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。     

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EGM2008模型快速构建扰动重力梯度基准图

重力梯度张量是重力位二阶导,相比重力异常能够更好反映局部区域的细节特征。因此重力梯度导航理论上能为惯性导航提供更好的辅助。重力梯度导航的关键技术之一是背景基准图的构建,推导了扰动重力梯度张量与扰动位在局部指北坐标系中的关系式,并基于EGM2008地球重力场模型构建了一块范围的海域扰动重力梯度张量基准图。为了快速构建基准图,选取了合适的勒让德函数,并将每一个梯度张量的计算式改变求和顺序来提高同一纬度圈上的计算点的计算速度。最后利用梯度张量对角线上三元素满足拉普拉斯约束条件的原理验证了所得基准图的正确性。     

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。     

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。     

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。     

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。     

海洋平均重力异常计算与精度估计

本文将海洋平均重力异常计算分为两个阶段,即首先由实测重力测量点值变换为5′×5′网格值;在此基础上,求5′×5′点值的平均值作为30′×30′或1°×1°分块的平均重力异常。根据海洋重力测量的特点,本文提出一种简便实用的重力异常推值方法——方位距离加权中数法。同时对传统的使用代表误差作平均重力异常精度估计方法进行了改进,提出直接使用重力异常变化梯度作为衡量平均重力异常计算精度高低的尺度,并运用OSU91A模型成功地建立起重力异常变化梯度与平均重力异常计算精度的相关关系,通过此关系可对海洋平均重力异常计算精度作出比较可靠的估计。     

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。     

顾及声速误差的USBL/SINS紧组合导航算法研究

采用水下超短基线定位系统和捷联惯导系统组合对水下潜器进行导航时,未知的声速误差会严重影响组合导航的精度.顾及超短基线定位系统的噪声水平、阵列上接收单元的误差特性以及和捷联惯导系统在导航性能的互补性,基于平面波近似原理,建立了SINS/USBL紧组合系统的状态方程和量测方程,并对未改正的声速误差在线估计,提出一种超短基线...     

利用卫星测高垂线偏差计算其他重力场元的特性分析

利用卫星测高技术确定海洋重力场,垂线偏差数据作为导出观测量在实际工作中被普遍采用。利用物理大地测量边值问题的定义以及扰动位在球面边界条件下的解,给出了由垂线偏差计算大地水准面高、重力异常和扰动重力的公式。分析了不同积分计算公式在重力场阶谱表达形式下对垂线偏差误差的抑制作用,也分析了不同积分核函数的变化特性,得出基本结论:在利用卫星测高数据求解海洋重力场时,当以格网化海面垂线偏差数据计算重力场参数时,求解的大地水准面高的有效性和稳定性优于重力异常和扰动重力。     

海空重力测量及应用技术研究进展与展望(三):数据处理与精度评估技术

系统分析总结了海空重力测量数据预处理即各项环境效应改正技术的研究现状及发展方向,简要论述了海空重力测量数据精细处理即数据滤波与误差补偿技术的研究动态及发展前景,分析讨论了海空重力测量精度评估技术的研究进展及发展思路,为海空重力测量数据处理及精度评估技术的未来发展提供参考。     

总强度磁异常匹配水下导航方法研究

匹配算法是水下潜器匹配导航的核心技术,提出一种利用测量磁场与世界地磁模型(world magnet model,WMM)计算磁场之差作为匹配特征量的水下匹配导航新模式.首先引入快速傅里叶级数拟合技术建立区域的磁场模型,然后将测量地磁异常与惯导指示地磁异常之差表示成连续的解析形式,结合惯导力学编排方程建立的12维状态模型...     

Interaction of current and flexural gravity waves

The interaction between current and flexural gravity waves generated due to a floating elastic plate is analyzed in two dimensions under the assumptions of linearized theory. For plane flexural gravity waves, explicit expressions for the water particle dynamics and trajectory are derived. The effect of current on the wavelength, phase velocity and group velocity of the flexural gravity waves is analyzed. Variations in wavelength and wave height due to the changes in current speed and direction are analyzed. Effects of structural rigidity and water depth on wavelength are discussed in brief. Simple numerical computations are performed and presented graphically to explain most of the theoretical findings in a lucid manner.     

On the Compensation of Systematic Errors in Marine Gravity Measurements

Based on an analysis of the source of errors in marine gravity measurements, an error model, firstly, is constructed mathematically which can characterize the change of systematic errors and with which a new crossover adjustment model is presented in this paper. Then, two methods of compensating the systematic errors are proposed, i.e., the self-calibrating adjustment and the a-posteriori compensation. Some questions involved in solving the adjustment problem, such as the rank deficiency, the choice of error model, the weighting of model parameters and the significance test of compensation efficiency, etc., are discussed in detail. Finally, a practical survey network is used as a case study to test the efficiency and reliability of the two compensation methods.     

On the Compensation of Systematic Errors in Marine Gravity Measurements

Based on an analysis of the source of errors in marine gravity measurements, an error model, firstly, is constructed mathematically which can characterize the change of systematic errors and with which a new crossover adjustment model is presented in this paper. Then, two methods of compensating the systematic errors are proposed, i.e., the self-calibrating adjustment and the a-posteriori compensation. Some questions involved in solving the adjustment problem, such as the rank deficiency, the choice of error model, the weighting of model parameters and the significance test of compensation efficiency, etc., are discussed in detail. Finally, a practical survey network is used as a case study to test the efficiency and reliability of the two compensation methods.     

Accuracy estimation of loading correction in gravity observation

To estimate the loading correction, the convolution integral of tidal height with gravity Green's function is usually adopted. Therefore, two kinds of error sources should be discussed, i.e. errors produced by different earth models and errors due to the inaccuracy of the cotidal maps. Thus, the effect of different earth models on tidal correction was estimated by using different loading Love numbers and gravity Green function obtained on the basis of two different earth models, G-B and 1066 model. We also calculated the error caused by Schwidersky's cotidal map, by assuming the error of average tidal height to be 5 cm in 1°×1° grids, but yet the effect coming from the errors of local cotidal maps had not been taken into consideration in this work. In carrying out this calculation, the results of tidal height errors in adjacent ocean around station, harmonic coefficient errors in open ocean and a truncation error are discussed respectively.