[发明专利]一种基于重力矢量及其梯度的差分定位方法与装置

说明书

本发明公开了一种基于重力矢量及其梯度的差分定位方法与装置，所述方法包括：步骤S1：获取观测站记录的两组重力矢量和重力梯度，其中，所述两组重力矢量和重力梯度为同一观测站在相邻时刻或相邻观测站在同一时刻记录得到的；步骤S2：基于步骤S1记录的重力矢量和重力梯度获取目标体的位置，其中，先计算出观测点与目标体的距离矢量，再基于所述距离矢量以及观测点的位置确定目标体的位置。本发明给出了基于两个相邻观测站或相邻时刻所测得的重力矢量和重力梯度张量监测运动目标体的坐标位置的核心算法，消除了地球重力背景场的影响，实现更加精准的目标定位。

技术领域

本发明属于地球重力学技术领域，具体涉及一种基于重力矢量及其梯度的差分定位方法与装置。

背景技术

在地球重力学中，重力梯度张量除用于勘探地球地质结构构造，寻找油气、矿产资源以外，还有其他多种应用。例如，利用卫星重力梯度，高精度恢复中短波的地球重力场；利用高精度重力梯度张量，为舰艇或巡航导弹进行导航；Majid Beiki and LaustB.Pedersen于2010年应用重力梯度张量特征值与特征向量、垂直方向的重力场计算了地下单一异常体的位置与质量，并被用于重力梯度张量剖面数据的定性解释。此外，Lockerbie于2014年基于2个不同测点处的重力梯度张量特征向量唯一确定了单一目标体的位置，并应用于地下掩体范围的大致圈定。

然而上述现有技术中，均没有考虑地球重力背景场的影响，而在实际应用时会因为地球重力背景场的存在会使得定位产生较大的误差。因此，有必要设计一种消除地球重力背景场的影响来实现基于重力矢量及其梯度张量的目标定位方法。

发明内容

本发明的目的解决现有技术中因地球重力背景场产生的定位误差问题，提供一种基于重力矢量及其梯度的差分定位方法来实现的单个运动物体定位追踪方法，本发明观测重力矢量和重力梯度张量，其过程巧妙采用差分手段推导出消除地球重力背景场的定位公式，使得目标体的定位结果更加可靠，追踪更加准确。

一方面，本发明提供一种基于重力矢量及其梯度的差分定位方法，包括如下步骤：

步骤S1：获取观测站记录的两组重力矢量和重力梯度，其中，所述两组重力矢量和重力梯度为同一观测站在相邻时刻或相邻观测站在同一时刻记录得到的；

步骤S2：基于步骤S1记录的重力矢量和重力梯度获取目标体的位置，其中，先计算出观测点与目标体的距离矢量，再基于所述距离矢量以及观测点的位置确定目标体的位置，所述距离矢量计算公式如下：

式中，R为观测点与目标体的距离矢量，g₊、g_-表示获取的所述两组重力矢量，d表示两次测量之间的距离矢量，G₊、G_-表示获取的两组重力梯度转换而来的中间转换参数。

其中，一组重力梯度T对应的中间转换参数G如下所示：

或，

或，

式中，T_xx、T_yy、T_xy、T_zz、T_xz、T_yz分别为重力梯度中在xx、yy、xy、zz、xz、yz方向上的分量。

其中，目标体位于太空、或地表、或地表以上、或地表以下、或水面、或水面以上、或水面以下。

其中，观测点与目标体的距离矢量表示如下：

R＝[x_s-x^* y_s-y^* z_s-z^*]