联合捷联式惯性导航与全球导航卫星数据的航空矢量重力测量方法

航空重力测量技术是以飞机为载体,快速测定近地空中重力加速度的重力测量方法。经过数十年的沉淀与发展,航空重力测量技术已成为高效测定中高频地球重力场信息的主要手段。航空矢量重力测量技术相较于航空标量重力测量技术,不仅能获取重力扰动矢量的垂直分量,而且也能获取重力扰动矢量的水平分量（即垂线偏差）。

捷联式航空重力测量算法比较

捷联式航空重力测量系统与平台式系统相比具有体积小、重量轻、功耗低等许多优点,近些年来取得了显著的研究进展.本文给出了捷联式航空重力测量的两种算法模型:捷联式惯性标量重力测量(SISG)和旋转不变式标量重力测量(RISG)模型,并对其误差模型作了初步讨论.利用我国首套捷联式航空重力仪SGA-WZ01在某海域的部分试验数据,对两种算法模型进行了比较分析,表明其差值之标准差对于200s的滤波长度小于0.5mGal.同时,利用两组重复测线数据估算了不同滤波尺度下的两种算法的内符合精度,表明SISG算法略优于RISG算法.对于200s和300s的滤波长度,SISG的内符合精度分别为1.06mGal和0.80mGal.

基于SINS/DGPS的捷联式航空重力矢量测量

国防科学技术大学研制成功了我国首套具有自主知识产权的捷联式航空重力测量系统SGA-WZ01。该重力测量系统由捷联式惯性导航系统（SINS）和差分全球定位系统（DGPS）组成。2012年4~5月,在南海某海域进行了飞行试验以测试这一新型重力仪的精度。描述了该系统的构成和数据处理过程,在数据处理中应用了全球重力场模型对重力测量结果进行校正。试验结果表明,该系统不仅可用于重力标量测量,还可用于矢量测量。重复测线的数据表明了该系统测得的重力异常的重复性可达到1.5m Gal,经过全球重力场模型校正之后北向分量的重复性为7.46m Gal,东向分量的重复性为4.46m Gal。

捷联式惯性测量系统用于列车实时定位的原理和方法

本文讨论惯性调量系统的构成及工作原理，给出了惯性系统中常用的各种坐标系之间的转换关系．在此基础上重点讨论了捷联式惯性测量系统的特点、定位精度，给出了捷联式惯性测量系统的定位方程和计算状态参数的计算流程日．这些对这项技术用于列车室时定位的可能性提供了重要参考价值．

基于SINS/GNSS的捷联式车载重力测量研究

2015年3月,由国防科技大学独立研发的SGA-WZ02重力仪在湖南长沙进行了一次车载重力测量试验,目的是为了检验、评估该重力仪应用于车载重力测量的可行性和精度水平。该重力仪系统主要由捷联惯性导航系统(SINS)、差分GNSS系统以及数据记录系统组成。试验路线为长沙市区东部的一条长约35 km的高速公路,测量过程中平均车速为40 km/h,本次试验共得到3条重复测线数据以进行内符合精度评估。为了评估重力异常外符合精度,使用CG-5高精度地面重力仪对该测线区域进行了测量,建立了外部重力参考数据库。本次车载试验结果表明,重复测线的内符合精度为1.64 m Gal/1.1 km,1.12 m Gal/1.7 km,外符合精度为2.33 m Gal/1.1 km,1.77 m Gal/1.7 km。

捷联式航空重力矢量测量低频误差机理和修正

捷联式航空重力仪除了可以实现对重力标量的测量,还可以测量重力的矢量信息。但是在捷联式航空重力仪测量得到的水平分量中存在较大的低频误差。从理论上分析了捷联式航空重力仪水平分量中低频误差的产生机理,并利用地球重力场模型计算值来代替存在误差的低频部分。试验结果表明,在测量空间分辨率4.8 km的条件下,捷联式航空重力仪测量得到的重复测线北向分量的均方差由16.95 mGal改进为2.53 mGal,东向分量的均方差由5.43 mGal改进为2.99 mGal。

GNSS/SINS组合进行惯性重力测量误差分析

针对INS技术及GNSS数据处理技术,分析中国实现惯性重力测量的可能性。分析结果表明,目前中国GNSS观测与数据处理技术用于惯性重力测量已不存在技术上的困难,而国产惯性测量系统的性能指标要达到1×10-5ms-2的重力观测精度虽有一定的困难,但随着惯性测量系统技术的进步,利用国内研制的捷联式惯导与GNSS联合进行惯性重力测量已成为可能。

弹用捷联式惯性导航系统数值仿真

以某导弹规划航迹为对象,对捷联式惯性导航系统进行了数值仿真.通过规划航迹数据提取出弹体的比力和角速度信息,输入至惯性测量器件模型,以其输出激励导航计算模块,得到弹体的位置、速度、姿态角误差等导航数据,将其与规划航迹中相应的数据对比得到计算误差.同时由捷联式惯性导航系统的误差方程建立SIMULINK模型,给出了模型的仿真结果.对比计算误差与模型仿真结果,验证了捷联式惯导系统数值仿真的正确和有效性.

光纤捷联惯性测量单元设计与实现

提出了一种捷联式惯性测量单元的设计与实现方法。该系统以开环光纤陀螺和硅微加速度计作为惯性敏感元件,采用高速DSP作为中央处理器实现数据采集、处理及输出。重点介绍了系统的数据采集模块、处理模块、通讯模块等硬件电路及相应软件的设计。系统通过转台实验进行了离线标定及在线补偿,测试结果表明:系统在功能、精度以及实时性等方面达到了预期的设计目标。

惯性技术视角下动态重力测量技术评述(三):惯性导航与重力测量的融合

动态重力仪和惯性导航系统的核心元件都是惯性元件,即陀螺仪和加速度计(重力传感器可以认为是一种特殊的加速度计),因此重力测量与惯性导航具有紧密的联系。从比力测量、物理与数学平台、惯性手段辅助重力测量,以及重力辅助惯性导航等方面分析了重力仪与惯性导航系统的紧密联系。并对惯性导航与重力测量的融合应用进行了分析。

余度捷联惯性测量装置的最佳测量

讨论了余度捷联惯性测量装置中传感器的配置问题，对几种优化性能指标进行了比较，并给出了最优冗余配置的充要条件。最后以５个传感器配置的余度系统为例，给出其最佳结构配置。

惯性技术视角下动态重力测量技术评述(二):不同的惯性平台

动态重力测量技术是惯性技术的一种典型应用。作为动态重力测量系统不可或缺的一部分,稳定平台的功能是提供一种能够隔离载体动态、实时跟踪参考系的物理装置,或提供载体相对于参考系姿态信息的软件算法。当前大多数的稳定平台,都是基于惯性元件构建的,可称之为惯性平台。从稳定平台的角度对几种常见重力仪进行分类,对采用四种类型惯性平台的重力仪进行较详细的分析和评述,即双轴阻尼陀螺稳定平台、捷联方位双轴惯导平台、三轴惯导平台和捷联惯导平台。

捷联式惯性测向系统及其在石油工程中的应用

介绍了基于动力调谐式挠性速率陀螺的捷联式惯性测向系统的构成、工作原理及特点。该系统采用惯性测量组件直接固连在载体上,通过建立捷联数学模型完成惯性导航数据的解算,进而确定空间某点方位,可用于开窗侧钻井、定向井和水平井导向、井身轨迹测量、定向射孔、丛式井组复合导向等工程。与传统的磁方位测量方法和框架式陀螺测量系统的比较结果表明,该系统克服了磁方位测量方法在套管、钻杆、油管以及在磁干扰地层中测定方位时存在的问题,其测量精度优于框架陀螺系统。给出了丛式井组定向作业、井身轨迹测量方面2个应用实例。

基于SINS/USBL/DG的水下动态重力测量

水下重力信息在深水油气勘探和潜航器辅助导航中发挥着重要作用。多普勒测速仪(DVL)由于工作范围受限无法时刻输出有效的数据,若作为水下传感器用于重力测量会影响数据处理的可靠性和准确性。针对这一难题,提出了一种基于捷联式惯性导航系统(SINS)/超短基线定位系统(USBL)/深度计(DG)组合导航的水下动态重力测量方法。该方法无需利用外部高精度的速度观测就能实现动态重力测量,摆脱了水下动态重力测量对DVL的依赖,在某海域进行了水下动态重力测量试验以验证新方法的有效性。试验结果证明,重复线内符合精度可以达到1 mGal的水平。

捷联式海洋重力数据的小波阈值滤波

基于捷联式海洋重力测量数据,对比不同小波、阈值及施加方式对滤波效果的影响。结果表明,db6、db7、db8、db9、db10、sym6、sym7、sym8、sym9、sym10、coif3、coif4和coif5小波较适用于海洋重力测量,小波分解层次可取至8层或9层,采用史坦无偏风险阈值滤波效果较好;小波分解至第8、9层时,阈值滤波结果与截止频率为0.005Hz和0.0033Hz的Butterworth低通滤波器的滤波结果吻合较好,但小波阈值滤波结果更加平滑,两者差值的RMSE在0.25mGal以内,且小波阈值滤波更容易分解出噪声成分,可以更有效地消除重力畸变。

一种采用“捷联+平台”方案的新型航空重力仪

针对资源勘探等高精度应用对航空重力仪测量精度和分辨率的更高要求,在前期研究基础之上,研发了新一代采用"捷联+平台"方案的新型航空重力仪。设计了采用石英挠性加速度计和光纤陀螺的捷联式重力仪,采用了新型温度控制方案,提高了重力仪的环境适应能力。设计了稳定平台,将捷联式重力仪保持在垂直方向,隔离载机的角运动干扰,减小了重力传感器的动态误差。飞行试验表明,该方案是有效的,将航空重力仪的精度和分辨率提升到优于1mGal/3km。

杆臂效应对捷联惯性导航系统初始对准精度的影响及其在线补偿方法研究

杆臂效应是由于惯性测量组件安装位置与载体摇摆中心不重合而产生的一种干扰加速度分量，对于以加速度计输出作为观测量的捷联惯性导航系统初始对准精度有较大的影响。本文以舰载捷联惯性导航系统作为应用对象，分析了杆臂效应的产生机理、对舰载捷联惯性导航系统初始对准误差的作用关系，提出了一种基于数字滤波原理的杆臂效应在线补偿方法，并给出了该方法的计算机仿真计算结果。

航空重力测量应用中高精密测温电路精度研究

石英挠性加速度计等惯性器件是组成捷联式航空重力仪(GA-01)的主要测量元件.为了有效保证航空重力测量的精度,需要对加速度计进行精度达到±0.01℃的温度控制.针对GA-01提出的温控精度要求,设计了相关精密测温电路,并重点对其精度进行了分析,量化了电路各主要参数对测温精度的影响,给出元器件选型参考,并依照相关选型标准制板测试验证了方法的有效性.

矿山井下惯性测量系统的仿真研究

──本文从矿山测量角度分析了用于矿山井下测量的惯性测量系统的实现要求，其中，定位精度要求在１０公里范围内惯性测量系统的相对定位误差（均方根）应达到０．４ｍ～０．８ｍ；对捷联式惯性测量系统的仿真结果表明，陀螺仪常值和随机漂移率为０．０１°／ｈ时，选择合适的ＺＵＰＴ时间，目前的惯性测量系统能够满足井下测量精度要求。

SINS/DGPS矢量重力测量系统滤波技术研究

以单通道捷联惯性导航系统的速度误差和姿态误差方程为状态方程,以陀螺仪误差和垂线偏差为过程噪声,以DGPS的速度与捷联惯导的速度之差为观测量,建立Kalman滤波模型,经滤波得到高精度实时导航信息。从导航信息中提取水平重力信息,进而得到垂线偏差。对高精度惯性元件构建的惯导系统进行数值仿真,仿真结果表明,组合系统可以有效提高实时导航和姿态精度,经50s平均后,可以得到精度为2″的垂线偏差。