重力梯度仪辅助惯导导航的误差分析

研究了重力梯度仪辅助惯导的导航误差方程,计算某区域重力异常、垂线偏差和二阶的扰动重力张量,并在此基础上对扰动重力补偿惯导系统误差进行了仿真计算,与无重力梯度仪辅助惯导的误差进行数值比较,结果表明采用重力梯度仪辅助导航之后,扰动重力引起的惯导误差有了明显的改善。     

扰动重力补偿惯性导航系统误差分析

重力扰动是高精度惯导系统的主要误差。 讨论了减小扰动重力场对惯性导航系统影响的方法,以分辨率为 1''×1''的某区域垂线偏差数据为背景场,对采用实时补偿扰动重力数据的情况进行仿真。 建立梯度仪补偿惯导系统的扰动重力模型,与无重力梯度仪辅助惯导的误差进行数值比较,讨论同一重力异常背景场扰动重力对惯导系统影响,最后建立基于重力梯度仪的 Kalman 滤波方程,结合惯导系统对引入梯度仪补偿扰动重力的情况进行估计,结果表明可以很好的抑制扰动重力引起的速度误差。     

潜艇内人员质量对重力梯度探测影响分析

潜艇在水下进行重力梯度探测与导航过程中,利用重力梯度仪测量所在位置的重力梯度张量来感知周边海底地形起伏以及规避障碍物,由于潜艇中人员具有一定的质量,人员在理论上会对重力梯度测量值产生影响。为分析人员质量对重力梯度测量的影响,将人体简化为立方体模型,计算人体在潜艇内不同高度处的重力梯度异常分布情况,分析其对重力梯度探测的影响,并将计算得到的结果与质点模型的结果对比分析得到两者的差异。结果表明在距离人体5 m以内的大部分位置上,重力梯度各分量的量级能达到10~(-2)E,在更近的位置上梯度值的量级能达到10E,为防止对重力梯度仪测量结果产生影响,人员需要在距离梯度仪一定的距离外活动,随着精度的提高,限制距离将会增大。本文得出的结论可为以后重力梯度探测工程化应用提供一定的理论参考。     

重力梯度张量计算重力场元

根据体谐函数一阶、二阶水平导数（广义球函数）也是球面正交函数系的性质,详细推导了水平重力梯度边值问题的级数解.根据扰动位与重力场元的微分关系,导出了由水平重力梯度计算重力异常、垂线偏差的公式.完善了全张量重力梯度的有关应用.     

航空重力垂直梯度探测潜艇方法研究

航空重力梯度测量属于被动探测,抗干扰能力强,如果能和其他探潜手段相配合将极大地提高航空搜潜的效率。针对航空重力梯度测量是否能够用于探测潜艇的问题,依据俄亥俄级弹道导弹核潜艇的结构特点,建立了适用于重力梯度计算的潜艇模型,分别给出了潜艇外壳、内部质量亏损产生的重力垂直梯度的计算方法,并对不同精度重力梯度仪可探测的潜艇重力垂直梯度值进行了计算,从航空反潜的角度对探测潜艇效果进行了分析。经计算表明,如航空重力梯度仪精度达到10~(-2) E,将具备一定的实际探潜效能;如精度达到10~(-4) E,反潜机搜索宽度可与现有航空磁性探潜相当。     

基于重力梯度的潜艇探测方法研究

提出了一种基于重力梯度探测潜艇的新方法。借助计算机代数系统Mathematica,计算了模拟潜艇在不同位置产生的重力垂直梯度,分析了其变化情况,结果表明如果现有的重力梯度仪精度为10-4E,即使下潜深度达300m,在海面上100m范围内也能够探测到;当重力梯度仪的精度达到或超过10-6E时,可在海面上1000m范围内实现探测。     

基于Stokes公式的扰动重力梯度张量无奇异计算模型

为有效解决Stokes积分奇异性问题,以扰动重力梯度张量的计算为例,采用双二次多项式插值和非奇异变换推导了解决计算点和临近格网点积分奇异的统一公式,分析了数据分辨率对中央区选取范围及积分奇异性的影响。选取某海域8°×8°范围的重力异常数据进行数值实验,结果表明,该方法与传统去奇异方法在一些分量的差异可达数E,使用该方法更有助于提高计算精度。此外,针对不同分辨率的数据,合理选取中央区范围可有效避免计算结果产生舍入误差或奇异。     

地球重力场确定与重力场匹配导航

简要介绍了全球重力场确定的现状与进展，并对近期重力测量卫星的发射情况作了简单的介绍和评述，最后探讨了依托现有重力场数据和高精度重力仪、重力梯度仪进行重力场匹配导航的可能性。     

重力辅助匹配惯性导航系统研究

常规的航位推算方法无法满足水下潜器长时间工作的导航要求,惯导设备的定位误差随时间积累,重力异常数据和重力梯度数据进行匹配辅助导航可以连续的对惯性导航系统积累误差进行校正。 文章介绍了利用重力辅助惯导的思想和原理,对重力辅助惯性导航进行了讨论,建立包含重力异常/ 重力梯度数据的 Kalman 滤波算法,并采用改进的 ICCP 算法对重力异常匹配导航进行了模拟试算,结果表明在现有的技术条件下,重力辅助匹配导航能够胜任水下航行的工作任务,保证长航时的水下定位精度。     

利用高精度地球重力场模型计算扰动重力垂直梯度

探讨了利用地球重力场模型计算扰动重力垂直梯度的理论方法,介绍了高精度地球重力场模型和最新的EGM2008模型,并利用EGM2008模型的360阶和720阶完全规格化地球位系数,分别计算了西太平洋区域和全球范围的扰动重力垂直梯度。从绘制的计算结果分布图可以看出,扰动重力垂直梯度能够清晰反映并显示地球地质构造的变化特征与陆地边界轮廓。统计分析表明,随着位系数截断阶次从360阶增至720阶,计算结果的变化较为明显,均值接近于零,其数值分布近似服从正态分布。     

Determining the Gravitational Gradient Tensor Using Satellite-Altimetry Observations over the Persian Gulf

With the advent of satellite altimetry in 1973, new scientific applications became available in oceanography, climatology, and marine geosciences. Moreover, satellite altimetry provides a significant source of information facilitated in the geoid determination with a high accuracy and spatial resolution. The information from this approach is a sufficient alternate for marine gravity data in the high-frequency modeling of the marine gravity field quantities. The gravity gradient tensor, consisting of the second-order partial derivatives of the gravity potential, provides more localized information than gravity measurements. Marine gravity observations always carry a high noise level due to environmental effects. Moreover, it is not possible to model the high frequencies of the Earth's gravity field in a global scale using these observations. In this article, we introduce a novel approach for a determination of the gravity gradient tensor at sea level using satellite altimetry. Two numerical techniques are applied and compared for this purpose. In particular, we facilitate the radial basis functions (RBFs) and the harmonic splines. As a case study, the gravitational gradient tensor is determined and results presented in the Persian Gulf. Validation of results reveals that the solution of the harmonic spline approach has a better agreement with a theoretical zero-value of the trace of the Marussi gravitational gradient tensor. However, the data-adaptive technique in the RBF approach allows more efficient selection of the parameters and 3-D configuration of RBFs compared to a fixed parameterization by the harmonic splines.     

不同Legendre函数递推公式对计算球谐函数定积分的影响

针对球谐函数定积分计算中Legendre函数递推问题展开研究,分析了标准向前列推法、Belikov法、跨阶次法、X数法以及顾及麦克劳林级数展开式对球谐函数定积分计算的影响。利用Eigen6c-4地球重力场模型计算扰动引力梯度径向分量,分析不同方法之间的差异。实验表明,不考虑麦克劳林级数展开式时4种方法的相对精度在高纬度地区较差,但计算模型扰动引力径向分量的精度一致,结合麦克劳林级数式可提高高纬度地区定积分计算的相对精度,但会降低中低纬度地区定积分计算的精度,并且对高纬度地区扰动引力径向分量的影响极小,但会严重降低低纬度地区扰动引力梯度计算的精度。     

利用空中球面边值问题确定似大地水准面

针对航空重力向下延拓计算过程中的不稳定性,提出了扰动位空中球面边值问题,以航空重力测量数据作为扰动位在空中球面上满足的边值条件,得到扰动位空中球面边值问题,在球外部即为经典的球外边值问题,但对于球内直到地面则没有封闭的解析形式,给出了空中球面球内到地面区域的级数解,对于认识空中重力测量数据向下延拓特征和实际应用具有参考意义。利用地面实测数据计算结果表明,对于1km航高的测量数据,一阶解可满足厘米级高程异常的解算精度。     

RS-HC3海洋全张量磁梯度系统及其应用

介绍了一套海洋全张量磁梯度系统,专门用于测量地球磁场三分量数据及张量磁力梯度数据,并实时采集设备的定位信息及姿态信息,以便于后续数据处理。系统由两组三分量磁力仪、惯导设备、GPS定位设备、温度/压力传感器等组成,特别适用于测量地磁场矢量空间的磁场变化率,在磁法勘探中的解释效果明显优于单探头标量测量和三探头标量梯度测量。     

月球扰动引力频谱特性及在恢复月球重力场的应用

利用谱分析方法，通过对月球外空间扰动引力频谱特性的分析研究，估计了其谱分量信息随高度的衰减特点及在不同频段的谱敏感度，得到了敏感各频段位系数与所需探测器轨道高度的关系，同时为联合不同数据求解月球重力场模型在改进解算方法和跟踪数据定权上提供了参考依据。     

空间扰动引力的谱分析

基于重力场的频谱理论，给出了扰动引力在全球平均意义下的功率谱表达式，揭示了扰动引力的传播特性。通过数值试验，给出了扰动引力随高度变化规律，并分析了不同高度上，扰动引力恢复重力场的最高阶数及相应分辨率。从理论上分析了航空重力测量探测重力场中高频信息的能力，对制定飞行方案有一定参考价值。