[发明专利]基于相关分析与经验模分解的捷联式重力仪误差矫正方法

说明书

本发明属于重力测量领域，公开了基于相关分析与经验模分解的捷联式重力仪误差矫正方法。通过等效带通滤波器研究相应频段内的重力仪误差以提高方法的精度，利用经验模分解得到测量结果的本征模态分量，利用本征模态分量与伪比力的相关性来进行误差分离，并且利用迭代的方式避免经验模分解中的模态混叠，本发明在不影响捷联式航空重力测量分辨率的情况下提高了捷联式航空重力测量的精度，对于捷联式重力仪的精度提升具有较大意义。

技术领域：

本发明涉及一种捷联式航空重力仪误差矫正方法，特别涉及了基于相关分析与经验模分解的捷联式重力仪误差矫正方法。

背景技术：

地球重力场的信息在地球物理、大地测量以及大地动力学等领域具有非常重要的作用。在所有测量地球重力场的手段当中，航空重力测量是一种获取高精度大范围地球重力场的高效率手段。航空重力仪分为平台式与捷联式重力仪，捷联式重力仪同平台式重力仪最大的不同在于捷联式重力仪使用数学方式而不是实际的稳定平台来获取重力场信息。捷联式重力仪具有结构简单，体积较小，成本低以及功耗低的优势，并且前期研究工作表明捷联式航空重力仪在获取高精度高分辨率重力场方面具有同平台式重力仪相当甚至更高的表现，所以捷联式重力仪已经成为航空重力测量的趋势所在。捷联式航空重力仪面对的一个问题是，它容易受到气流以及飞行器运动特性的影响。这是由于捷联式重力仪直接固定在舱室内部没有物理平台用于隔离气流以及载体运动对捷联式重力仪的影响，这类由于气流以及载体动态特性导致的误差被称为动态性误差。

经验模分解是一种自适应的信号分解手段，通过经验模分解可以得到信号的本征模态分量。经验模分解可以用于海洋与地震数据分析、机械振动信号分析、声音处理、纹理分析、SAR影像滤波以及气象等领域，并取得了较好的结果。从目前情况来看，直接针对捷联式重力仪动态性误差的研究工作以及利用经验模分解对重力测量信号进行处理的文献较少。文献(Zhao L.et al.Airborne Gravity Data Denoising Based on Empirical ModeDecomposition:A Case Study for SGA-WZ Greenland Test Data.ISPRS Int.J.Geo-Inf.2015,4,2205-2218)应用了经验模分解对实际测量得到的捷联式重力仪数据进行了处理，得到了同航空重力测量中通常使用的低通滤波器相接近的效果，但是对测量结果精度的提高并没有显著帮助。从重力测量理论来看，动态性误差的源头不能通过卡尔曼估计的方式得到，但是动态性误差与比力是强相关的。因此，实现一种基于相关性分析与经验模分解的捷联式航空重力仪动态性误差矫正方法具有很高的实际应用价值。

发明内容:

本发明针对捷联式航空重力仪受外界气流以及载体动态特性影响，进而产生相关的动态性误差的问题，提出了一种基于相关分析与经验模分解的捷联式重力仪误差矫正方法，进而减小动态性对航空重力测量的影响，提升航空重力测量的精度。

主要的技术方案如下：

基于相关分析与经验模分解的捷联式重力仪误差矫正方法，包括以下步骤：

步骤一，对实际测量得到的重力数据进行重力解算并且经过低通滤波得到特定分辨率下的测量结果：

捷联式重力测量的模型为

其中，和为由GPS测量得到的相对地球的加速度与速度，f^b是捷联式惯导系统测量得到的在载体系下的比力信息，是由载体系到导航系的姿态变化矩阵，是地球相对于惯性系的转动角速度，是导航系相对于地球的转动角速度，γⁿ是在导航系下的正常重力值，dgⁿ是重力异常结果在导航系下的表示；

步骤二，利用等效带通滤波器对测量结果进行滤波并得到对应频段测量结果，其中等效带通滤波器的结果相当于两个低通滤波器的差值；

步骤三，利用经验模分解对重力测量的带通滤波结果进行分解，得到其本征模态分量；