CN108398126A - 一种高精度海空重力测量平台倾斜改正模型 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高精度海空重力测量平台倾斜改正模型，其主要技术特点是：该模型结合了地球扰动重力和科里奥利加速度两个水平分量因素生成，表示如下：δa_H＝[f_x ²+f_y ²‑(a_e+C_e‑δg_e)²‑(a_n+C_n‑δg_n)²]/(2g_m)，式中，δa_H代表平台倾斜重力改正数；f_x、f_y分别为平台x轴和y轴敏感到的水平加速度；δg_e和δg_n分别代表扰动重力加速度的东向分量和北向分量；a_e和a_n分别代表由高精度定位信息导出的运动载体e轴水平加速度和n轴水平加速度；C_e和C_n分别代表科里奥利加速度的东向分量和北向分量；g_m为重力仪观测值。本发明有效地结合了地球扰动重力和科里奥利加速度两个水平分量，提高了测量的准确性，并为完善海空重力测量作业标准和数据处理模型提供了必要的理论支撑。

Description

一种高精度海空重力测量平台倾斜改正模型

技术领域

本发明属于海洋重力技术领域，尤其是一种高精度海空重力测量平台倾斜改正模型。

背景技术

海面船载和航空重力测量是获取海域重力场信息的两种主要手段。海空重力仪是两种测量模式的核心装备，海空重力测量成果质量除了会受到测量动态环境效应的干扰和数据处理建模误差的影响外，海空重力仪自身技术性能的优劣也是影响观测数据质量的主要因素之一。随着现代科学技术的进步，最近20多年，海空重力测量特别是航空重力测量技术取得了重大进展，航空重力测量精度已经从原先的±10mGal(mGal＝10-5m/s2)提高到±(2～3)mGal甚至更高的水平。航空重力测量技术能够取得如此迅猛的发展主要得益于三个方面的技术突破，一是差分GNSS测定载***置、速度和加速度技术的实现；二是新型重力测量传感器的研制；三是海空重力测量数据处理精密模型的构建。后者主要涉及与测量动态环境相关的各项改正，水平加速度改正便是其中最重要的改正项之一。对于使用陀螺稳定平台的重力测量***，由于受海上和空中作业环境的影响和平台自身技术性能的制约，客观上要使陀螺稳定平台始终保持绝对水平几乎是不可能的，因此，重力传感器观测记录不可避免受到水平加速度的干扰，必须对其进行必要的补偿和修正。但研究结果表明目前使用的计算模型都是一定意义下的近似公式，只顾及到了平台倾斜条件下载体运动引起的水平加速度干扰，而忽略了地球扰动重力和科里奥利加速度两个水平分量的影响，这种忽略在高精度航空重力测量作业中是不允许的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种高精度海空重力测量平台倾斜改正模型，解决现行海空重力测量平台倾斜改正模型由于近似性问题导致的精度低的问题。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种高精度海空重力测量平台倾斜改正模型，该模型结合了地球扰动重力和科里奥利加速度两个水平分量因素生成，表示如下：

式中，δa_H代表平台倾斜重力改正数；f_x、f_y分别为平台x轴和y轴敏感到的水平加速度；δg_e和δg_n分别代表扰动重力加速度的东向分量和北向分量；a_e和a_n分别代表由高精度定位信息导出的运动载体e轴水平加速度和n轴水平加速度；C_e和C_n分别代表科里奥利加速度的东向分量和北向分量；g_m为重力仪观测值。

本发明的优点和积极效果是：

本发明设计合理，其针对现行海空重力测量平台倾斜改正模型存在的近似性问题，推出了顾及地球扰动重力和科里奥利加速度两个水平分量影响的平台倾斜改正修正模型，并通过实际观测数据验证了修正模型的有效性，提高了测量的准确性，并为完善海空重力测量作业标准和数据处理模型提供了必要的理论支撑。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明做进一步详述。

本发明的设计思想为：平台倾斜对重力观测造成的影响主要体现在两个方面，一方面是由于平台倾斜使得各类水平加速度在重力传感器垂向敏感轴上产生了附加的作用；另一方面是由于平台倾斜使得重力传感器敏感到的不是真正重力垂线方向上的加速度。由此得知，只要发生平台倾斜，即使不存在水平加速度干扰，也必须进行平台倾斜重力改正。当前众多国内外公开资料在推导和使用平台倾斜改正模型时，几乎都一致将水平干扰加速度简化为单一的运动载体水平加速度。而实际上，在水平方向上除了运动载体加速度外，还存在地球扰动重力和由载体运动引起的科里奥利加速度分量。

基于上述说明，本发明采用如下方法设计得出：

依据旋转不变式标量重力测量原理，得到动态重力测量基本方程：

式中，为重力加速度矢量；代表科里奥利加速度和载体运动加速度的矢量和；为重力传感器(加速度计)观测矢量。由式(2)可进一步得到

式中，f_x、f_y和f_z分别为平台三个方向轴敏感到的水平加速度，G代表各类垂向加速度的代数和；δg_e和δg_n分别代表扰动重力加速度的东向和北向分量；q_e和q_n表示为

q_e＝a_e+C_e (4)

q_n＝a_n+C_n (5)

式中，C_e和C_n分别代表科里奥利加速度的东向和北向分量；联合公式(1)至公式(5)，最终得到顾及地球扰动重力和科里奥利加速度两个水平分量影响的倾斜改正修正模型如下：

式中，δa_H代表平台倾斜重力改正数；g_m为重力仪观测值。

本发明的平台倾斜重力改正模型与传统公式的差异主要表现为前者比后者增加了地球扰动重力和科里奥利加速度两个水平分量的影响。从形式上看，就是在修正公式(6)中用(a_e+C_e-δg_e)和(a_n+C_n-δg_n)替代传统公式中的a_e和a_n。依据实测资料，分别选取一条西北至东南向测线和另一条方向相反的东南至西北向重复测线，依次计算科里奥利和地球扰动重力加速度两个水平分量的大小，以及对应于传统模型和修正模型的倾斜改正数及其互差值。具体统计结果如表1所示。

表1科里奥利和扰动引力加速度及倾斜改正计算结果比较/mGal

由表1计算结果看出，科里奥利和地球扰动重力加速度对平台倾斜改正的影响最大可达几个毫伽(mGal),传统模型与修正模型计算结果的互差均方根值超过1mGal。显然，这样的影响量值对于现代高精度要求的海洋和航空重力测量作业，都是不可忽略的。因此，在实际应用中应当统一采用这里提供的修正模型进行平台倾斜重力改正计算。

表2使用倾斜改正修正模型前后重复测线相互比对结果/mGal

模型	最小差	最大差	平均差	标准差	中误差
						传统	-4.34	6.20	4.28	1.95	4.70
修正	-4.19	5.97	4.17	1.73	4.52

表2给出了使用倾斜改正修正模型前后上述重复测线计算结果符合性的对比情况，该结果同样说明使用修正模型替代传统模型实施平台倾斜改正是必要和有效的。

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (1)

1.一种高精度海空重力测量平台倾斜改正模型，其特征在于：该模型结合了地球扰动重力和科里奥利加速度两个水平分量因素生成，表示如下：

式中，δa_H代表平台倾斜重力改正数；f_x、f_y分别为平台x轴和y轴敏感到的水平加速度；δg_e和δg_n分别代表扰动重力加速度的东向分量和北向分量；a_e和a_n分别代表由高精度定位信息导出的运动载体e轴水平加速度和n轴水平加速度；C_e和C_n分别代表科里奥利加速度的东向分量和北向分量；g_m为重力仪观测值。