CN112415634B - 基于卫星重力异常信息的动态重力仪零位漂移补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于卫星重力异常信息的动态相对重力仪零位漂移补偿方法，包括：(1)按照作业规程基于动态相对重力仪进行测量作业并处理数据，得到测线上的重力异常信息

(2)分析得到单条测线上动态相对重力仪输出重力异常的平均值

(3)利用卫星重力信息通过插值的方法得到测线不同位置上卫星重力输出的重力异常信息

并求其平均值

(4)利用卫星重力输出的重力异常信息

对近地表相对重力仪输出的重力异常信息进行校准，即得

本方案针对动态相对重力敏感器的零位存在非线性漂移的问题，利用测线上卫星重力异常信息对动态相对重力仪的零位进行校准，减小***差，并有效提高动态重力测量精度。

Description

基于卫星重力异常信息的动态重力仪零位漂移补偿方法

技术领域

本发明涉及动态相对重力仪补偿领域，具体涉及一种基于卫星重力异常信息的动态相对重力仪零位漂移补偿方法。

背景技术

重力异常是地球物理场信息的重要组成部分，是重力场环境信息的核心要素，在资源勘探、地球物理研究、战场环境建设、水下自主导航、武器精密打击等领域具有重要意义。重力场测量的手段多样，但相比之下，获得高精度、高空间分辨率、大范围重力场信息的主要方式依然是近地表动态相对重力测量。

现有技术中，动态相对重力仪，自由空间重力异常δg可通过对惯导比力方程变形得到：

式中，

表示原始重力，单位10^-5m/s²；γ表示正常重力，单位10^-5m/s²；

表示载体垂向加速度，也可表示为

单位10^-5m/s²；

表示厄特弗斯改正，通过外部导航信息计算，单位10^-5m/s²。数据处理过程中借助GNSS卫导信息进行垂向加速度改正、厄特弗斯改正和正常重力场改正；另外，船载重力测量中一般认为通过低通滤波可消除垂向加速度

的影响。

在测量过程中，重力敏感器的零位漂移会使得测量数据出现整体偏差，形成***差。为抑制重力敏感器的零位漂移，传统的方法是通过提高敏感器输出信号稳定性、温度控制精度、减震器减震效率等措施，但上述方法会使得***更加复杂、可靠性降低，同时增加***体积、成本，且抑制效果不能完全满足应用需求。

考虑到目前动态相对重力仪受限于工艺水平和电子线路技术，无法从原理上解决零位漂移问题，只能尽可能的提高温度控制精度、减震器减震效率等措施抑制其零位漂移。为此，亟待设计一种新的方法，对相对重力仪的零位漂移进行抑制，减小***差，以达到提高动态重力测量精度的目的。

发明内容

本发明针对动态相对重力敏感器的零位存在非线性漂移的问题，利用测线上卫星重力异常信息对动态相对重力仪的零位进行校准，提出一种基于卫星重力异常信息的动态相对重力仪零位漂移补偿方法，可有效减小***差，提高动态重力测量精度。

本发明是采用以下的技术方案实现的：一种基于卫星重力异常信息的动态相对重力仪零位漂移补偿方法，包括以下步骤：

步骤A、按照作业规程基于动态相对重力仪进行测量作业并处理数据，得到测线上的重力异常信息δg_i，i＝1,2,3,……,N，N表示测量点的数量；

步骤B、分析得到单条测线上动态相对重力仪输出重力异常的平均值δg₀；

步骤C、利用卫星重力信息通过插值的方法得到测线不同位置上卫星重力输出的重力异常信息

并求其平均值

步骤D、利用卫星重力输出的重力异常信息

对近地表相对重力仪输出的重力异常信息进行校准，即得：

为经过卫星重力校正后相对重力测量值。

进一步的，所述步骤A具体通过以下方式实现：

步骤A1、利用移动平台搭载动态相对重力仪进行常规测量作业，得到测量过程中各个时间点的载***置信息矢量P_i，i＝1,2,3,……,N，以及同步重力敏感器输出信息

其中位置信息矢量为：

式中：

为第i个测量点的纬度；λ_i为第i个测量点的经度；h_i为第i个测量点的高度；

步骤A2、对重力敏感器输出信息

进行垂向加速度改正、正常重力场改正和厄特弗斯改正，得到与测线上各个测量点位置对应的重力异常信息δg_i。

进一步的，所述步骤C中，利用测线上各测量点的位置信息对卫星重力进行插值时，具体采用以下方式：

(1)通过公开数据获得卫星重力信息，得到待插值的位置点

在已知卫星重力值的四个位置点的内部，定义四个位置点的经纬度和卫星重力异常值构成的向量分别为

和

即有：

其中，

为第i个测量点的纬度；λ_i为第i个测量点的经度；h_i为第i个测量点的高度；

和

表示纬度，λ_a和λ_b表示经度，

和

分别为四个位置点的卫星重力异常值；

(2)定义中间变量α和β：

由此得到线性插值公式：

式中

和

为中间变量；

(3)进而得到：

由此得到测线上各个位置点的卫星重力值，并求其平均值

计算公式为：

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

本方案另辟蹊径，创造性的提出利用零位漂移极小但空间分辨率低精度高的卫星重力异常信息对动态相对重力仪进行校准，通过获得测线上的重力异常信息、单条测线上动态相对重力仪输出重力异常的平均值，并结合测线卫星重力输出的重力异常信息的平均值，将相对动态重力仪高分辨率的优势和卫星重力高稳定性的优势相融合得到经卫星重力校正后相对重力测量值，实现对从方案上降低重力敏感器的零位漂移误差，提高测量精度。

附图说明

图1为本发明实施例所述的零位漂移补偿方法流程示意图；

图2为本发明实施例卫星重力信息插值示意图。

具体实施方式

为了能够更加清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开的具体实施例。

一种基于卫星重力异常信息的动态相对重力仪零位漂移补偿方法，如图1所述，包括以下步骤：

(1)按照作业规程基于动态相对重力仪进行测量作业并处理数据，得到测线上的重力异常信息，具体的：

利用飞机、舰船等移动平台搭载动态相对重力仪进行常规测量作业，通过GNSS记录测量过程中各个时间点的载***置信息矢量P_i(i＝1,2,3,……,N)和同步重力敏感器输出信息

其中位置信息矢量为：

式中：

——第i个测量点的纬度；

λ_i——第i个测量点的经度；

h_i——第i个测量点的高度。

对重力敏感器输出信息进行数据处理，具体为：利用GNSS导航信息主要为垂向加速度改正、正常重力场改正和厄特弗斯改正，其中：

垂向加速度改正公式为：

正常重力场改正公式为：

式中g_e＝9.78049m/s²表示赤道海平面上的重力加速度。

厄特弗斯改正公式为：

式中：

Ω——载体东向速度；

v_e——地球自转角速度；

v——载体水平速度；

R——地球半径。

经过上述三项改正后，可得到与测线上各个测量点位置对应的重力异常信息δg_i(i＝1,2,3,……,N)。

(2)计算单条测线上动态相对重力仪输出重力异常的平均值δg₀；

式中δg₀表示该条测线上的动态相对重力仪输出重力异常的平均值。

(3)利用卫星重力信息通过插值的方法得到该测线卫星重力输出的重力异常信息

并求其平均值

具体的，利用测线上各点的位置信息对卫星重力进行插值，得到各个位置点的卫星重力异常信息

鉴于目前公开的卫星重力信息中经纬度信息均为等间隔形式，本实施例在忽略高程影响的前提下采用双线性插值方法，具体为：

如图2所示，通过读取公开的卫星重力信息，总可以找到待插值的位置点

在四个已知卫星重力值的位置点内部，定义四个位置点的经纬度和卫星重力异常值构成的向量分别为

和

即有：

其中，

为第i个测量点的纬度；λ_i为第i个测量点的经度；h_i为第i个测量点的高度；

和

表示纬度，λ_a和λ_b表示经度，

和

分别为四个位置点的卫星重力异常值；

定义中间变量α和β，其计算公式为：

由此得到线性插值公式为：

式中

和

为中间变量；

进而得到：

由此得到测线上各个位置点的卫星重力值，并求其平均值

(4)利用卫星重力输出的重力异常信息对近地表相对重力仪输出的重力异常信息进行校准，将相对动态重力仪高分辨率的优势和卫星重力高稳定性的优势相融合，得到：

式中

是经过卫星重力校正后相对重力测量值。

目前动态相对重力仪受限于工艺水平和电子线路技术，无法从原理上解决零位漂移问题，只能尽可能的提高温度控制精度、减震器减震效率等措施抑制其零位漂移。本发明另辟蹊径，利用零位漂移极低的低空间分辨率高精度的卫星重力异常信息对动态相对重力仪进行校准，从方案上降低重力敏感器的零位漂移误差，提高测量精度，具有更好的实际应用及参考价值。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (2)

1.基于卫星重力异常信息的动态相对重力仪零位漂移补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A、按照作业规程基于动态相对重力仪进行测量作业并处理数据，得到测线上的重力异常信息δg_i，i＝1,2,3,……,N，N表示测量点的数量；

步骤B、分析得到单条测线上动态相对重力仪输出重力异常的平均值δg₀；

步骤C、利用卫星重力信息通过插值的方法得到测线不同位置上卫星重力输出的重力异常信息

并求其平均值

(1)通过公开数据获得卫星重力信息，得到待插值的位置点

在已知卫星重力值的四个位置点的内部，定义四个位置点的经纬度和卫星重力异常值构成的向量分别为

和

即有：

其中，

为第i个测量点的纬度；λ_i为第i个测量点的经度；h_i为第i个测量点的高度；

和

表示纬度，λ_a和λ_b表示经度，

和

分别为四个位置点的卫星重力异常值；

(2)定义中间变量α和β：

由此得到线性插值公式：

式中

和

为中间变量；

(3)进而得到：

由此得到测线上各个位置点的卫星重力值，并求其平均值

计算公式为：

步骤D、利用卫星重力输出的重力异常信息

对近地表相对重力仪输出的重力异常信息进行校准，即得：

为经过卫星重力校正后相对重力测量值。

2.根据权利要求1所述的基于卫星重力异常信息的动态相对重力仪零位漂移补偿方法，其特征在于：所述步骤A具体通过以下方式实现：

步骤A1、利用移动平台搭载动态相对重力仪进行常规测量作业，得到测量过程中各个时间点的载***置信息矢量P_i，i＝1,2,3,……,N，以及同步重力敏感器输出信息

其中位置信息矢量为：

式中：

为第i个测量点的纬度；λ_i为第i个测量点的经度；h_i为第i个测量点的高度；

步骤A2、对重力敏感器输出信息

进行垂向加速度改正、正常重力场改正和厄特弗斯改正，得到与测线上各个测量点位置对应的重力异常信息δg_i。

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