一种海洋重力测量信号滤波方法的研究

为了有效地消除海洋重力异常测量值中存在的噪声干扰,提高重力异常值测量的精度,采用FIR数字低通滤波技术可以有效的剔除重力异常测量信号中包含的高频噪声成分,最大程度的还原真实重力异常值。本文重点介绍了数字滤波器的原理和设计方法,利用傅里叶变换分析测量信号中所包含的真实重力信号和噪声信号在不同频率下的分布和强度。在对原始重力异常值测量信号进行频谱分析的基础之上,提出利用频率采样的方法设计符合重力信号特点的低通滤波器,并结合已有的重力异常值测量数据对该方法进行实验验证。结果表明,利用该方法设计的滤波器可以有效地剔除高频噪声成分,滤波结果与标准值的误差在0~1 m Gal范围内。     

航空重力弱信号提取的卡尔曼滤波方法研究

航空重力测量以飞机为载体对重力场数据进行采集。由于气流、飞行状态及机体自身振动等因素的影响,航空重力测量原始数据含有大量的噪声,信噪比高达上万级分之一,因此从原始测量数据中获取弱小重力信号成为航空重力测量系统发展的一个技术难题。本文针对航空重力测量系统将通用卡尔曼滤波公式进行了适应性调整,建立了航空重力异常的数学模型,针对系统测量原理提出了卡尔曼滤波状态方程,解决了重力信号与差分GNSS信号匹配、航空重力弱小信号提取的难题。经过实测的航空重力测量数据验证,提出的航空重力数据解算方法能够高精度地解算出航空重力异常,且优于FIR低通滤波器(目前工程上采用)的解算结果,推进了航空重力弱信号提取技术的发展。     

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。     

航空重力起伏飞行中飞机姿态对测量数据影响分析

在航空重力飞行时,针对GT-1A航空重力系统在同一条测线中使用两种爬升率(1 m/s和2 m/s)进行起伏飞行。考察起伏飞行引起的飞机姿态变化对测量数据的影响,以及在航空重力测量中小坡度缓起伏作业的可行性,是笔者的研究目的。试验结果表明,所使用的两种爬升率对航空重力测量数据未有明显影响,GT-1A航空重力系统可以进行缓起伏飞行测量。     

航空重力数据常用滤波方法对比研究

航空重力测量中,存在着各种各样的噪声干扰,严重影响了异常的精度和分辨率。低通滤波器在航空重力测量数据处理中对于去掉高频噪声干扰有着重要的作用;因此,对航空测量信号进行异常恢复和噪声信号衰减的一个重要步骤就是设计低通性能更优越的滤波器。通过模型实验,对比6×20_s RC滤波器、Kalman滤波器和FFT滤波器输出结果,以确定各种滤波器的可靠性,并分析了3种滤波器的影响因素,为以后对数字滤波器的研究奠定基础。     

航空重力测量中FIR低通滤波器的比较

航空重力测量数据中含有大量的噪声,需要采用FIR低通滤波器来提取实际的重力异常信息。结合一组实测的航空重力测量数据,讨论FIR低通数字滤波器截止频率和滤波器长度的确定方法,研究了无效数据的删除方法;通过比较不同窗函数设计的滤波器的数据处理性能,得出了在航空重力测量数据处理中,汉宁窗和海明窗设计FIR低通数字滤波器可以满足重力场信息提取的要求。     

安大略湖上的航空重力测试

１９９１年３月在安大略湖上进行了航空重力测试，其目的是籽验证用轻型飞机进行快速经济的航空重力测量的可能性。重力仪选用的是ＬａＣｏｓｔｅ ＆Ｒｏｍｂｅｒｇ公司的线性动态重力仪。用ＰＣ计算机作为数字控制器，测量飞机为Ｐｉｐｅｒ Ｎａｖａｊｏ双引擎飞机，Ｔｒｉｍｂｌｅ ４０００型ＧＰＳ接收机连同就近的ＧＰＳ地面基站进行差分动态定位，得到了精确的导定位数据，测出了以前水下重力测量圈定的安大略湖东部主要的低     

三轴稳定平台式航空重力测量数据处理方法研究与实现

开展航空重力测量数据处理方法研究,提高数据处理的精度,赶超世界先进水平,具有十分重要的意义。本文基于国产三轴稳定平台式航空重力测量系统,开展了航空重力测量数据处理方法研究及相应的软件研制,实现了适用于稳定平台式航空重力数据的卡尔曼平滑算法,在国内首次解算出平台式航空重力空间异常,内符合精度达到0.590×10~(-5)m/s~2,外符合(与GT航空重力测量系统测量数据对比)精度达到0.581×10~(-5)m/s~2,数据处理精度达到国际先进水平。由此表明:数据处理采用的方法可行,解算精度高,提升了我国航空重力测量数据处理技术水平。     

DGPS在航空重力测量中的应用

基于DGPS在GT-1A型航空重力系统测量中的应用,针对GPS基站的位置精度和选择展开探讨,并对计算获得的空间重力异常结果进行对比分析。对比结果表明GPS基站所用位置值不同会引起测线空间重力异常的水平误差,相同测线经过水平调整后基本保持一致。GPS基站和移动站的距离长短对测线空间重力异常的局部细节幅值有影响,进行水平调整后相同测线间的内符合总精度为0.3 m Gal左右。     

中国南海卫星重力数据Butterworth滤波处理

通过对重力模型数据进行Butterworth滤波处理,发现该方法对高频噪声具有很好的滤波效果。对Geosat和ERS—1卫星提供的重力数据进行了网格化和Butterworth滤波处理,得到中国南海自由空气重力异常值为-42~89 m Gal。经与GRACE卫星提供的数据进行比较,发现该方法得到的结果具有更好的精度和分辨率。     

Sage自适应滤波在航空重力数据处理的应用

航空重力测量数据存在大量的干扰噪声,卡尔曼滤波是消除干扰、获得高精度重力异常的一种滤波方法。针对标准卡尔曼滤波精度依赖于先验量测噪声统计信息的问题,以Sage-Husa自适应卡尔曼滤波算法为基础,结合固定区间平滑,设计了量测噪声自适应的卡尔曼平滑滤波器,利用卡尔曼滤波及自适应卡尔曼平滑滤波对模型数据进行了滤波试验。试验结果说明,固定区间平滑的应用可以消除因滤波器未收敛造成的滤波误差,当量测噪声信息不明时,量测噪声自适应卡尔曼滤波器能够获得准确的滤波结果,其滤波精度高于标准卡尔曼滤波器。     

起伏飞行在航空重力测量的应用研究

从理论上分析了起伏飞行测量对GT航空重力测量的影响程度;为了有效地验证起伏飞行的测量效果,开展平坦地形、起伏地形下的一系列缓起伏飞行测试,并分别对GT-2A直升机、固定翼航空重力缓起伏飞行测量结果进行了评价;测试结果表明:采用坡度不超过3.0°(爬升率约1/20)的缓起伏飞行方法是可行的,其重复测量内符合精度均小于0.7 m Gal,满足了高精度测量的要求。     

航空重力数据的等波纹FIR低通滤波试验

为解决航空重力测量中的核心技术之一——强噪声背景下提取微弱重力异常信号的问题,根据等波纹切比雪夫逼近理论,采用瑞米兹（Remez）交换算法设计等波纹线性相位FIR低通滤波器,利用模型数据对该方法进行了验证,并通过GT-1A型航空重力系统测量数据进行滤波试验。结果表明,基于Remez交换算法设计等波纹线性相位FIR低通滤波器,在自由空气重力异常获取的滤波试验中,能获得与GT-1A系统卡尔曼平滑滤波相同的效果。     

安大略湖上的航空重力测量试验

我们于１９９１年３月在安大略湖上开展了航空重力测量，实施这一测量的目的，是要对采用小型飞机开展航空重力观测这种方便快速、价格低廉的测量方法进行可行性研究。本次所采遥仪器为拉柯斯特－降贝尔格线性动态重力仪，并装备有数字控制器的Ｌａｐ－ｔｏｐ型微机。这套设备安装在引擎ＰｉｐｅｒＮａｖａｊｏ飞机上。在邻近的基点上采用天宝４０００型ＧＰＳ接收机采集信号，并选择差分工作形式提供精确的定位数据，在飞机上则使用     

长基线航空重力测量精度分析

针对中远海域航空重力测量过程中由于不易架设GPS基站而导致基线较长的实际,根据航空重力测量原理,基于实际测量数据分析了长基线对航空重力测量精度的影响。综合分析长基线对差分定位精度的影响并结合航空重力异常内符合精度评价,相较于航空重力测量所要求的精度,认为长基线(600～800 km)对航空重力测量精度影响有限且几乎可以忽略不计,为进一步开展中远海域航空重力测量提供了技术支撑。     

基于深度学习的重力梯度事后误差补偿方法

旋转式重力梯度仪动态测量的误差补偿是航空重力梯度测量的关键技术。因深度学习直接提取数据特征,有望补偿以往通过建模难以补偿的误差,从而进一步提高误差补偿效果,笔者提出了基于深度学习的航空重力梯度测量事后误差补偿方法,利用航空试验实测数据建立数据集,搭建并训练由梯度仪运动参数映射到梯度仪输出噪声的神经网络,利用该网络预测梯度仪输出噪声,以此对其他实测数据进行误差补偿。结果表明,利用深度学习预测的梯度仪输出噪声与实际输出噪声非常接近,补偿后梯度仪输出噪声下降超过一个数量级,补偿的误差水平与梯度仪样机指标接近。     

航空重力测量中的GPS后处理解算软件

在航空重力测量的后期资料处理中,GPS技术主要作用是精确确定飞机的位置、速度和加速度,以提供可靠的飞机飞行参数和必要的重力加速度改正等.笔者以航空重力领域的实际需求,开发了航空重力的GPS后处理软件-EGPS.该软件能够利用伪距差分、多普勒频移的方法解算航空重力测量的载体位置、速度和加速度等.通过处理航空重力测量中GPS资料的速度解算实例,并与国外已经先进的航空重力测量处理软件的速度解算结果对比、分析,EGPS已经基本达到了航空重力测量领域对GPS速度高精度解算的要求.     

量子重力仪在地球科学中的应用进展

量子重力仪是近30年来快速发展起来的一种新型绝对重力仪,目前对该新型重力仪的研究已进入小型化和实用化阶段.国内外基于量子重力仪的地球科学研究发展较快,应用研究包括火山活动监测、海洋绝对重力测绘和航空绝对重力测量等.由浙江省量子精密测量重点实验室研制的ZAG-E型量子重力仪具有体积小、易搬运和稳定性高等优点,其绝对重力测量精确度可以达到10 μGal.基于该量子重力仪,开展了地震台连续绝对重力测量的相关研究,着重介绍了在四川省甘孜藏族自治州燕子沟地震台进行的连续绝对重力测量,该研究有助于构建该地区的重力基准和分析地质地形构造以及地质活动所带来的影响.基于量子重力仪的精密重力测量为地球科学的研究提供了一种新型的技术手段,同时也提供了可靠的基础绝对重力数据.未来,量子重力仪有望被越来越广泛地应用于地球物理和地表绝对重力测绘等地球科学领域.     

高精度航空重力测量系统分项指标设计分析

为研制高精度航空重力仪,开展了高精度航空重力仪分项指标设计与分析,为高精度航空重力测量系统设计提供依据。笔者基于航空重力测量的数学模型,归纳出影响航空重力测量的主要因素;结合航空重力测量的相关理论公式,使用理论模型,推导出各影响因素的误差模型;开展了各项误差的分析研究,并通过设定合理的分项指标精度来有效地控制分项误差,确保航空重力测量精度优于0.6×10-5m/s2。     

航空重力测量系统研究进展

简要回顾了航空重力测量的发展过程,在介绍了航空重力测量基本原理的基础上,系统地叙述了航空标量重力测量系统的研发历程、研究现状及发展动态.最后,阐述了我国航空重力测量的研究现状和未来的发展方向.