[發明專利]一種水下捷聯式重力測量數據處理方法

有效

• 申請號: 202010632799.1
• 申請日: 2020-07-04
• 公開（公告）號: CN111722295B
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發明（設計）人: 蔡體菁;吳黎明
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01V7/06
• 分類號: G01V7/06;G01C21/18
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 張天哲

1.一種水下捷聯式重力測量數據處理方法，其特征在于，具體步驟為：根據計程儀的速度，使用擴展卡爾曼濾波，由激光陀螺單軸旋轉捷聯慣性導航系統/計程儀組合系統得到水下重力測量點的初步位置；再利用低通濾波器，消除振蕩，獲得準確位置；以新的準確位置和計程儀的速度和深度計的水深作為捷聯式重力儀的外觀測量，應用擴展卡爾曼濾波，計算出當地地理坐標系下的加速度計比力值；經重力各項改正后，用正反綜合卡爾曼濾波，得到當地重力異常值；

其中，激光陀螺單軸旋轉捷聯慣性導航系統/計程儀組合系統的擴展卡爾曼濾波狀態方程為

其中，X_k是系統狀態向量，Φ_k+1/k是狀態轉移矩陣，Γ_k+1是系統的噪聲轉換矩陣，W_K是噪聲矩陣；

狀態向量為

其中，δV_E，δV_N為東向和北向速度和誤差，δL、δλ為經度和緯度誤差，分別為捷聯慣導數學平臺的3個誤差角，δG_x，δG_y和δG_z分別為陀螺儀X，Y，Z軸的零位漂移，δA_x，δA_y為加速度計X和Y軸的零位偏置，ν_E和ν_N為計程儀的東向和北向海流誤差，W噪聲矩陣由陀螺儀和加速度計的白噪聲組成：

W＝[w_gx,w_gy,w_gz,w_ax,w_ay]^T (3)

狀態轉移矩陣：

Φ_k+1/k≈E_n+F_k·Δt (4)

其中，E_n是單位矩陣，F_k是組合系統誤差方程矩陣，F＝[f_i,j],i,j＝1,…14，f_i,j非零項為：

f_1,7＝n_N；f_1,11＝c11；f_1,12＝c12；f_1,13＝c13；f_2,7＝-f_1,6＝n_h；f_2,7＝-n_E；

f_2,11＝c21；f_2,12＝c22；f_2,13＝c23；

f_5,7＝-f_7,5＝-ω_N,f_5，8＝c11；f_5，9＝c12；f_5，10＝c13；

f_6,7＝-f_7,6＝ω_E,f_6,3＝-U sin L；f_6,8＝c21；f_6,9＝c22；f_6,10＝c23；

f_7,8＝c31,f_7,9＝c32,f_7,10＝c33；

其中，c_ij為姿態矩陣元素，U為地球旋轉角速率，n_E,n_N,n_h分別為東北天方向上的加速度計比力；

激光陀螺單軸旋轉捷聯慣性導航系統/計程儀組合系統的擴展卡爾曼濾波觀測方程為

Z_k+1＝H_k+1X_k+1+V_k+1 (5)

其中Z_k+1是觀測向量，H_k+1是觀測矩陣，V_k+1是觀測噪聲矩陣，具體如下：

其中V_E和V_N分別是激光陀螺單軸旋轉捷聯慣性導航系統得到的東向和北向速度，V_E,L和V_N,L是計程儀輸出的東向和北向速度，觀測矩陣H_k+1＝[h_i,j]i＝1,2,j＝1,…14中的非零項為：h_1,1＝1，h_1,7＝-V_N，h_1,13＝-1，h_2,2＝1，h₂,₇＝V_E，h_2,14＝-1；

捷聯式重力儀/計程儀/深度計組合系統的擴展卡爾曼濾波狀態方程與方程(1)形式相同，但狀態向量為

其中，δV_UP為天向速度誤差，δh為深度誤差，δA_z為加速度計Z軸的零位偏置，其它物理量解釋同上；W噪聲矩陣為

W＝[w_gx,w_gy,w_gz,w_ax,w_ay,w_az]^T (8)

F＝[f_i,j],i,j＝1,…17，f_i,j非零項為：

f_1,9＝n_N；f_1,13＝c11；f_1,14＝c12；f_1,15＝c13；f_2,7＝-f_1,8＝n_h；f_3,8＝-f_2,9＝n_E；

f_2,13＝c21；f_2,14＝c22；f_2,15＝c23；f_3,13＝c31；f_3,14＝c32；f_3,15＝c33；

f_6，3＝1；f_7,9＝-f_9,7＝-ω_N,

f_8,9＝-f_9,8＝ω_E,

f_8,4＝-U sin L；f_8,10＝c21；f_8,11＝c22；f_8,12＝c23；

f_9,10＝c31,f_9,11＝c32,f_9,12＝c33；f_7，10＝c11；f_7，11＝c12；f_7，12＝c13

物理量解釋同上；

捷聯式重力儀/計程儀/深度計組合系統的擴展卡爾曼濾波觀測方程與方程(5)形式相同，但觀測向量為

其中，V_E,I和V_N,I分別是捷聯重力儀計算得到的東向和北向速度，V_E,L和V_N,_L是計程儀輸出的東向和北向速度，L_I，λ_I和h_I分別是捷聯式重力儀計算得到的經度、緯度和深度，L_LG和λ_LG是組合系統給出的經度和緯度，h_D是深度計輸出的深度；

觀測矩陣H_k+1＝[h_i,j]i＝1,…5,j＝1,…17中的非零項為：h_1,1＝h_2,2＝1，h_1,9＝-V_Nh_1,16＝-1，h_2,9＝V_E，h_2,17＝-1，h_3,4＝h_4,5＝h_5,6＝1。