[发明专利]基于捷联式航空重力矢量仪测量的重力扰动矢量计算方法

说明书

本发明公开基于捷联式航空重力矢量仪测量的重力扰动矢量计算方法。重力扰动矢量通过两步计算得到，第一步根据捷联式航空重力矢量仪与差分GNSS组合系统导航算法，得到捷联式航空重力矢量仪在当地地理坐标系中的东向、北向和天向比力；第二步建立捷联式航空重力矢量仪重力扰动矢量状态方程和观测方程，采用向前和平滑卡尔曼滤波算法，得到重力扰动矢量。

技术领域

本发明涉及捷联式航空重力矢量仪重力扰动矢量计算方法，属于动机座重力矢量测量数据处理技术领域。

背景技术

航空重力矢量测量对高分辨率高精度大地水准面的确定，对地球科学、地质矿产勘探和国防安全建设的发展有着非常重要的作用。地球重力矢量在当地地理坐标系中的垂直分量为正常重力与重力异常之和，在东向和北向的水平分量为东向重力扰动分量和北向重力扰动分量。重力扰动矢量可以通过捷联式惯性导航系统与全球卫星导航系统组合测量得到，其测量精度不仅受到捷联式惯性导航系统加速度计和陀螺仪测量精度的影响，还受到测量数据处理方法的影响。在现有加速度计和陀螺仪测量精度的条件下，研制重力矢量仪，提出科学合理的重力矢量测量数据处理方法，得到重力扰动矢量，已成为当今航空重力矢量测量的研究热点。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于捷联式航空重力矢量仪测量的重力扰动矢量计算新方法。本发明采用的技术方案是：基于捷联式航空重力矢量仪测量的重力扰动矢量通过两步计算求得：第一步：根据捷联式航空重力矢量仪与差分GNSS组合系统导航算法，得到捷联式航空重力矢量仪在当地地理坐标系中的东向、北向和天向比力；第二步：建立捷联式航空重力矢量仪重力扰动矢量状态方程和观测方程，采用向前和平滑卡尔曼滤波算法，得到重力扰动矢量。

本发明提出的捷联式航空重力矢量仪重力扰动矢量状态方程和观测方程如下：

其中，状态变量为f_E′,f_N′,f′_up分别为捷联式航空重力矢量仪在计算地理坐标系中的东向、北向和天向比力，h,L,λ,分别为捷联式航空重力矢量仪检测质量中心在当地地理坐标系中的椭球高，纬度、经度、东向速度、北向速度和天向速度，分别为捷联式航空重力矢量仪的计算地理坐标系与当地地理坐标系之间的误差角，分别为当地地理坐标系相对惯性空间的转动角速度在其坐标轴上的投影，G_E,G_N,G_UP分别为科里奥利加速度在当地地理坐标系中的投影，g_n为正常重力场，△g_E,△g_N,△g_up分别为重力扰动矢量在当地地理坐标系中东向、北向和天向上的投影，β为重力相关时间倒数，p_E,p_N,p_up为中间变量，q_E,q_N,q_up分别为当地地理坐标系中东向、北向和天向上的重力扰动矢量噪声，△f_E,△f_N,△f_up分别为当地地理坐标系中等效加速度计的零位偏置，ε_E,ε_N,ε_up分别为当地地理坐标系中等效陀螺仪的零位漂移，R_M,R_N分别为参考椭球子午圈和卯酉圈的曲率半径，h^GNSS,L^GNSS,λ^GNSS分别为GNSS指示的捷联式航空重力矢量仪检测质量中心在当地地理坐标系中的椭球高，纬度和经度，分别为GNSS高度、纬度和经度的测量噪声。

有益效果

本发明给出了一种基于捷联式航空重力矢量仪测量的重力扰动矢量计算新方法，提出了重力扰动矢量状态方程，通过两步滤波估计，得到高精度和高分辨率的重力扰动矢量。

附图说明