重力场对惯性导航定位误差影响研究与仿真

从惯性导航力学编排方程出发,将高阶重力场模型代替正常重力模型,分析了扰动重力引起的惯性导航误差;并从另一角度,对理想状态下扰动重力对惯性导航的影响进行了仿真分析,结果表明扰动重力影响显著。通过将重力垂线偏差分量引入惯性导航方程,改善传统方程的缺陷,探讨了垂线偏差对惯性导航的影响。在全面论述了扰动重力和重力垂线偏差对惯性导航的影响的基础上,结合实际情况提出了进行重力场误差补偿的两种方法。     

重力场对惯性导航定位误差影响研究与仿真

从惯性导航力学编排方程出发,将高阶重力场模型代替正常重力模型,分析了扰动重力引起的惯性导航误差;并从另一角度,对理想状态下扰动重力对惯性导航的影响进行了仿真分析,结果表明扰动重力影响显著.通过将重力垂线偏差分量引入惯性导航方程,改善传统方程的缺陷,探讨了垂线偏差对惯性导航的影响.在全面论述了扰动重力和重力垂线偏差对惯性导航的影响的基础上,结合实际情况提出了进行重力场误差补偿的两种方法.     

高精度惯性导航系统对重力场模型的要求

分析了采用现有重力场模型EGM96进行重力补偿和INS所能达到的定位精度,分析了实施GOCE任务和改进的重力场模型对INS的定位精度的影响,并给出了未来高精度纯惯导系统对重力场精度的要求。     

高精度和高分辨率的全球重力场模型EGM96

通过美国有关大地测量机构的大力协作,二十多位学者历时三年的辛勤劳动,完成了迄今最完备的全球重力场模型ＥＧＭ９６的推算工作,此模型完全到３６０阶,分辨率精细到５５ｋｍ所采用的重力场信息最丰富,不仅种类多,数量也巨大,３６０阶的球谐位系数需要估计的未知系数达（３６１）＾２个,如果不采取特殊措施,即使采用目前的高速超大型计算机,也不能胜任这样大的计算量,本文概述ＥＧＭ９６模型的计算方法,所采用的数据种类     

我国地球重力场模型研究的进展

本文简述了人们对地球重力场及其模型的认识，研究得力场模型的意义和作用，我国在这方面的研究历史和现状，这些既吸取了国外的经验又丰富了自己的内容，使之更适合于我国的实际。文中还初步介绍了与此相关的研究进展和成果。     

地球重力场模型及其应用

本文给出了地球重力场的定义及其内涵,重点论述了确定地球重力场模型的基本理论及其方法,其中包括:1、根据位理论求解拉伯拉斯方程的重力边值问题,导出扰动位的球谐函数级数展开式;2、以莫洛金斯基理论为依据形成的边值问题推求出位系数的表达式;3、依据最小二乘平差方法采用全球或局部地区格网的重力异常平均值推求出位系数值;4、简要叙述了用球冠谐展开式推求局部重力场的概念。本文最后给出了地球重力场模型的某些应用及其发展前景。     

大范围GNSS水准与重力场模型间的系统偏差校正

大范围GNSS水准数据是评估重力场模型精度的重要独立数据源,通常大范围GNSS水准数据与地球重力场模型所对应的大地水准面不一致,导致两者间会存在系统偏差,该系统偏差会影响直接利用GNSS水准数据评估重力场模型精度的效果。本文以利用美国24 152个GNSS水准数据评估EIGEN-6C4重力场模型精度为例,提出采用分区常系统偏差校正法和四、五、七参数校正法校正两者间的系统偏差。试验结果表明,分区常系统偏差校正法和四、五、七参数校正法均可以有效校正两者间的系统偏差,系统偏差校正后,2160阶次的EIGEN-6C4模型在美国区域内的高程异常精度优于10 cm。     

多类重力场模型的精度分析

分析国际公布的EGM2008、GECO和EIGEN-6C4等超高阶重力场模型及GOCO03S、GOCONSGCF2DIRR5和GOCONSGCF2TIMR5等低阶重力场模型的内符合精度。利用实测的GNSS/水准数据对各模型进行外符合精度的检核。分析6个模型在不同阶次组合的精度,进而选取可靠的截断阶次确定组合重力场模型。计算结果表明:EGM2008、GECO、EIGEN-6C4及DIRR5四个重力场模型的阶方差均保持在mm级,而GOCO03S在191阶之后的精度达到dm级,TIMR5模型在228阶之后的精度达到dm级;6个重力场模型中,EIGEN-6C4模型的累计阶方差最小;EGM2008、GECO模型的互差阶方差在高频部分呈现差异,而在超高阶部分两种模型的互差阶方差符合性好;与EGM2008模型相比,其组合重力场模型高程异常精度最优可达0.063 m,精度提升幅度为15%,与GECO模型相比,其组合重力场模型高程异常精度最优可达0.060 m,精度提升幅度为23%,与EIGEN-6C4模型相比,其对应的组合重力场模型高程异常精度最优可达0.064 m,精度提升幅度为18%,因此,组合重力场模型能提高重力场模型高程异常的精度。     

未来地球系统构建中的六边形网格重力场北大核心CSCD

为提升大地测量学科在服务人类社会活动方面的能力,应集成包括地球重力场在内的,实现模型与观测资料融合的地球系统,以最大限度地提高地球系统仿真和预测的效益,极大地推动地球系统科学的发展和增强领域服务能力。顾及地球六边形网格体系在地球系统中的广泛应用及其在实现地球重力场建模、数据处理、多源数据融合中的自身优势,本文总结了传统地理网格系统下地球重力场求解的局限性及球面六边形网格在重力场求解中的优势和潜力。六边形网格体系下的地球重力场研究,将会对地球重力场求解效率和精度的提升、多地球系统模型之间的统一发挥重要作用。     

月球重力场模型质量及可靠性的分析评定

月球重力场模型球谐函数展开式的核心是一组正常化位系数。介绍了当前几种主要月球重力场模型建立所采用的探测器跟踪数据的特点;分析了重力场信号随模型轨道高度、阶次变化的特性。同时以考拉(Kau la)准则为标准比较了各模型位系数的阶方差曲线与考拉曲线的吻合情况。从信噪比的角度出发,提出了对模型进行可靠性分析的方法。通过计算对比各模型的信噪比来反映其空间频谱信号和频谱误差的强度关系,从而对模型质量和可靠性做出分析评定。     

基于信噪比的InSAR干涉图自适应滤波

提出了一种基于信噪比的InSAR干涉图相位噪声抑制算法。该算法对Goldstein滤波方法进行了改进,使Goldstein滤波参数 依赖于局部信噪比,从而实现对低信噪比区域进行强滤波、高信噪比区域弱滤波。采用模拟数据和真实数据进行验证,结果表明新算法能有效抑制InSAR干涉图的噪声。     

重力扰动对惯性导航系统的位置误差影响分析

从重力学和牛顿力学的基本概念出发,给出了包含重力扰动影响的惯导误差力学编排方程,以单通道惯导系统为例,讨论了三种变化情况下,由垂线偏差引起的惯导位置误差及其误差传播特性,并以分辨率为1′×1′的某区域垂线偏差数据为背景场进行仿真。由仿真结果可以看出,在设定航线上,垂线偏差引起的惯导系统水平误差最大可达3 km。     

水下运载体重力辅助惯性导航系统仿真平台

重力辅助惯性导航系统(GAINS)是未来水下无源导航的重要形式之一。为了调试和验证这种新的水下导航系统,开发了水下运载体导航系统仿真平台。提出了仿真平台总体结构;描述了仿真平台中运动载体模块、惯导模块以及重力测量模块的数学模型和仿真算法;对重力匹配算法也作了相应介绍;最后对仿真平台进行了仿真联调。结果表明,该仿真平台的结构合理可靠,各子系统采用的数学模型和仿真算法正确可信。     

基于ICCP算法的重力辅助惯性导航

迭代最近等值线算法(ICCP)是一种重要的匹配导航算法,文中首先介绍ICCP算法的基本原理,随后在0.2′×0.2′重力异常数据库的基础上,利用ICCP算法进行仿真计算得到最佳匹配位置。最后为了验证匹配位置是否可用于修正惯导误差,提出将匹配位置误差作为观测量,用卡尔曼滤波对惯导系统误差进行最优估计。由最后的仿真结果可以看出,ICCP算法可有效抑制惯导纬度误差的增长,且最大纬度误差不超过2,′以匹配位置误差作为观测量可以用来估计惯导方位误差角。     

扰动重力水平分量对惯导系统的位置误差影响

研究了不同运动状态下扰动重力水平分量（HDG）对高精度惯导系统（inertial navigation system,INS）的位置误差影响。首先推导了HDG对INS误差影响的状态空间方程,进而推导出3种运动条件下INS位置误差与HDG之间的解析关系式,设计了基于惯导解算求解上述影响的方法。在匀速运动条件下,分别通过解析式与惯导解算两种方法计算了相同HDG引起的INS位置误差。解析式计算结果表明,±80 mGal（1 mGal=10-5 m/s2）范围内变化的HDG约可引起最大约3 000 m的INS位置误差;对两种方法计算结果的比较显示,所得INS位置误差的量级与变化情况基本一致,两组结果验证了各自方法的有效性。     

UKF在惯性/重力组合导航中的应用

将UKF(Unscented Kalman Filter)方法用于惯性/重力组合导航系统.UKF方法设计了少量的呈高斯分布的σ点,在每个更新过程中,σ点随着非线性状态方程和测量方程传播,从而获得滤波值及较高的计算精度,而且避免了对非线性方程的线性化过程.仿真结果表明:UKF方法比传统卡尔曼滤波及其改进的滤波模型都有更高的估计精度,并能有效的克服非线性严重时出现的滤波发散问题.     

UKF在惯性/重力组合导航中的应用

将UKF(Unscented Kalman Filter)方法用于惯性/重力组合导航系统。UKF方法设计了少量的呈高斯分布的σ点,在每个更新过程中,σ点随着非线性状态方程和测量方程传播,从而获得滤波值及较高的计算精度,而且避免了对非线性方程的线性化过程。仿真结果表明:UKF方法比传统卡尔曼滤波及其改进的滤波模型都有更高的估计精度,并能有效的克服非线性严重时出现的滤波发散问题。     

重力异常辅助惯性导航中匹配区提取方法

由于重力场中的重力异常数据是以格网的形式表示的,它与地形的DEM在数据结构上有一定的相似性.因此可借鉴一些数字地形分析的方法,提取重力场的特征区域(匹配区)用于辅助惯性导航.首先,对重力场进行特征提取,通过对特征的比较分析选取其中的某些因子作为重力场特征因子;然后,利用等值线方法对重力场特征数据进行区域分割,提取栅格特征数据区域的矢量边缘,并对这些矢量表示的区域进行聚类处理;最后,利用凸壳算法提取这些区域的凸壳范围线,获得重力异常变化比较显著的区域(匹配区).从而为重力匹配辅助导航提供了必要的参考数据.     

捷联惯性导航系统算法简化机制

随着低精度惯性导航系统的广泛使用,算法简化也成了研究热点。本文通过实验来验证简化导航算法对于不同惯导尤其是低精度惯导的可行性,这对实时性应用有很大影响。通过对以上内容的介绍,希望可以为进一步研究捷联算法、低精度惯导的实时应用提供一定的参考。     

基于卫星测高数据的重力匹配导航仿真

介绍了重力匹配导航的研究背景和工作流程,设计了基于中国沿海实际重力异常数据的仿真试验模型。采用多模型自适应卡尔曼滤波与绝对平方差两种不同的算法,在两条具有不同重力异常变化的航行线路上进行了仿真试验,验证了重力异常匹配的技术可行性。