[發明專利]一種基于重力矢量及其梯度的差分定位方法與裝置

有效

• 申請號: 202010668465.X
• 申請日: 2020-07-13
• 公開（公告）號: CN111721301B
• 公開（公告）日: 2021-10-26
• 發明（設計）人: 胡雙貴;湯井田;潘克家
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20;G01V7/16
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 姚瑤

本發明公開了一種基于重力矢量及其梯度的差分定位方法與裝置，所述方法包括：步驟S1：獲取觀測站記錄的兩組重力矢量和重力梯度，其中，所述兩組重力矢量和重力梯度為同一觀測站在相鄰時刻或相鄰觀測站在同一時刻記錄得到的；步驟S2：基于步驟S1記錄的重力矢量和重力梯度獲取目標體的位置，其中，先計算出觀測點與目標體的距離矢量，再基于所述距離矢量以及觀測點的位置確定目標體的位置。本發明給出了基于兩個相鄰觀測站或相鄰時刻所測得的重力矢量和重力梯度張量監測運動目標體的坐標位置的核心算法，消除了地球重力背景場的影響，實現更加精準的目標定位。

技術領域

本發明屬于地球重力學技術領域，具體涉及一種基于重力矢量及其梯度的差分定位方法與裝置。

背景技術

在地球重力學中，重力梯度張量除用于勘探地球地質結構構造，尋找油氣、礦產資源以外，還有其他多種應用。例如，利用衛星重力梯度，高精度恢復中短波的地球重力場；利用高精度重力梯度張量，為艦艇或巡航導彈進行導航；Majid Beiki and LaustB.Pedersen于2010年應用重力梯度張量特征值與特征向量、垂直方向的重力場計算了地下單一異常體的位置與質量，并被用于重力梯度張量剖面數據的定性解釋。此外，Lockerbie于2014年基于2個不同測點處的重力梯度張量特征向量唯一確定了單一目標體的位置，并應用于地下掩體范圍的大致圈定。

然而上述現有技術中，均沒有考慮地球重力背景場的影響，而在實際應用時會因為地球重力背景場的存在會使得定位產生較大的誤差。因此，有必要設計一種消除地球重力背景場的影響來實現基于重力矢量及其梯度張量的目標定位方法。

發明內容

本發明的目的解決現有技術中因地球重力背景場產生的定位誤差問題，提供一種基于重力矢量及其梯度的差分定位方法來實現的單個運動物體定位追蹤方法，本發明觀測重力矢量和重力梯度張量，其過程巧妙采用差分手段推導出消除地球重力背景場的定位公式，使得目標體的定位結果更加可靠，追蹤更加準確。

一方面，本發明提供一種基于重力矢量及其梯度的差分定位方法，包括如下步驟：

步驟S1：獲取觀測站記錄的兩組重力矢量和重力梯度，其中，所述兩組重力矢量和重力梯度為同一觀測站在相鄰時刻或相鄰觀測站在同一時刻記錄得到的；

步驟S2：基于步驟S1記錄的重力矢量和重力梯度獲取目標體的位置，其中，先計算出觀測點與目標體的距離矢量，再基于所述距離矢量以及觀測點的位置確定目標體的位置，所述距離矢量計算公式如下：

式中，R為觀測點與目標體的距離矢量，g₊、g_-表示獲取的所述兩組重力矢量，d表示兩次測量之間的距離矢量，G₊、G_-表示獲取的兩組重力梯度轉換而來的中間轉換參數。

其中，一組重力梯度T對應的中間轉換參數G如下所示：

或，

或，

式中，T_xx、T_yy、T_xy、T_zz、T_xz、T_yz分別為重力梯度中在xx、yy、xy、zz、xz、yz方向上的分量。

其中，目標體位于太空、或地表、或地表以上、或地表以下、或水面、或水面以上、或水面以下。

其中，觀測點與目標體的距離矢量表示如下：

R＝[x_s-x^* y_s-y^* z_s-z^*]