原子干涉测量技术在大地测量领域中的应用分析

随着冷原子光学的发展尤其是原子干涉技术的发展，在测量重力场和定位定向等方面产生了新的方法手段，这将对大地测量领域产生很大的影响。本文首先论述了原子干涉技术的基本原理，进而阐述了原子重力梯度仪和原子干涉陀螺仪的设计结构，在此基础上分析了它在卫星重力梯度测量和惯性导航中的应用，指出利用原子干涉技术可以大大提高在上述方面的精度和可靠性。最后论述了现有原子干涉测量技术的不足和未来发展方向。     

新型重力测量技术及其在导航和重力测量中的应用

本文主要介绍了利用国际上新近发展起来的原子干涉测量技术。利用这项技术可以实现现有加速度计、陀螺仪、重力测量仪和重力梯度仪的革命性变化,大幅提高这些仪器的稳定性和精度。理论分析表明至少可以在现有重力仪基础上使灵敏度提高1000倍。论文最后还讨论了这些技术在导航和工程探测中的应用前景。     

卫星双向载波相位时间频率传递及其误差分析

深入解析了基于码伪距测量的卫星双向时间频率传递(TWSTFT)原理,对其误差进行了分析,其精度主要受码速率的限制,难于满足更高精度要求;文章提出了基于载波相位的卫星双向时间频率传递方法,载波频率高,波长短,从理论上分析了以其作为TWSTFT伪距测量的参数可大幅度提高时间传递的精度;并对TWSTFT载波相位测量存在的误差源进行了初步分析,得出影响最大的因素是转发器误差、电离层误差、多径效应误差及星站相对运动引起的误差,参考GPS载波相位测量中误差消除的方法,对误差的消除方法提出建议。     

基于原子干涉测量技术的卫星重力梯度测量

原子干涉测量技术的发展促进了重力梯度仪技术的发展,使得在测量地球重力场方面有了新的方法,从而能够获得更高分辨率和精度的重力场信息。介绍原子干涉测量技术的基本原理和发展现状,对利用原子干涉重力梯度仪进行卫星重力测量的优势和可行性进行分析。     

原子干涉技术及其在水下导航中的应用

原子干涉测量技术可以获得极高的惯性测量精度。本文简要介绍了原子干涉仪的工作原理,在此基础上介绍了其在重力匹配辅助导航技术的原理与应用,同时设计了一种重力梯度匹配导航的结构与算法原理,指出原子干涉惯性导航技术具有高精度、高效率、无需外部信息校正的无源导航等优点,可最终解决水下潜器长时间的自主导航需求。     

光纤陀螺仪关键参数快速标定方法

提出了一种快速标定光纤陀螺仪关键参数的方法,利用激光连续动态弯沉测量车自身的硬件平台,建立以光纤陀螺仪标度因素、零偏与输出延时为参数的数学模型,采用改进的最小二乘法进行求解,完成上述关键参数的快速标定。该方法标定过程简单快速,标定结果精度高,已成功应用在武汉大学研制的我国首台激光连续动态弯沉测量车中。     

机载GPS测量技术的发展现状与趋势

厘米级ＧＰＳ动态定位的实现，加速了机载ＧＰＳ测量技术的发展和应用，使传统的测量领域正在发生着革命性的变革，本文首先评述了实现厘米级ＧＰＳ机载测量的关键－运动中载波相位模糊度解（简称ＡＲＯＦ动态技术）的最新进展，综合介绍了ＧＰＳ在航空摄影测量，航空重力测量，机载激光地形断面测量，机械激光大地水准测量，机载激光水深测量，机载合成孔径雷达测图等方面应用的实验与结果，评述了多传感器组合配置的机载平台与综合     

船载绝对重力仪测量系统的误差修正模型及不确定度分析

目前的激光干涉绝对重力仪均在静态环境下工作,而动态环境下的绝对重力测量是技术发展的热点之一。船载绝对重力测量能够很好地克服海洋相对重力测量仪器的零漂、标定、误差累积等问题,提高作业效率和可靠性。基于激光干涉绝对重力仪工作原理设计了一个船载绝对重力仪测量系统,该系统由绝对重力测量系统、陀螺仪稳定平台、力平衡式加速度计和GPS（global positioning system）组成。通过对影响船载绝对重力测量系统的垂直波动、纵摇横摇、水平波动以及厄特弗斯效应等4类干扰源进行分析,给出了该系统正常工作的动态限制条件、误差修正方法和修正精度,验证了在现有技术条件下,船载绝对重力仪测量系统的测量精度可以优于±1.1 mGal,为进一步的船载绝对重力测量实验提供理论支撑。     

星载原子干涉技术用于地球重力场测量及其精度评估

重力梯度卫星GOCE通过搭载静电式重力梯度仪,将全球静态重力场恢复至200阶以上。目前GOCE卫星已结束寿命,亟须发展下一代更高分辨率的卫星重力梯度测量来完善200~360阶的全球静态重力场模型。原子干涉型的重力梯度测量在空间微重力环境下可获得较长的干涉时间,因此具有很高的星载测量精度,是下一代卫星重力梯度测量的候选技术之一。本文针对未来更高分辨率全球重力场测量的科学需求,提出了一种适用于空间微重力环境下的原子干涉重力梯度测量方案,其梯度测量噪声可低至0.85mE/Hz1/2。文中对不同类型的卫星重力梯度测量方案进行了重力场反演精度的对比评估,仿真结果表明,相比于现有静电式卫星重力梯度测量,原子干涉型的卫星重力梯度测量有望将重力场的恢复阶数提升至252~290阶,对应的累积大地水准面误差7~8cm,累积重力异常误差3×10-5 m/s2。     

全自动陀螺仪在中长地铁隧道贯通中的应用与精度分析

针对传统联系测量与导线测量在中长地铁隧道贯通中的不足,将全自动陀螺仪定向方法应用于中长距离地铁隧道贯通。文中简要介绍了全自动陀螺仪定向原理,并详细推导了陀螺定向边参与导线网平差过程,最后以武汉市7号地铁线某一贯通段为例,验证了陀螺仪定向精度与精密导线测量结果处于同一水平,证明了全自动陀螺仪在中长距离地铁隧道贯通中应用的可行性与有效性,对类似贯通工程有一定的借鉴意义。     

基于Allan方差和SVR的MEMS陀螺仪随机误差分析与预测

为了使低成本MEMS陀螺仪数据的精度更高,本文提出了一种混合核函数支持向量回归（SVR）的MEMS陀螺仪随机误差预测模型,并通过粒子群优化（PSO）算法对模型参数和核函数参数进行优化;同时通过Allan方差法对SVR预测前后的MEMS陀螺仪随机误差数据进行分析。试验结果表明：混合核函数SVR对MEMS陀螺仪随机误差的预测准确度可达99.99%;当MEMS陀螺仪所处状态不同,但噪声特性相同时,可采用统一的SVR预测模型预测随机误差,研究结果为进一步用于MEMS陀螺仪的实时误差补偿中提供依据。     

GYROMAT3000陀螺仪工作原理及其检测方法

GYROMAT3000陀螺仪为德国DMT公司生产,是目前自动化程度和精度最高的电子陀螺仪,它可以给出与地球磁场无关的十分精确的测量结果。文中主要讲述GYROMAT3000陀螺仪的技术指标、工作原理、应用以及检测方法。     

基于手机传感器和互补滤波的行人航向解算

目前行人航迹推算逐渐成为室内定位研究与应用的热点。针对利用陀螺仪推算行人航向时存在较大累积误差的问题,本文提出了一种基于智能手机传感器的行人航向解算算法。该算法根据陀螺仪输出的角速度数据与手机传感器参数计算合适的阈值,实时调节PI调节器的误差补偿系数,对预处理后加速度计和磁力计数据解算的航向角进行补偿,并与陀螺仪数据互补滤波融合,得到融合后的航向角。试验基于低成本智能手机,分别在磁场强弱环境下采集手机传感器数据,对比分析本文算法与传统互补滤波算法及九轴数据融合算法在推算行人航向时的精度。试验结果表明,在室内磁干扰较强的环境下,本文算法与传统互补滤波算法、九轴数据融合算法相比定位精度分别提升了68.4%和65.9%,平均航向误差分别减小了3.4°和1.8°,验证了本文算法有较好的抗磁干扰性能,提高了行人航向角解算的可靠性。     

一种新的车载低成本MEMS陀螺仪快速初始对准算法

车载导航系统常用惯性测量元件（IMU）与全球卫星导航系统（GNSS）技术组合以提高系统的稳定性。由于车载导航系统的应用场景限制,对初始对准速度有着较高要求。为了提高传统车载组合导航系统中低成本微机电系统（MEMS）陀螺仪的初始对准速度,降低初始对准过程中的计算量,本文提出了一种适用于任意失准角下的基于网络RTK辅助与无损Kalman滤波（UKF）的MEMS陀螺仪初始对准算法。同时针对车载系统的特点,简化了IMU系统误差方程,分析了简化带来的误差。在诺瓦泰ProPak6和诺瓦泰IMU-IGM-S1组成的导航系统中验证了本文提出的算法。试验结果表明,在以诺瓦泰双天线GNSS输出航向角为"真值"的情况下,本文提出的算法基本可以在5 s内完成陀螺仪的初始对准,对准精度达0.3°。     

陀螺全站仪在矿井联系测量中的应用

本文介绍陀螺全站仪在煤矿竖井联系测量中的应用.简述投点、井上下连接测量、陀螺全站仪定向和导入标高的方法,分析陀螺定向的精度,讨论定向方法的优缺点.实践表明:利用陀螺全站仪进行竖井联系测量,克服了几何定向精度低、占用井筒时间长等缺点,提高了井下测量数据精度,为煤矿安全生产工作提供了保证.     

多波束测深表层声速误差的动态影响及改正方法

表层声速不准确会对多波束测深波束的归位产生影响,对于平面换能器阵,使波束角产生偏差,从而影响波束最终位置,但Snell常数保持不变;对于曲面换能器阵,虽然波束未束控不产生波束角偏差,但Snell常数发生改变,会使波束在传播过程中出现折射误差,对深水环境测量不利。对于表层声速误差带来的水深误差,外部波束比内部波束受到的影响更严重。当表层声速无法实时准确获取时,根据内外部波束对水深的影响大小识别表层声速误差的存在,通过逐步调整表层声速值,计算波束指向角差值,再重新进行声线跟踪,计算改正后的波束位置,消除其带来的水深的影响,完成表层声速误差的改正。文中用实测数据进行了验证,对多波束测深数据质量的改善有一定的参考意义。     

浅水多波束勘测数据精细处理方法

系统分析多波束勘测水深的误差表现,针对性地提出相应的改正措施,首先去掉勘测质量差的重复覆盖条带,改正横摇校准残差,然后根据提出的浅水常梯度声速模型,搜索确定模型参数,以此模型参数及波束到达角和旅行时对每个波束重新进行归位计算,接着自动删除多余边缘波束,最后网格化水深数据并以对应的波束号确定中央和边缘波束位置,对格网中边缘波束进行强制微调,得到光滑的格网水深数据。从实测数据结果来看,本文算法物理意义明确、切实可行、后处理速度较快,改正结果较理想。