基于SINS/OD/高度计的车载重力异常测量方法

车载重力测量沿地球表面实施,其较慢的速度和机动灵活的特点为高精度地面重力测量提供有利条件。传统动基座重力测量严重依赖全球定位系统(GPS)而无法实现完全自主性,基于捷联惯导(SINS)/里程计(OD)/高度计组合导航提出一种新的自主无源车载重力异常测量方法。组合导航系统提供了高精度的比力、姿态和载体加速度信息,气压高度计用于抑制高度通道的发散,通过直接差分法即可实现重力信息的获取;对比了以航位推算位置(SINS/DR)、里程计速度(SINS/OD)、位置速度(SINS/DR/OD)为量测和传统SINS/GPS这4种方法的测量精度,分析量测选择对所提方法测量效果的影响。重复测线仿真及单测线跑车试验结果表明:所提方法可以实现完全自主的车载重力异常测量,相比传统SINS/GPS方法具有普遍的精度优势,SINS/OD与SINS/DR/OD测量精度相差不大,且优于SINS/DR测量方法。

基于SINS/OD失准角观测的垂线偏差测量方法

组合导航系统的姿态失准角与垂线偏差(deviation of vertical,DOV)存在对应关系,通过对姿态失准角的观测是实现DOV测量的一种有效手段。本文基于车载捷联惯性导航系统/里程计(strapdown inertial navigation system/odometer,SINS/OD)组合导航姿态失准角观测及失准角误差的递推提出一种DOV测量方法。首先,从组合导航速度误差方程出发,推导出DOV与姿态失准角之间存在复杂的耦合关系。然后,通过沿路径迭代递推的分步计算方法,由导航过程中的姿态失准角直接获取沿线的DOV。最后,仿真结果验证了该算法的有效性,且表明测量精度与行驶路径的长度有关。实验表明,行驶里程35 km的机动路径上DOV误差均值小于0.3″,终点处单点测量误差小于0.7″。

基于残差神经网络的马里亚纳海沟地形反演

为提高利用重力异常数据反演马里亚纳海沟地形的精度,基于残差深度神经网络(residual deep neural network,RDNN)方法和重力异常等数据反演了马里亚纳海沟的1′×1′海底地形,通过实测检核点水深对RDNN模型的精度进行评估,并和重力地质法(gravity-geology method,GGM)模型结果进行对比。结果表明RDNN较GGM对马里亚纳海沟地形反演更为精细,实测水深检核表明RDNN模型均方根误差为128.98 m,优于GGM模型的150.14 m,且RDNN与船测检核水深也有更好一致性,RDNN深度学习模型为利用重力异常数据反演高精度海底地形提供了参考和依据。

基于长方体模型的大型水库重力变化效应分析——以三峡水库蓄水过程为例

大型水库由蓄水造成的水体质量的增加将对地球内部构造等产生影响,而地球内部构造的改变将会引起重力变化。三峡库区蓄水后形成的河道水库所引起的巨大水体负荷必然会对这种重力变化响应更明显。为了研究这种重力变化的程度,推导了长方体的重力变化公式,将其用于模拟计算三峡水库在不同蓄水高度下水体荷载变化对地面站的重力影响,同时考虑土壤水变化的影响,并将远处的重力变化内插到水库周边作为其他因素的影响。结果表明:长方体重力变化公式在蓄水过程中造成的重力变化的模拟中有较好的计算结果,在众多影响因素中,蓄水的影响占主要部分,加入土壤水变化的影响和远处重力变化内插至水库周边作为其他因素影响后,计算精度有了一定的提高,对较近站点处在3个时间段的平均绝对误差分别从7、 10.4和6.5μGal提高到4.3、 8.1和6.1μGal。

距离加权模型在高程异常计算中的精度对比分析

为使GNSS高快速转化为正常高,需要进行高程异常拟合以获取二者之间的转化差值,通常通过构建数学模型拟合某个区域内的似大地水准面计算高程异常,但数学模型不能顾及拟合点与检核点之间的相对位置关系。为解决上述问题,采用相比数学模型具备更高拟合精度的距离加权模型,对2种距离加权模型在同一案例中的高程异常拟合对比。结果表明,二次曲面模型平均绝对误差为0.0371 m,移动曲面模型为0.0115 m,Shepard插值为0.0106 m,基于二次曲面的移动曲面模型相比二次曲面模型有较大的精度提高,Shepard插值法相对移动曲面模型拟合精度有一定提高。距离加权模型在高程异常拟合中精度高于数学模型,以Shepard插值法最优。

厘米级高程异常地形影响的算法及特征分析

从厘米级精度要求出发,通过进一步分解Molodensky级数解,推导出高程异常地形影响项的算法公式,初步分析这些地形影响项的精细特征,推荐一套适合厘米级似大地水准面精化的Molodensky解实用简便的算法公式,结合实例测试验证了厘米级地形影响的技术特征。文章指出,在我国丘陵与山区,要使似大地水准面达到厘米级精度,必须顾及Molodensky二阶项的影响;在我国西部、西南某些大倾角地形地区,由于线性Molodensky级数解不收敛,采用线性Molodensky算法计算高程异常的地形影响难以保证似大地水准面精度达到厘米级,发展合适的似大地水准面精化理论是大倾角地形山区厘米级大地水准面对局部重力场逼近技术提出的理论要求。

直线段的重力场匹配水下导航新方法

针对当前重力场匹配算法在实时性和可用性上存在的不足,考虑到潜艇水下航行轨迹在短时间内为一条直线的特点,提出了一种基于直线段方式进行重力图形匹配的新方法。该方法通过以初始概略点位为中心的旋转搜索,选取满足在一条直线段上与测量点的重力误差在一定范围内的点集作为最终匹配点,并以实测海区数据为基础进行了实验验证。实验结果表明,这种基于直线段的重力场匹配新方法可以在一定程度上克服由于重力测量精度不够带来的匹配失效问题,能够获得很好的匹配效果,同时也解决了当前其它匹配算法在实时性上存在的突出问题。匹配算法在实时性和可用性上具有一定创新。

多代卫星测高数据联合平差及重力场反演

为了解决多代卫星测高数据之间的不协调问题,基于误差验后补偿理论,提出了将传统的交叉点平差整体解法简化为两步处理法,即首先使用条件平差法对交叉点观测方程进行平差计算,然后沿测高轨迹进行海面高滤波和推估。使用新方法可大大简化联合平差的计算过程,且有利于提高计算结果的稳定性和可靠性,对规则和不规则的区域网和全球网交叉点平差问题都同样适用。实际算例证明了新方法的有效性。

1985国家高程基准的系统差

基于异常位、高程异常差以及海面地形模型 3种方法 ,分别求出了 1985国家高程基准相对于全球大地水准面的垂直偏差 。

重力异常的一种逼近方法

函数模型逼近和统计模型逼近在大地测量均有广泛的应用。前者对趋势性和规律性变化参数的求解较为理想 ,后者对随机变化参数的逼近较为合适。本文首先简单分析了各种函数模型逼近和统计模型逼近的特性 ,提出了一种在函数模型逼近的基础上 ,辅以统计逼近的综合逼近法。作为一个例子 ,文中利用移动曲面模型和多面函数模型分别与拟合推估结合进行了重力异常的综合逼近计算。理论与计算表明 ,新的综合逼近法优于单独的函数模型逼近和统计模型逼近。

联合多种测高数据确定中国边缘海及全球海域的垂线偏差

联合多种测高资料,基于EIGEN_CG01C重力场模型,采用沿轨迹加权最小二乘方法确定了中国边缘海和全球海域格网垂线偏差(IGG2006_DOV),中国海域整体精度优于1.2″,满足了反演高分辨率、高精度海洋重力场对测高垂线偏差的精度要求。在南海海域,基于测高垂线偏差解算的重力异常与船测重力进行了外部检核,精度达到7.75 mGal。

南海海盆测高重力异常特征及构造解释

利用由多代卫星测高资料反演得到的 2 .5′× 2 .5′空间重力异常数据 ,解释了南海地块边界及内部结构的重力异常特征 。

基于改进的Kriging法区域似大地水准面精化

利用常规的Kriging法进行GPS高程拟合时,由于模型误差和公共点误差的存在,其拟合内符合精度值并不为零。通过对已知点拟合残差进行改正得到一种改进的Kriging法来精化区域似大地水准面。通过实测数据对比改进的Kriging法与Kriging法的GPS高程拟合精度,结果表明:改进的Krig-ing法的拟合精度明显优于Kriging法,该方法能有效削弱模型误差和公共点误差引起的拟合残差。

高精度惯性导航系统垂线偏差影响与补偿

垂线偏差是高精度惯性导航系统的一项主要误差源,为对其进行研究及补偿,导出了初始对准阶段姿态的稳态误差值,建立了惯导系统速度、位置的误差方程,对比了不同地区垂线偏差引起的导航误差,并采用了三种分辨率的重力网格数据对垂线偏差进行插值补偿。初始对准仿真分析表明:垂线偏差大小与其引起的水平姿态误差角等值,航向误差角受水平姿态北向误差和纬度的影响。垂线偏差的补偿仿真结果表明:采用10′×10′的网格数据进行插值补偿可以满足0.1 nm/h的导航精度要求。

卫星测高数据的沿轨迹重力异常反演法及其应用

本文给出了一套基于直角坐标系下的垂线偏差求解重力异常公式 ,并将之发展成为一套新的沿轨迹重力异常求解公式。与其他方法相比 ,本方法无须求解交叠点处沿轨迹和跨轨迹方向的海面高斜率 ,仅需计算沿轨迹方向的海面高斜率 ,因而更为简洁、有效 ,而且分辨率可以更高并可与真正的沿航迹实际船测重力相比较、验证。据此 ,利用 Geosat/GM、ERS-1 /35天及TOPEX/Poseidon三种测高数据 ,反演了南中国海域 (0°～ 2 5°N,1 0 5°～ 1 2 2°E)的 2′× 2′重力异常—— IGG-S。通过与实际船测资料和国际同行提供的重力模型相比 ,IGG-S总体精度达到1 0× 1 0 - 5ms- 2。

重复重力测量结果计算垂线偏差的时间变化

根据滇西和华北地震重力监测网 2 8期和 39期重力测量资料 ,利用 Vening- Meinesz公式 ,分别计算了下关和北京两地垂线偏差的时间变化 .结果表明 :1垂线偏差的时间变化幅度一般在 0 .1″以内 ,年际变化幅度在 0 .0 2″以内 ;2重复重力测量方法可在 0 .0 1″的可信度范围内确定垂线偏差的时间变化 ,对比计算结果表明这种方法是可行的 ;3不同地点和方向的垂线偏差变化既存在相同点也存在不同点 。

现代大地测量学中的垂线偏差

从大地测量学的角度论述了垂线偏差概念从传统到现代的发展和演变,比较全面地探讨了现代垂线偏差的含义和测定方法。通过对垂线偏差量级和误差大小的具体分析,得出结论一般长周期的、幅度较小的非潮汐变化要小于潮汐变化,但短周期的、幅度较大的非潮汐变化则可能与潮汐变化相当,个别地区甚至还会超过潮汐变化,这种情况完全可以用重复重力测量的方法检测到,这也说明重复测量的方法是可行的。

GPS高程转换模型

传统二次曲面模型用于GPS高程转换时容易出现法方程病态,使用岭估计法能消除其病态性,但是目前岭参数k的确定缺乏良好的方法,k的不同取值会得到不同转换精度,提出二次曲面重心化模型和二次曲面归一化模型用于GPS高程转换。通过实测数据分析,两种模型均能消除法方程病态性,且具有较高的GPS高程转换精度。

垂线偏差对隧道贯通误差的影响规律及影响值计算

分别从两端洞口引测方向进洞和斜井洞口引测方向进洞两个方面分析垂线偏差对贯通误差的影响规律。利用EGM2008模型,计算全国1°×1°的垂线偏差,并绘出等值线图。结合国内高铁长大隧道工程实际情况,计算垂线偏差对贯通误差的影响值。

几种重力异常内插方法的最佳参数选取

使用反距离加权平均法、多项式法、Shepard法以及克里金法分别对我国不同地形区域的重力异常数据进行插值,并得到每一种插值方法的最佳参数;当分辨率一定时,插值方法最优参数的选取是唯一的,与地形无关;当采用不同分辨率计算时,Shepard方法的拟合因子选取1、多项式的计算阶数选取2阶、克里金方法采用球状模型时得到的插值精度最佳,这几个参数的选取与已知数据的分辨率无关。