卫星重力梯度测量在海洋科学中的应用分析

简述了卫星重力梯度测量技术的基本原理和GOCE数据特点;基于三个不同的重力场模型,采用不同阶次,联合卫星测高平均海面高模型分别推算出全球海面地形,并对结果作了比较分析;探讨了卫星重力梯度测量技术在海洋科学各相关领域的具体应用前景,指出卫星重力梯度测量技术的发展将为海洋科学发展带来巨大的变化。     

惯性技术视角下动态重力测量技术评述(三):惯性导航与重力测量的融合

动态重力仪和惯性导航系统的核心元件都是惯性元件,即陀螺仪和加速度计(重力传感器可以认为是一种特殊的加速度计),因此重力测量与惯性导航具有紧密的联系。从比力测量、物理与数学平台、惯性手段辅助重力测量,以及重力辅助惯性导航等方面分析了重力仪与惯性导航系统的紧密联系。并对惯性导航与重力测量的融合应用进行了分析。     

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。     

矢量重力测量系统的仿真

基于矢量重力测量数学模型，仿真了一段5000S的飞行过程，模拟了其SINS／GPS数据。详细描述了捷联惯性导航系统(SINS)中加速度计和陀螺数据仿真的方法，并给出了求解扰动重力的算法。仿真结果显示卡尔曼滤波器能有效地抑制误差积累。仿真的SINS／GPS数据可用于航空矢量重力测量的算法研究。     

基于IMU旋转的船用激光导航系统分析与设计

利用惯性测量单元(IMU)旋转技术可以有效调制惯性元件的零位偏置,提高惯性导航系统的长时间导航精度.针对船用惯性导航系统的应用需求,设计了IMU单轴旋转的船用激光陀螺捷联式惯性导航系统.分析了IMU单轴旋转的工作机理,并通过仿真进行了验证.对导航系统的总体方案、原理方案和旋转方案的原理和实现进行了论述,初步的性能试验验证了设计方案的有效性.     

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...     

扰动重力补偿惯性导航系统误差分析

重力扰动是高精度惯导系统的主要误差。 讨论了减小扰动重力场对惯性导航系统影响的方法,以分辨率为 1''×1''的某区域垂线偏差数据为背景场,对采用实时补偿扰动重力数据的情况进行仿真。 建立梯度仪补偿惯导系统的扰动重力模型,与无重力梯度仪辅助惯导的误差进行数值比较,讨论同一重力异常背景场扰动重力对惯导系统影响,最后建立基于重力梯度仪的 Kalman 滤波方程,结合惯导系统对引入梯度仪补偿扰动重力的情况进行估计,结果表明可以很好的抑制扰动重力引起的速度误差。     

重力梯度仪在水下安全航行中的应用

介绍了重力梯度仪的测量原理,提出在潜航器上配备重力梯度仪,利用其对距离变化敏感的特性,通过连续的观测,可以探测出载体有效机动范围内存在的障碍物,并实现避碰,从而保证潜航器在水下的安全航行。     

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。     

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。     

惯性技术视角下动态重力测量技术评述(一):比力测量与载体动态的影响

重力测量系统中测量的重力,即重力加速度,是一种特殊的加速度,因而重力传感器是一种特殊的加速度计。在动态场合,现代重力仪一般采用基于陀螺仪构建的各种平台为重力传感器提供姿态基准。因此采用加速度计和陀螺仪这些惯性元件的动态重力测量系统可以看做是惯性技术的一种具体应用。从惯性技术的角度对动态重力测量的理论和现状进行了分析。首先介绍了在地球表面附近进行重力测量时涉及的参考坐标系。然后详细推导了动态重力测量的基本理论,即比力测量理论,指出比力方程是动态重力测量和惯性导航的共同基础。最后对不同载体对动态重力测量系统的影响与要求进行了分析。     

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。     

旋转地球上不可压缩流体惯性重力波的频率方程

用微扰动方法对旋转地球上不可压缩流体的控制方程组进行线性化,得到了扰动解和流体界面上惯性重力波的频率方程。表面惯性重力波和惯性重力内波的相速公式都是这个更普遍的频率方程的特殊情况。     

重力辅助惯性导航的匹配算法初探

对重力辅助惯性导航技术的基本原理进行了分析,将采样卡尔曼滤波算法用于重力图形匹配。滤波通过设计少量的Σ点,并计算这些Σ点的经由非线性函数的传播,从而获得滤波值基于非线性状态方程的更新,较广义卡尔曼滤波具有计算精度高、便于计算的特点。     

Inertial and hydrodynamic inertial loads on floating units

The analysis of the dynamic behavior of floating units usually employs a coordinate system with origin in the unit's center of gravity, which significantly simplifies the global mass matrix. Hydrodynamic coefficients are then computed considering the same coordinate system. However, to analyze other conditions of mass distribution and maintain the simplicity of a global mass matrix, it is necessary to determine again the hydrodynamic coefficients, thereby reducing the efficiency of the entire process. Another important point is that the geometries frequently used in floating units are such that the cross-terms of an added mass are relatively unimportant when compared with the main terms, and it is, therefore, common to use only some of them to analyze the unit's dynamic behavior. Recently, however, in the search for production systems suitable for water depths greater than 3000 m, other geometries have been considered in technical and economic feasibility studies. It is possible that for these new geometries all terms of the added mass matrix must be included in the analysis. This paper presents the full development used to determine the complete global mass matrix, the inertial and hydrodynamic inertial loads that make use of the added mass matrices considering any coordinate system and the six degrees of freedom, including all cross-terms.     

On the Dynamics of Inertial Particles in an Intensive Atmospheric Vortex

Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics - The movement of inertial particles in intense vortices with a vertical axis in a gravity field is analyzed analytically. In this problem, the nonlinear...     

Inertial Oscillations and the Galilean Transformation

This paper presents a general solution of shallow-water equations on the f-plane. The solution describes the generation of inertial oscillations by wind-pulse forcing over the background of currents arbitrarily changing in time and space in a homogeneous fluid. It is shown that the existence of such a complete solution of shallow-water equations on the f-plane is related to their invariance with respect to the generalized Galilean transformations. Examples of velocity hodographs of inertial oscillations developing over the background of a narrow jet are presented which explain the diversity in their forms.