⒔靡Τ∠凳ü蚨ㄎ幌低澄佬墙写荩佣沟萌蚨ㄎ幌低澄佬悄芄惶峁┌ň�、纬度、引力场系数(高度)的三维定位信息，由于该三维定位信息将引力场系数作为高度信息，所 以其不仅适用于海平面以上的位置，也适用于海平面以下的位置，进而可以为相关领域科研工作提供参考。本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种基于GPS的全球定位装置，其特征在于，所述装置包括 用于测量本地的引力场系数的引力场测量�？椋� 用于处理所述引力场测量模块测得的引力场系数的控制�？椋灰约坝糜谠谒隹刂颇？榈目刂葡拢隹刂颇？榇砗蟮囊Τ∠凳⑺透蚨ㄎ幌低澄佬堑耐ㄑ赌？椋� 所述控制�？榉直鹩胨鐾ㄑ赌？楹凸璉力场测量�？榈缌�。
2.根据权利要求I所述的装置，其特征在于，所述引力场测量�？榘ㄔ又亓μ荻纫�、用于为所述原子重力梯度仪的原子冷却囚禁光源提供外稳频的无源腔、用于为所述无源腔提供外稳频参考的外部参考源、用于产生调制信号和同步参考信号的调制信号发生器、用于采用所述同步参考信号对所述无源腔输出的激光信号进行相敏检波的相检波单元、以及用于根据所述相检波单元输出的鉴频信号调整所述原子冷却囚禁光源的输出频率的压电晶体驱动器；其中，所述无源腔分别与所述原子冷却囚禁光源、所述外部参考源和所述相检波单元电连接，所述调制信号发生器分别与所述相检波单元和所述压电晶体驱动器电连接，所述相检波单元的输出端与所述压电晶体驱动器电连接。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括 用于接收全球定位系统卫星发送的参考时间信息的卫星信号接收机，所述卫星信号接收机与所述控制�？榈缌�。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述外部参考源还与所述卫星信号接收机电连接，以为所述卫星信号接收机提供同步时间信号。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述外部参考源采用原子钟。
6.根据权利要求I所述的装置，其特征在于，所述通讯模块包括 用于直接与全球定位系统卫星进行通信，以将所述引力场系数发送给所述全球定位系统卫星的第一通讯单元； 用于与地面基站进行通信，以通过所述地面基站将所述引力场系数发送给所述全球定位系统卫星的第二通讯单元； 其中，所述第一通讯单元和所述第二通讯单元分别与所述控制�？榈缌�。
7.根据权利要求I所述的装置，其特征在于，所述装置还包括 用于显示所述通讯�？榻邮盏囊斓氐囊Τ∠凳鸵斓氐氖奔淦德时榷允莸氖涑鱿允灸？椋鍪涑鱿允灸？橛胨隹刂颇？榈缌�。
8.一种基于GPS的全球定位系统，其特征在于，所述系统包括 权利要求1-7任一项所述的基于GPS的全球定位装置； 全球定位系统卫星，用于发送参考时间信息，并在所述基于GPS的全球定位装置之间传递所述引力场系数和时间频率比对数据； 所述基于GPS的全球定位装置和所述全球定位系统卫星无线连接。
专利摘要本实用新型公开了一种基于GPS的全球定位装置和系统，属于卫星定位技术领域。所述装置包括引力场测量�？椋糜诓饬勘镜氐囊Τ∠凳豢刂颇？椋糜诖硭鲆Τ〔饬磕？椴獾玫囊Τ∠凳煌ㄑ赌？椋糜谠谒隹刂颇？榈目刂葡拢隹刂颇？榇砗蟮囊Τ∠凳⑺透蚨ㄎ幌低澄佬恰Ｋ鱿低嘲ɑ贕PS的全球定位装置和全球定位系统卫星。本实用新型通过引力场测量�？椴獾帽镜氐囊Τ∠凳⒔靡Τ∠凳ü蚨ㄎ幌低澄佬墙写荩佣沟萌蚨ㄎ幌低澄佬悄芄惶峁┌ň�、纬度、引力场系数的三维定位信息，该三维定位信息可以为相关领域科研工作提供参考。
文档编号G01S19/01GK202770996SQ20122031548
公开日2013年3月6日 申请日期2012年7月2日 优先权日2012年7月2日
发明者涂娟, 王谨, 詹明生 申请人:中国科学院武汉物理与数学研究所
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