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。     

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。     

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.     

一种基于火箭橇轨道的动基座重力 测量系统评价方法

传统的重力仪精度评价方法为重力仪测量值与静态定点值或飞行状态下的重力线网格参考值进行比较,根据差值或相对异常值来评价重力仪的精度指标,但其缺点是飞行轨迹重复性差.火箭橇轨道是进行火箭橇测试的重要组成部分,它严格按照设计建设,长达数公里,拥有完整已知的地理数据信息,且沿着火箭橇轨道布有众多的绝对重力基准点.提出一种基于火箭橇轨道的重力测量系统评价方法,通过火箭橇轨道上的众多绝对重力基准点和重力仪测量得到的重力值比较,评价重力仪的精度指标性能.其优点是该方法能够连续、快速、可重复评价重力测量系统的精度指标,为重力仪研制提供精确的评价手段和鉴定方法.     

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。     

一种采用“捷联+平台”方案的新型航空重力仪

针对资源勘探等高精度应用对航空重力仪测量精度和分辨率的更高要求,在前期研究基础之上,研发了新一代采用"捷联+平台"方案的新型航空重力仪。设计了采用石英挠性加速度计和光纤陀螺的捷联式重力仪,采用了新型温度控制方案,提高了重力仪的环境适应能力。设计了稳定平台,将捷联式重力仪保持在垂直方向,隔离载机的角运动干扰,减小了重力传感器的动态误差。飞行试验表明,该方案是有效的,将航空重力仪的精度和分辨率提升到优于1mGal/3km。     

海空重力仪的技术现状及新应用

海洋/航空重力测量是基于移动平台的动态相对重力测量,是指用有人测量船或飞机搭载重力仪或加速度计,来测定海面或近地空中重力加速度的重力测量方法。介绍了重力仪的应用领域,针对移动海洋/航空重力仪、海空重力仪车载试验,综合阐述了其国外、国内发展现状,指出了无人重力测量技术和深远海动态重力测量技术亟待解决的问题,分析了我国在海空重力测量领域中的发展方向。     

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。     

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。     

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。     

R-T-S平滑算法与抗差Kalman在数据后处理中的应用

为了提高组合导航系统后处理精度和数据稳定性,将R-T-S最优固定区间平滑算法引入数据后处理中,在前向Kalman滤波的基础上,进行了后向R-T-S最优固定区间平滑处理,并针对GPS观测值中存在异常的问题,将抗差Kalman滤波算法引入数据后处理中,并对该算法进行实物仿真。结果表明,与传统Kalman滤波相比,R-T-S平滑算法不仅可以提高位置、姿态精度,而且在卫星信号失锁的情况下精度也得到显著改善,并且在不丢星的时刻,抗差Kalman滤波可以有效处理GPS信号中的异常观测值,遏制滤波发散,是一种有效的数据处理方法。     

弹道导弹制导计算中扰动引力的快速赋值

主动段扰动引力是引起弹道导弹制导方法误差的主要因素。因此,要提高导弹的制导精度,就必须能够在弹上实时计算扰动引力。但现有方法在计算快速性和存储量之间无法得到有效协调。为此,把广义延拓逼近思想引入有限元逼近方法中,将插值单元周围节点的信息也包含到单元内一点扰动引力的计算当中,建立了一种新的数学模型。对所选发射空域,在发射坐标系中进行了直角坐标划分。计算结果表明,这种方法能够更加精确地逼近弹道导弹主动段的扰动引力,在600 km×250 km×6 km的主动段飞行区域内,只需要保存60个节点数据,就能使由逼近误差导致的落点偏差小于10 m,是一般有限元逼近方法精度的4倍以上。     

Autonomous orbit determination using epoch-differenced gravity gradients and starlight refraction

Autonomous orbit determination via integration of epoch-differenced gravity gradients and starlight refraction is proposed in this paper for low-Earth-orbiting satellites operating in GPS-denied environments.Starlight refraction compensates for the significant along-track position error that occurs from only using gravity gradients and benefits from integration in terms of improved accuracy in radial and cross-track position estimates.The between-epoch differencing of gravity gradients is employed to eliminate slowly varying measurement biases and noise near the orbit revolution frequency.The refraction angle measurements are directly used and its Jacobian matrix derived from an implicit observation equation.An information fusion filter based on a sequential extended Kalman filter is developed for the orbit determination.Truth-model simulations are used to test the performance of the algorithm,and the effects of differencing intervals and orbital heights are analyzed.A semi-simulation study using actual gravity gradient data from the Gravity field and steady-state Ocean Circulation Explorer (GOCE) combined with simulated starlight refraction measurements is further conducted,and a three-dimensional position accuracy of better than 100 m is achieved.     

前后向迭代滤波算法在高精度姿态测量中的应用

为了满足航空物探对于高精度姿态基准的需求,对前后向迭代滤波算法进行了研究.在前向捷联惯导算法的基础上,推导了后向捷联惯导算法,基于SINS/GPS组合导航方案构建了15状态Kalman滤波器,提出了前后向迭代滤波算法,通过仿真实验和转台实验对比了前后向迭代滤波算法与R -T -S平滑的估计效果.实验结果表明:经过前后向...     

平台式重力仪航空重力测量数据后处理技术研究

针对航空重力测量对数据后处理的要求,结合平台式重力仪系统的组成与工作原理,在重力异常信号的频域特征基础上,设计出一套有严格频域规范的航空重力数据后处理流程,并对某海域实测数据进行了处理。结果表明,重力异常值内符合精度为12条东西测线达到0.43mGal/140s和0.84mGal/100s,4条南北测线达到0.39mGal/140s和0.79mGal/100s;以同测线GT-2A单次测量结果为标准值统计标准差,12条东西测线为0.72mGal/140s和0.98mGal/100s,4条南北测线为1.41mGal/140s和1.53mGal/100s。结果表明,设计的航空重力测量数据后处理方法可以实现重力异常信号的高精度提取。     

Kalman滤波器在直升机盘旋飞行中的应用

 介绍了一种针对无人驾驶直升机小半径稳速盘旋使用的Kalman 滤波器, 并用其进行数据处理, 同时给出了无人驾驶直升机盘旋飞行的状态方程, 以及进入盘旋、退出盘旋和野值数据的自动判断和处理, 并且在分析过程中给出了误差分析。讨论了飞行模式检测方法的设计思路及关键技术, 并给出了本方法的虚警概率。本方法可用于导航控制、天线跟踪和遥测数据处理等系统中, 可以提高定位的准确性, 并进行飞行模式的自动判决。     

自适应扩展增量 Kalman 滤波方法

基于扩展增量Kalman滤波方法(EIKF)和自适应增量Kalman滤波(AIKF),建立自适应扩展增量Kalman(AEIKF)模型及其分析方法,给出递推算法.在许多实际情况(如深空探测),由于环境因素的影响、测量设备的不稳定性等原因,量测方程往往存在未知的系统误差,并且模型参数也具有不确定性,结果导致较大的Kalman滤波误差,影响滤波的收敛性.提出的AEIKF方法能够成功消除这种未知的系统误差,并能够实时估计变化的噪声统计量,提高Kalman滤波精度.该方法计算简单,便于工程应用.      

Balloon gravimetry using GPS and INS

Measurement of the horizontal components of gravity at altitude using balloon-borne instrumentation consisting of a Global Positioning System (GPS) receiver and a strapdown inertial navigation system (INS) is discussed. GPS data are to be used primarily to determine the total inertial acceleration of the balloon, while the INS accelerometers sense all nongravitational accelerations. A covariance analysis based on the Kalman filter shows that conventional gravity estimation from GPS-aided INS data is possible only if external attitude updates are also available. An alternative technique is explored that attempts to estimate at least part of the gravitational spectrum without modeling the gravity disturbance as a state variable or relying on external attitude updates, while, at the same time, admitting uncorrected (long-wavelength) attitude errors. Simulations based on a model for typical balloon motion are used to discuss this possibility