基于新型主成分加权平均归一化法优选水下重力匹配导航适配区

本文开展了水下潜器重力匹配导航的匹配区适配性评价研究.第一，本文综合考虑了重力异常标准差、坡度标准差、粗糙度、重力异常差异熵、分形维数等重力场主要特征参数，联合主成分分析准则和加权平均原理，提出了新型主成分加权平均归一化法；第二，基于新型主成分加权平均归一化法，计算可评价重力异常基准图各区域匹配效果的总体特征参数指标，依据总体特征参数指标进行优良适配区、一般适配区和非适配区划分；第三，在相同条件下，在划分的优良适配区、一般适配区和非适配区内，分别进行重力匹配数值模拟验证比较，结果表明，优良适配区的重力匹配效果显著，匹配概率约为98%，匹配稳定性高，位置误差小于1个重力异常基准图格网.     

基于改进A*算法的水下重力匹配导航路径规划

水下重力匹配导航作为辅助手段,能够有效克服惯性导航系统在水下长时间航行产生的误差积累.重力场的不规则性,使得不同海域重力场适配性存在差异,重力特征变化显著的海域匹配精度较高,反之精度较低.在适配性评价基础上,对导航路径进行规划有助于提高作业任务可行性,合理规避不利因素.本文采用重力异常标准差、粗糙度等特征参数对海域重力场适配性进行评价,形成重力场适配格网参考图,引入A^*算法规划起始点和目标点间路径,达到了有效规避非适配区、提高航路设计合理性的目的.传统A^*算法存在的问题是,规划路径折线较多、线路总弯曲度大,本文设计了一种改进方法,通过前后向对比分析,对单个路径节点逐个进行筛选过滤,有效减少了冗余航向调整,实现了路径的平滑优化.     

一种新的基于R-D分析的重力匹配辅助导航算法

针对现有重力辅助导航匹配算法匹配精度、匹配率受惯导初始位置误差影响较大以及实时性较差等不足,提出一种实时重力辅助导航匹配算法.新算法利用惯导输出的相对位置信息,提取半径、方向角约束模型,然后通过对相似性进行度量,筛选出待匹配点,得到最优匹配参数,该算法可以在惯导初始误差较大的情况下进行实时、高效匹配.实验结果表明,新算法对惯导初始误差不敏感、鲁棒性好,而且精度高、实时性强.     

海洋重力辅助导航的研究现状与发展

海洋重力辅助导航是近几年舰船导航研究的热点和前沿问题,是下一代舰船高精度导航系统.本文在进行了一般性辅助导航方法的概述之后,详细介绍了与辅助导航相关的重力场基本概念、重力辅助导航系统的主要研究内容、基本原理;从重力传感器、重力图数据处理及重力图匹配理论与算法三个方面详细介绍了其国内外研究现状,重点介绍了重力梯度仪辅助导航、重力辅助惯性导航和通用重力模块三种系统的体系结构和研究成果;总结了重力辅助导航涉及的关键技术及其发展趋势;最后给出了我国开展海洋重力辅助导航研究的若干建议.     

一种新的基于局部重力图逼近的组合匹配算法

惯性导航系统定位误差随时间积累发散,利用重力场辅助惯性导航已成为组合导航领域的新方向,该技术对实现潜艇无源定位意义重大.首先利用二维高斯基函数对局部离散格网重力异常基准图进行逼近获取其解析表达式,在此基础上对传统相关极值匹配算法进行重新建模,采用拟牛顿BFGS非线性寻优方法对该模型进行解算,最终完成基于连续解析形式重力异常基准图的相关极值匹配算法设计.为进一步提高算法性能进行以下两点改进:(1)采用TERCOM算法进行预匹配以缩小寻优范围提高寻优速度;(2)采用差分法减小实测过程中Eötvös效应对重力匹配的影响.最后在2'×2'卫星测高反演重力异常数据库基础上进行了三组对比仿真实验,从实验结果可以看出,在重力测量误差、系统误差及初始定位误差较大的情况下,通过该组合匹配算法获得的匹配定位仍能以较高的精度跟踪真实航迹,且其性能较传统单一匹配算法有较大提高.     

山西地区几次地震前后的重力场变化

选取了山西测网1997年—2006年重力复测资料,主要研究了重力点值特征和重力场变化情况,认为,重力场变化与山西境内的地震有较好的对应关系。     

分层重力图像方法及其应用

分层重力图像方法是依据三维地震波速的层析成像结果，通过速度与密度相关关系，转换得到分层的密度结构模型，计算并给出各分层在地表的重力异常分布图像．以中国大陆为例，给出其不同深度的7个分层的重力异常图像和不同分层叠加的综合（或总合）重力异常分布图像．经过与实测的中国布格重力异常资料对比分析，结果表明两者的重力场特征相当一致；分层重力图像的结果能较好地反映地下不同深度的物质分布．     

离散时变重力数据的可视化、指标量定义与解释

针对流动重力观测获得的数据成果特点，提出一种基于流动重力段差变化的时变重力数据可视化方法，并定义了两个指标量G值和C值，用以评价区域性重力场变化的显著性程度.在此基础上，应用该方法处理和分析了首都圈地区的流动重力数据.结果表明:与传统采用等值线方式来刻画时变重力场特征不同，该方法更能突出发生变化的重力测点位置、测量误差及其变化的显著性程度，可为研究与地震孕育、发生过程有关的重力场变化提供更多的定量依据.      

重力变化与海城地震

海城地震前后重力重复测量结果表明:在极震区及其附近地区重力场发生了显著的有规律性的变化. 1972年6月建立北镇-庄河重力复测剖面开始重力观测,同年11月及1973年5月进行了两次复测,发现辽东半岛地区重力场减小,最大达-352微伽.1975年3月震后进行了第一次复测,重力场却已基本回升到1972年6月建点时的水平.7月份再次复测,其结果表明重力场继续升高,最大达+382微伽.其后直至1976年12月多次进行复测,重力场基本保持在1975年7月的水平.因此,震中区震前重力场下降、震后上升的特征相当清楚. 通过对工作方法和观测精度的分析,说明重力测量成果是可靠的,重力场变化的原因与地震的孕育过程有着密切关系.     

流动重力结果与河南范县ML4．7级地震

讨论了2006年4月9日范县ML4.7级地震前后重力场的变化和预测过程.震前2005年9月～2005年12月重力场表现为趋势下降,在2006年3月重力场转折上升,表现为变化加速,地震发生在重力场加速变化过程中.部分测点点值、测段段差值存在异常,点值和段差值的变化幅值在(30～60)×10-8m·s-2之间.震后该区的重力异常没有恢复.重力变化可能是由该区地壳形变、地壳深部质量迁移和断层蠕动共同作用引起的.     

基于正交时频原子的地震信号快速匹配追踪

匹配追踪能够根据地震信号自身的特点进行自适应分解,但因计算量巨大使其不能被广泛应用.本文提出了一种正交时频原子快速匹配追踪方法,该方法在迭代分解过程中,充分利用地震信号的局部性特征作为先验信息点,在先验信息点附近采用动态搜索策略寻找最佳匹配时频原子,同时对时频原子进行正交变换,消除了时频原子库中的冗余分量,最终将信号分解为一系列正交时频原子的线性叠加.测试结果表明,该方法不仅保持了匹配追踪的分解精度,而且使计算效率有了质的提高.     

应用Bjerhammar方法确定GPS重力似大地水准面

GPS技术的发展提出了新的大地边值问题——GPS重力边值问题.本文将Bjerhammar方法应用于GPS重力问题的求解,并在给出理论公式的基础上,针对实际计算中虚拟场元的分布和求解、虚拟球半径的确定及奇异积分等问题提出了具体的解决方案.文中通过比例因子k在虚拟球半径和GPS重力数据密度间建立起联系,并推导出其近似值.在...     

EGM2008地球重力模型数据在中国大陆地区的精度分析

本文介绍了5′×5 ′的EGM2008地球重力模型及其在全球的精度评价.按照地形变化规律,将中国大陆大致分为7个区域,在10 km网度上,将EGM2008地球重力模型数据与中国地面实测空间重力网格数据进行了对比.由于数据源的问题,中国大陆的模型数据精度普遍低于北美和欧洲.二种数据在地形平坦的东部地区差别较小,向西随着地形复杂程度的增加,二种数据之间的标准差从小于10 mGal增大到50多mGal.畸变点分析表明精度极低的网格点均分布在地形起伏大的地区.总体而言,5′×5′的EGM2008地球重力模型数据在中国大陆将近80％的面积上的精度可达10 mGal之内,可用于小比例尺重力编图和构造研究.在地形起伏较大的中国西部以青藏高原为例进一步比较了EGM2008重力模型和重力测点数据,结果表明在重力点分布稀疏不均匀的地区,平面网格数据难以准确表达重力场信息.由于缺少地面重力数据控制,EGM2008重力模型数据在中国西部精度较低,但模型数据依然在很大程度上提高了空间重力异常信息的丰富程度.将中国区域重力调查成果数据应用于地球模型的构建是一项有意义的工作.     

Mean Free-Air Gravity Anomalies in the Mountains

Mean free-air gravity anomalies are often needed in geodesy for gravity field modelling. Two possible ways of compiling the mean free-air gravity anomalies are discussed. One way is via simple Bouguer gravity anomalies and the second and more time consuming way is via refined Bouguer gravity anomalies. In flat areas the differences between using any of the two ways should not be significant. In the mountains however, every effect introducing a high dependency, such as e.g. terrain effect, can negatively affect the interpolation process. In fact, a numerical experiment conducted in one part of Rocky Mountains revealed large and systematic differences. The effect of these differences on the geoid model is more then two meters in the test area. Our investigation shows that this bias is caused by the location of gravity measurement points, chosen mostly on hill-tops. At such points, the terrain correction to gravity is systematically larger than the mean value of the correction. Therefore, it is not possible to prevent the mean free-air gravity anomalies obtained from simple Bouguer gravity anomalies from having a systematic bias. One can see this bias as a result of the aliasing effect because the simple Bouguer gravity anomalies in the mountains contain a higher frequency signal (terrain effect) that is, according to sampling theorem, impossible to reconstruct by sparse measured gravity data, see e.g. (Goos et al., 2003). Therefore, the more rigorous way of computing the mean free-air gravity anomalies is via refined Bouguer gravity anomalies.     

蒙古及周边地区重力异常和地壳不均匀体分布

基于全球EGM2008自由空气重力异常模型,本文计算了蒙古及周边地区的布格重力异常和AiryHeiskanen均衡重力异常.在此基础上,本文采用Crust 1.0地壳模型为参考,通过重力正演方法,对蒙古及周边地区不同深度地壳密度结构模型的重力异常进行了计算,并对得到的正演布格重力异常与实际重力异常进行了对比和分析.研究结果表明:蒙古西部杭爱山地区与阿尔泰山地区的构造变形差异性明显,现今均衡重力异常中杭爱山周边没有明显的均衡异常高值区,而阿尔泰山地区西南方向存在均衡重力异常高值分布,分析与新构造运动密切相关;Crust 1.0模型给出的壳幔横向密度不均匀体分布对于计算Moho面起伏引起的重力异常作用明显;Crust 1.0给出的地壳内界面变形可以反映深大活动断裂的深部构造变形.研究结果对于认识蒙古东西部构造特征差异,以及现今西部活动断裂的地球物理场特征具有参考意义,也可以为进一步应用Crust 1.0模型为参考开展三维密度结构反演提供一定帮助.