[發明專利]基于相關分析與經驗模分解的捷聯式重力儀誤差矯正方法

有效

• 申請號: 201710152576.3
• 申請日: 2017-03-15
• 公開（公告）號: CN106908853B
• 公開（公告）日: 2018-09-18
• 發明（設計）人: 吳美平;王明皓
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: G01V7/06
• 分類號: G01V7/06;G01V7/16
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 陸薇薇

本發明屬于重力測量領域，公開了基于相關分析與經驗模分解的捷聯式重力儀誤差矯正方法。通過等效帶通濾波器研究相應頻段內的重力儀誤差以提高方法的精度，利用經驗模分解得到測量結果的本征模態分量，利用本征模態分量與偽比力的相關性來進行誤差分離，并且利用迭代的方式避免經驗模分解中的模態混疊，本發明在不影響捷聯式航空重力測量分辨率的情況下提高了捷聯式航空重力測量的精度，對于捷聯式重力儀的精度提升具有較大意義。

技術領域：

本發明涉及一種捷聯式航空重力儀誤差矯正方法，特別涉及了基于相關分析與經驗模分解的捷聯式重力儀誤差矯正方法。

背景技術：

地球重力場的信息在地球物理、大地測量以及大地動力學等領域具有非常重要的作用。在所有測量地球重力場的手段當中，航空重力測量是一種獲取高精度大范圍地球重力場的高效率手段。航空重力儀分為平臺式與捷聯式重力儀，捷聯式重力儀同平臺式重力儀最大的不同在于捷聯式重力儀使用數學方式而不是實際的穩定平臺來獲取重力場信息。捷聯式重力儀具有結構簡單，體積較小，成本低以及功耗低的優勢，并且前期研究工作表明捷聯式航空重力儀在獲取高精度高分辨率重力場方面具有同平臺式重力儀相當甚至更高的表現，所以捷聯式重力儀已經成為航空重力測量的趨勢所在。捷聯式航空重力儀面對的一個問題是，它容易受到氣流以及飛行器運動特性的影響。這是由于捷聯式重力儀直接固定在艙室內部沒有物理平臺用于隔離氣流以及載體運動對捷聯式重力儀的影響，這類由于氣流以及載體動態特性導致的誤差被稱為動態性誤差。

經驗模分解是一種自適應的信號分解手段，通過經驗模分解可以得到信號的本征模態分量。經驗模分解可以用于海洋與地震數據分析、機械振動信號分析、聲音處理、紋理分析、SAR影像濾波以及氣象等領域，并取得了較好的結果。從目前情況來看，直接針對捷聯式重力儀動態性誤差的研究工作以及利用經驗模分解對重力測量信號進行處理的文獻較少。文獻(Zhao L.et al.Airborne Gravity Data Denoising Based on Empirical ModeDecomposition:A Case Study for SGA-WZ Greenland Test Data.ISPRS Int.J.Geo-Inf.2015,4,2205-2218)應用了經驗模分解對實際測量得到的捷聯式重力儀數據進行了處理，得到了同航空重力測量中通常使用的低通濾波器相接近的效果，但是對測量結果精度的提高并沒有顯著幫助。從重力測量理論來看，動態性誤差的源頭不能通過卡爾曼估計的方式得到，但是動態性誤差與比力是強相關的。因此，實現一種基于相關性分析與經驗模分解的捷聯式航空重力儀動態性誤差矯正方法具有很高的實際應用價值。

發明內容:

本發明針對捷聯式航空重力儀受外界氣流以及載體動態特性影響，進而產生相關的動態性誤差的問題，提出了一種基于相關分析與經驗模分解的捷聯式重力儀誤差矯正方法，進而減小動態性對航空重力測量的影響，提升航空重力測量的精度。

主要的技術方案如下：

基于相關分析與經驗模分解的捷聯式重力儀誤差矯正方法，包括以下步驟：

步驟一，對實際測量得到的重力數據進行重力解算并且經過低通濾波得到特定分辨率下的測量結果：

捷聯式重力測量的模型為

其中，和為由GPS測量得到的相對地球的加速度與速度，f^b是捷聯式慣導系統測量得到的在載體系下的比力信息，是由載體系到導航系的姿態變化矩陣，是地球相對于慣性系的轉動角速度，是導航系相對于地球的轉動角速度，γⁿ是在導航系下的正常重力值，dgⁿ是重力異常結果在導航系下的表示；

步驟二，利用等效帶通濾波器對測量結果進行濾波并得到對應頻段測量結果，其中等效帶通濾波器的結果相當于兩個低通濾波器的差值；

步驟三，利用經驗模分解對重力測量的帶通濾波結果進行分解，得到其本征模態分量；