聯(lián)合捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航與全球?qū)Ш叫l(wèi)星數(shù)據(jù)的航空矢量重力測(cè)量方法

王 崢

武漢大學(xué)測(cè)繪學(xué)院，湖北 武漢 430079

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聯(lián)合捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航與全球?qū)Ш叫l(wèi)星數(shù)據(jù)的航空矢量重力測(cè)量方法

王 崢

武漢大學(xué)測(cè)繪學(xué)院，湖北 武漢 430079

航空重力測(cè)量技術(shù)是以飛機(jī)為載體，快速測(cè)定近地空中重力加速度的重力測(cè)量方法。經(jīng)過(guò)數(shù)十年的沉淀與發(fā)展，航空重力測(cè)量技術(shù)已成為高效測(cè)定中高頻地球重力場(chǎng)信息的主要手段。航空矢量重力測(cè)量技術(shù)相較于航空標(biāo)量重力測(cè)量技術(shù)，不僅能獲取重力擾動(dòng)矢量的垂直分量，而且也能獲取重力擾動(dòng)矢量的水平分量(即垂線偏差)。因此，航空矢量重力測(cè)量技術(shù)是目前大地測(cè)量領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有獨(dú)立的航空矢量重力測(cè)量系統(tǒng)，數(shù)據(jù)處理方面也尚處于起步階段。因此，本文在充分吸收國(guó)內(nèi)外研究成果基礎(chǔ)上，深入研究了聯(lián)合捷聯(lián)式慣導(dǎo)系統(tǒng)與全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的航空矢量重力測(cè)量原理與數(shù)據(jù)處理方法，并編寫(xiě)了一套完整的航空矢量重力測(cè)量數(shù)據(jù)處理軟件。本文的主要研究工作及貢獻(xiàn)如下：

(1) 對(duì)SINS隨機(jī)誤差進(jìn)行了系統(tǒng)分析和數(shù)據(jù)處理。針對(duì)傳統(tǒng)ARMA模型只能對(duì)平穩(wěn)隨機(jī)漂移誤差建模，且模型無(wú)法滿足實(shí)時(shí)濾波需求的問(wèn)題，引入適用于非平穩(wěn)序列的ARIMA模型，并提出采用實(shí)時(shí)平均算法消除原始采樣序列中常值分量的思路，實(shí)現(xiàn)了SINS隨機(jī)漂移誤差的實(shí)時(shí)Kalman濾波補(bǔ)償。

(2) 針對(duì)傳統(tǒng)可觀測(cè)性矩陣判別方法只能判斷系統(tǒng)是否可觀而無(wú)法給出具體可觀測(cè)狀態(tài)及可觀測(cè)度的問(wèn)題，提出了一種改進(jìn)的可觀測(cè)性矩陣判別方法，該方法在傳統(tǒng)判定觀測(cè)性矩陣是否可觀的基礎(chǔ)上，利用可觀測(cè)矩陣的奇異值分解法來(lái)判斷系統(tǒng)具體哪些狀態(tài)可觀及可觀測(cè)程度，通過(guò)初始對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)可觀測(cè)性分析結(jié)果和SINS/GNSS航空矢量重力測(cè)量系統(tǒng)可觀測(cè)性分析結(jié)果驗(yàn)證了該方法的可行性及有效性。

(3) 從理論和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)兩方面對(duì)GNSS確定載體運(yùn)動(dòng)加速度的位置差分法和載波相位直接法進(jìn)行了比較分析。在靜態(tài)條件下經(jīng)過(guò)120 s低通濾波，位置差分法和載波相位直接法獲取的載體運(yùn)動(dòng)加速度精度均在1 mGal(1 Gal=1 cm/s2)以內(nèi)，載波相位直接法略優(yōu)。在動(dòng)態(tài)條件下，由于載體運(yùn)動(dòng)加速度未知，比較了兩種算法的內(nèi)符合精度。經(jīng)120 s低通濾波后，水平加速度誤差在1 mGal以內(nèi)，垂直加速度誤差在2 mGal以內(nèi)。

(4) 深入研究了SINS誤差、GNSS定位測(cè)速誤差及采樣率對(duì)重力擾動(dòng)矢量解算精度的影響。研究結(jié)果表明：慣性器件誤差是限制重力擾動(dòng)矢量低頻部分解算精度的關(guān)鍵因素；GNSS定位測(cè)速精度是限制重力擾動(dòng)矢量高頻部分解算精度的關(guān)鍵因素；在GNSS同等的測(cè)速定位精度下，10 Hz采樣率解算得到的重力擾動(dòng)矢量精度相較采樣率為1 Hz解算得到的重力擾動(dòng)精度有很大的提高。說(shuō)明，GNSS數(shù)據(jù)采樣率的提高是獲取高精度重力擾動(dòng)矢量的一個(gè)新的途徑。

Author： WANG Zheng(1986—), female, received her doctoral degree from Wuhan University on June 2016, majors in satellite geodesy, airborne gravimetry.

E-mail： zhengwang@whu.edu.cn

Research on the Airborne Vector Gravimetry Based on Data from SINS and GNSS

WANG Zheng

School of Geodesy and Geomatics, Wuhan University, Wuhan 430079, China

王崢.聯(lián)合捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航與全球?qū)Ш叫l(wèi)星數(shù)據(jù)的航空矢量重力測(cè)量方法[J].測(cè)繪學(xué)報(bào)，2016,45(11)：1384.

10.11947/j.AGCS.2016.20160321.

WANG Zheng.Research on the Airborne Vector Gravimetry Based on Data from SINS and GNSS[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica,2016,45(11):1384. DOI:10.11947/j.AGCS.2016.20160321.

P228

D

1001-1595(2016)11-1384-01

國(guó)家自然科學(xué)基金(41210006)；公益性行業(yè)科研專(zhuān)項(xiàng)(201512002)

2016-06-24

王崢(1986—)，女，博士，2016年6月畢業(yè)于武漢大學(xué)，獲工學(xué)博士學(xué)位(指導(dǎo)教師：李建成教授)，研究方向?yàn)樾l(wèi)星大地測(cè)量、航空重力測(cè)量。