[發(fā)明專利]基于海底地形-重力聯(lián)合提高海洋重力空間分辨率的方法

在審

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• 申請日: 2021-04-30
• 公開（公告）號: CN113341476A
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄭偉;李釗偉;吳凡
• 申請（專利權(quán)）人: 中國空間技術(shù)研究院
• 主分類號: G01V7/00
• 分類號: G01V7/00;G01V7/06;G01V7/16
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 臧春喜

本發(fā)明公開了一種基于海底地形?重力聯(lián)合提高海洋重力空間分辨率的方法，包括：對大地水準(zhǔn)面的正常重力場進(jìn)行高度改正和中間層改正后，求得海底控制點(diǎn)處的理論重力值；確定海底控制點(diǎn)處的自由空間重力異常、由水深變化引起的重力異常和大地水準(zhǔn)面上的自由空間重力異常三者之間的關(guān)系；得到海底地形?重力聯(lián)合法的基本公式模型；求解得到離散海底控制點(diǎn)處的絕對重力值；求解得到格網(wǎng)化海底絕對重力值；通過已有格網(wǎng)化高精度海底地形數(shù)據(jù)及重力校正，得到海底地形?重力聯(lián)合法模型，并求解得到大地水準(zhǔn)面上格網(wǎng)化的自由空間重力異常。本發(fā)明旨在保證高精度的前提下，提高海洋重力異常模型的空間分辨率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于海洋重力學(xué)、水下導(dǎo)航學(xué)等交叉技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于海底地形-重力聯(lián)合提高海洋重力空間分辨率的方法。

背景技術(shù)

水下重力匹配導(dǎo)航技術(shù)旨在利用外部重力信息修正慣性導(dǎo)航系統(tǒng)隨時間累積的誤差，是真正的無源導(dǎo)航技術(shù)，有利于實(shí)現(xiàn)水下潛器自主、連續(xù)、精確和長航時的定位。基本原理：載體在航行過程中經(jīng)過重力特征較豐富區(qū)域時利用海洋重力儀/重力梯度儀采集周圍重力場信息，并與預(yù)先存儲在導(dǎo)航系統(tǒng)中的重力基準(zhǔn)圖進(jìn)行對比，依據(jù)相關(guān)準(zhǔn)則判斷二者之間的擬合度，從而確定最佳匹配位置。因此，獲取高精度和高空間分辨率海洋重力基準(zhǔn)圖是提高水下重力匹配導(dǎo)航效果的關(guān)鍵因素之一。

隨著重力場測量技術(shù)的發(fā)展，由于衛(wèi)星測高技術(shù)反演海洋重力場高效便捷且能夠有效地解決傳統(tǒng)獲取手段的數(shù)據(jù)稀疏、重復(fù)周期性差、艦船無法直接到達(dá)偏遠(yuǎn)海洋區(qū)域等問題，是目前獲取高空間分辨率、高精度及全球海洋重力場的較優(yōu)手段。(1)目前許多學(xué)者主要圍繞衛(wèi)星測高/重力及船測重力數(shù)據(jù)開展海洋重力場反演研究。1979年，Rapp首次利用Geo-3衛(wèi)星得出若干個1°×1°和5°×5°的海洋重力場值，其精度分別為7.8mGal和2.7mGal。1989年，Hwang在Rapp的研究基礎(chǔ)上，聯(lián)合Geo-3和Seasat衛(wèi)星所有數(shù)據(jù)，并加入海面地形、潮汐、衛(wèi)星偏差等影響因素，計算結(jié)果與Rapp的重合部分計算結(jié)果均方根差為5.43mGal。1998年，Hwang聯(lián)合多種測高衛(wèi)星數(shù)據(jù)，利用簡潔、嚴(yán)密、更加容易計算的Vening-Meinesz公式得到精度為9.9mGal的全球海洋重力場模型。1999年，許厚澤等利用垂線偏差法聯(lián)合四年的T/P衛(wèi)星和1年的ERS-1數(shù)據(jù)恢復(fù)出中國近海重力異常分辨率為30′×30′且精度為3.5mGal。2003年，李建成等利用Topex/Poseidon、ERS-1/2、Geosat/GM和ERM測高資料結(jié)合垂線偏差法反演出空間分辨率2.5′×2.5′且精度為9.35mGal的中國近海重力異常。2009年，李娜通過衛(wèi)星測高數(shù)據(jù)和船測重力數(shù)據(jù)，在垂線偏差法計算的逆Vening-Meinesz公式中，證實(shí)了積分半徑在30′～60′最佳。2009年，Sandwell等引入EGM2008全球海洋重力場模型和平均動態(tài)海面模型作為參考模型并結(jié)合雙調(diào)和插值法，利用垂線偏差法反演出分辨率1′×1′和精度優(yōu)于4mGal的全球海洋重力場模型V18.1。2014年，Sandwell聯(lián)合現(xiàn)存的測高衛(wèi)星數(shù)據(jù)和Cryosat-2衛(wèi)星數(shù)據(jù)，把1′×1′的全球海洋重力場模型的精度從上一代的3-5mGal提高到2-4mGal。2014年，鮑李峰等提出雙星伴飛的測高模式，成功獲取分辨率為1′×1′區(qū)域高精度海洋重力場。(2)目前許多學(xué)者主要利用海洋重力場和船測水深數(shù)據(jù)反演海底地形研究。2011年，聶琳娟等利用衛(wèi)星測高得到重力異常，基于非補(bǔ)償板塊模型，反演了南海海底地形，反演結(jié)果與LDEO船測深數(shù)據(jù)相比較，兩者之差的RMS為253.3m，較ETOPO5海深模型精度和分辨率均有明顯提高。2015年，Hu等提出了基于垂直重力梯度異常(VGG)，重力異常和船舶測深推導(dǎo)的全球海平面地形模型。船舶測深儀用于限制波長大于200km的海底地形，VGG比率可用于預(yù)測100-200km波長帶的海底地形，重力異常用于恢復(fù)波長小于100km的海底地形。結(jié)果表明，在所討論的區(qū)域中，該模型的精度優(yōu)于ETOPO1、GEBCO和DTU10，并接近V15.1模型。2018年，范雕等應(yīng)用自適應(yīng)賦權(quán)技術(shù)，采用導(dǎo)納函數(shù)方法構(gòu)建菲律賓海域1'×1'海底地形模型。試驗發(fā)現(xiàn)，當(dāng)重力異常垂直梯度反演海深結(jié)果與重力異常反演海深結(jié)果的權(quán)比為2:3時，所構(gòu)建的海深模型檢核精度最高，而相較于ETOPO1海深模型和DTU10海深模型檢核精度分別提高了約27.17％和39.02％。綜上所述，目前未發(fā)現(xiàn)有公開文獻(xiàn)顯示基于高精度和高空間分辨率海底地形數(shù)據(jù)反演海洋重力場的研究。