航空重力测量系统中杆臂效应误差补偿技术

论文摘要

捷联惯导系统性能的提高带来了广阔的应用,基于差分GPS/捷联惯导的航空重力测量系统就是其中之一。航空重力测量是以飞机为载体确定区域和局部重力场的方法,由于其测量速度快、范围广、成本低,且几乎可到达任何地区,在获取中高分辨率的地球重力场信息方面有着无法替代的作用。航空重力测量仍有很多需要解决的问题,杆臂效应即是其中一个比较突出的问题。本文针对航空重力测量中的杆臂效应问题展开研究。从理论力学的基本原理出发,分析和阐明了杆臂效应误差产生的机理,结果表明杆臂效应误差主要由载体的角运动所引起。论文推导了因杆臂误差而产生的位置、速度和加速度误差表达式,分析了加速度计存在的内杆臂效应误差。通过仿真验证,说明了内杆臂效应在航空重力测量中不会产生较大的加速度误差。论文根据某次航空重力实验实测数据计算了外杆臂效应产生的位置、速度和加速度误差量,结果进一步表明,位置和加速度误差在航空重力测量中必须考虑,两者对重力异常测量的影响将达到1mGal左右。在处理杆臂的高频干扰的问题上研究了用于数据处理的FIR数字低通滤波器,结果表明基于切比雪夫逼近法的FIR低通滤波器可以满足航空重力测量数据处理的要求。杆臂效应问题一个很重要的问题就是杆臂距离的获取。一般情况下,内杆臂距离通过转台标定或根据设计结构参数获得。对于外杆臂距离,由于GPS天线和SINS之间距离比较大,如何通过估计的方法得出一个比较准确的估计值则比较重要。文中针对此问题进行了分析和研究,并根据实测数据,验证了估计杆臂距离的可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势
• 1.2.1 航空重力测量国内外发展及趋势
• 1.2.2 杆臂效应研究现状
• 1.3 论文的主要内容和结构安排
• 第二章 航空重力测量基本理论
• 2.1 引言
• 2.2 坐标系定义及转换
• 2.2.1 常用坐标系定义
• 2.2.2 坐标系间的转换
• 2.3 航空重力测量基本原理及模型
• 2.3.1 航空重力测量基本原理
• 2.3.2 数学模型
• 2.3.3 误差模型
• 第三章 航空重力测量中的杆臂效应误差模型
• 3.1 引言
• 3.2 基本数学模型
• 3.3 航空重力测量系统中的外杆臂效应误差模型
• 3.4 航空重力测量系统中的内杆臂效应误差模型
• 3.5 内杆臂误差仿真计算与分析
• 3.5.1 内杆臂误差补偿仿真计算
• 3.5.2 航空重力测量中内杆臂误差仿真计算
• 3.6 小结
• 第四章 外杆臂效应误差补偿方法研究
• 4.1 引言
• 4.2 航空重力测量FIR 低通滤波器
• 4.2.1 航空重力测量分辨率
• 4.2.2 用于数据处理的FIR 数字低通滤波器
• 4.3 航空重力测量中外杆臂效应误差分析
• 4.3.1 空间位置误差
• 4.3.2 速度误差
• 4.3.3 加速度误差
• 4.4 外杆臂距离测量精度要求
• 4.5 考虑杆臂效应误差的组合导航算法
• 4.5.1 卡尔曼滤波基本方程
• 4.5.2 系统状态方程
• 4.5.3 系统观测方程
• 4.5.4 杆臂可观性分析
• 4.5.5 杆臂估计方法
• 4.5.6 数据处理与分析
• 4.6 小结
• 第五章 结论及展望
• 5.1 工作总结
• 5.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果