航空重力测量重复测线数据处理技术研究

航空动态重力测量是快速获取地球重力场信息的有效手段,从广泛噪声中高精度提取重力信息的数据处理技术是重力测量的关键环节。本文首先分析了测量噪声的来源及误差特性,且明确了现阶段常用的有限冲激响应（FIR）低通滤波器可以有效滤除高频噪声。其次,针对动态特性误差和偶然误差,提出基于经验模态分解（EMD）的误差分离方法。再次,提出了适用于多条重复测线的系统平差方法,有效抑制了低频系统误差的影响。最后,对航空实测数据进行了处理。试验结果表明,基于EMD的误差分离方法将内符合精度从2.86mGal提升至0.75mGal,重复测线系统平差方法将精度进一步提升至0.28mGal。该研究对提升航空重力测量系统在数据处理技术成熟度及实用化水平方面有重要意义。     

捷联式重力仪在海洋测量中的应用与数据处理

针对海洋重力测量对重力测量系统的要求,给出了一种捷联式海洋重力仪SAG-2M,论述了系统组成、工作原理、特点和数据处理流程。利用近期获得的某海域重力测量数据,评估了捷联式重力仪精度。测量结果表明,重复测线的重力异常曲线吻合度较高,交叉点不符值精度约为1.2mGal,满足海洋重力测量的指标要求。     

捷联式航空重力测量系统的数据处理方法比较与分析

重力数据处理对获取高精度重力异常值有着重要作用，是重力测量的核心技术。重力仪在搭载运动载体进行重力测量时，载体的高频振动对重力测量数据和GPS数据均会产生不可避免的干扰，导致提取的重力异常粗值含有大量高频噪声。围绕重力数据的处理方法这一核心技术，介绍了FIR低通滤波、零相移滤波、标准Kalman滤波、正反Kalman滤波4种滤波方法的基本原理，运用这4种方法处理了SAG捷联式重力仪的某次实际飞行测量数据，比对了基于SINS/GPS组合导航和SINS/DGPS组合导航的重力测量数据处理结果。通过对本次试验重复测线内符合精度进行比对，验证了4种方法的可行性和优劣性，同时验证了SAG重力仪的测量精度。     

基于精密单点定位的航空重力仪运动加速度估计

本文针对航空重力测量中利用单基准站差分GNSS方法估计载体加速度的局限性,提出了两种基于PPP的载体加速度高精度估计方法—位置差分法和相位差分法。在详细推导了两种估计方法解算方程的基础上,研究总结了方法各自的特点与优势,最后通过实验分析了卫星导航误差源对两种方法的影响。实验研究表明,相位差分法在抑制低阶误差方面更具优势;-2~+2周的整周模糊度解算偏差对位置差分法的加速度估计结果在滤波后产生近10mGal的影响;在数据采样间隔为1s时,1周的周跳对相位差分法的加速度估计结果产生数千mGal的误差。研究结果能为航空重力测量中利用PPP高精度估计重力仪加速度提供一定的理论指导,尤其对难以建站的测区的重力测量具有重大意义。     

激光捷联惯导车载重力测量试验

惯性导航系统中加速度计测量的比力是载体运动加速度与重力加速度的矢量和,当载体运动加速度能够被有效分离时,满足一定精度水平的惯性导航系统就可以成为动态重力仪。捷联式惯性导航系统体积小、重量轻、系统组成简单,可以在记录下惯性器件原始输出信息之后,通过离线处理过程进行数据处理和精度挖掘。本文通过对某高精度激光捷联惯导进行相应的软硬件更改,获得了兼具导航及重力测量功能的一体式动态重力仪。地面车载试验是验证动态重力仪的测量精度的有效手段之一,本文将一组高速公路重复测线的数据进行了处理和分析,结果表明在平均车速72km/hr的条件下,半波长分辨率2km,自由空间重力异常内符合精度优于1mGal。     

航空重力测量重复测线系统误差自调整

航空重力测量中存在重复测线,为了在构造测线网时充分利用重复测线的信息,提出了一种重复测线数据的处理步骤。针对重复测线数据中存在的系统误差提出了自调整的方法,该方法利用了测点的不符值信息。实际处理结果表明,重复测线系统误差的自调整方法能有效的消除重复测线上系统误差的影响。     

三轴惯性平台式航空重力仪机载重力测量试验研究

介绍了自主研制的GIPS-1A三轴惯性平台式航空重力仪的组成、工作流程及技术指标,并给出了机载重力测量试验系统的集成方法和数据处理方法.经实际机载航空重力重复线精度测试和试生产测试,重复线内符合精度优于0.6mGal@0.01Hz;与国际上性能优异的GT-2A重力仪相比,重复线符合度好,试生产交叉点总精度相当,且异常形态吻合度也很好.实验结果表明,GIPS-1A重力仪达到了国际上先进仪器的精度水平,并且在风扰适应性、体积、质量等方面表现突出,可满足实际工程应用需求.     

基于正反Kalman滤波的动基座重力仪数据处理方法

重力数据处理是动基座重力仪的核心技术,采用了一种基于正反Kalman滤波的数据处理方法提取重力异常值.以动基座重力仪(Sea and Air Gravity,SAG)为研究对象,根据系统参数推导了Kalman滤波方程,并运用正反Kalman滤波方法处理了SAG某飞行架次的数据.将提取的重力异常值与同机搭载飞行的俄罗斯高精度重力仪GT-1A的结果进行比对,试验结果表明,两者滤波结果差值的均方根误差要小于1 mGal.     

惯导平台式重力测量技术实现及应用

详细阐述了解析方位双轴惯导平台式重力测量的工作原理,并通过基于方位余弦积的惯导力学编排解决了极区工作问题。在常规平台式重力测量数据处理方法的基础上,针对高动态环境提出了基于Kalman滤波的运动扰动修正方法。在此基础上研制了ZL11-1A型国产惯导平台式海洋重力仪。通过与国外主流重力仪产品海上同船作业比对,结果表明,该型重力仪在高海况下测量精度依然优于1mGal,满足重力测量作业要求。     

重力异常特征提取方法研究

将主元分析和独立分量分析相结合应用于重力异常信号的特征提取.采用主元分析对测量数据进行去相关和降维预处理,再利用独立分量分析算法提取重力信号的特征系数.结合重力异常变化与特征系数的关系,提出了应用特征量化参数表征重力异常信号变化程度的方法.基于实测的重力异常信号进行了仿真试验,试验结果表明,本文提出的特征量化参数能有效的反映重力异常的幅值变化程度.     

Design of an Open-Loop gust alleviation control system for airborne gravimetry

Aircraft operation at low altitude is affected by turbulence producing additional aerodynamic forces and moments. This results in aircraft acceleration and reduces the performance of an airborne gravimeter substantially. To reduce this effect, a gust alleviation control system is necessary. In this paper the control performance of an Open-Loop Control System is examined in the frequency and time domain. The analysis is made by computation of the power density spectra of the vertical and the horizontal acceleration in geodetic co-ordinates. The design objective for the gust alleviation system is a considerable improvement of the gravity measurement accuracy, in particular in the frequency range between 0 Hz and 1 Hz. The requirements of the gravity measurement are at 1 km anomaly wavelength and 1 mGal of accuracy.     

航空重力仪/梯度仪惯性稳定平台研制现状

惯性稳定平台可以隔离外部扰动对重力仪或重力梯度仪的影响,改善重力测量环境、提高重力测量精度,在航空重力测量领域意义重大,应用前景广阔.本文针对国内外多个国家的航空重力仪惯性稳定平台研制情况,以及承载不同类型重力梯度仪的惯性稳定平台研制现状进行了评述,并讨论了平台研制中的一些关键技术,最后进行了前景展望.     

New concepts for airborne gravity measurement

A fundamental survey of vehicle mounted gravimeters shows the superposition from the gravity and the kinematical acceleration due to item modification. The particular problems of airborne gravimetry lie in the presence of relatively strong disturbances due to air turbulence. The vehicle acceleration caused in this manner is from high dynamics and up to a factor of 10⁶ greater than the anomaly signal (local changes of acceleration due to the earth's gravitation). Thus, the technically scientific problem of utilizing gravimeters in airplanes lies in a suitable compensation for the vehicle's acceleration. The measurement methods applied reduce the high frequency disturbance signal with the aid of a low-pass filter. These methods are restricted only for the localization of very large anomalies. The required resolution for an air gravimeter cannot be reached only through a direct low-pass or band-pass filtering, since the frequency ranges of the disturbance and the anomaly overlap. A clear improvement of the resolution requires completely new concepts. For separating gravity and kinematical acceleration, there must be further sensors that are not influenced by gravity, e.g. altimeter and the Global Positioning System (GPS). An overall system, into which the individual sensors are integrated and associated via suitable complementary filtering with each other, allows it to register gravity with a higher resolution than is presently possible.     

机载单站无源定位系统中相位差变化率提取方法(英文)

相位差变化率含有目标辐射源的距离信息,是机载单站无源定位系统中的重要参数。本文以正弦单载波脉冲信号为例,分析了基于相位差变化率的单站无源定位原理,以及测量误差的组成。基于对Cramer-Rao下限的分析,提出了一种基于多次观测的相位差变化率的高精度测量方法——时间片处理法。在相位差变化率的测量中,当信噪比较低时,频域鉴相方法优于时域鉴相方法,多时间片处理能够显著地降低测量方差,仿真验证了此算法的正确性和有效性。典型的无源定位场景的仿真验证了算法对动态测量的适应性。此测量算法简单、计算量小,易于实现。     

速率方位平台与激光捷联惯导车载重力测量比较

目前,成熟应用的航空重力测量系统主要为两轴阻尼平台,例如LaCoste&Romberg海空重力仪,以及三轴惯导平台,例如GT-1A航空重力仪和AirGrav航空重力仪。虽然捷联式航空重力仪研制及应用尚未成熟,但通过本文对自主研制的激光捷联式与速率方位平台式航空重力仪进行的车载重力测量试验表明,两种类型重力仪样机获得的自由空间重力异常精度相当。     

水下重力匹配定位算法综述

随着重力测量和水下导航技术的发展,惯性/重力匹配导航技术因其精度高、自主性强和航时长等优点,已成为水下自主导航的重要研究方向。惯性/重力匹配导航系统主要由惯性导航系统、重力实时测量、海洋重力场背景图和重力匹配定位算法构成。重力匹配定位算法通过将实时测量的重力异常值与构建的重力场背景图进行匹配,得到水下运载体当前时刻的位置信息,是惯性/重力匹配导航技术的核心。本文详细介绍了重力匹配算法的技术发展现状,重点分析了具有代表性的ICCP算法、SITAN算法、矢量匹配算法及其衍生算法,并对惯性/重力匹配水下自主导航技术的未来发展进行了展望。