联合捷联式惯性导航与全球导航卫星数据的航空矢量重力测量方法

王 峥

武汉大学测绘学院，湖北 武汉 430079



联合捷联式惯性导航与全球导航卫星数据的航空矢量重力测量方法

王 峥

武汉大学测绘学院，湖北 武汉 430079

航空重力测量技术是以飞机为载体，快速测定近地空中重力加速度的重力测量方法。经过数十年的沉淀与发展，航空重力测量技术已成为高效测定中高频地球重力场信息的主要手段。航空矢量重力测量技术相较于航空标量重力测量技术，不仅能获取重力扰动矢量的垂直分量，而且也能获取重力扰动矢量的水平分量(即垂线偏差)。因此，航空矢量重力测量技术是目前大地测量领域的研究热点之一。目前国内还没有独立的航空矢量重力测量系统，数据处理方面也尚处于起步阶段。因此，本文在充分吸收国内外研究成果基础上，深入研究了联合捷联式惯导系统与全球导航卫星系统的航空矢量重力测量原理与数据处理方法，并编写了一套完整的航空矢量重力测量数据处理软件。本文的主要研究工作及贡献如下：

(1) 对SINS随机误差进行了系统分析和数据处理。针对传统ARMA模型只能对平稳随机漂移误差建模，且模型无法满足实时滤波需求的问题，引入适用于非平稳序列的ARIMA模型，并提出采用实时平均算法消除原始采样序列中常值分量的思路，实现了SINS随机漂移误差的实时Kalman滤波补偿。

(2) 针对传统可观测性矩阵判别方法只能判断系统是否可观而无法给出具体可观测状态及可观测度的问题，提出了一种改进的可观测性矩阵判别方法，该方法在传统判定观测性矩阵是否可观的基础上，利用可观测矩阵的奇异值分解法来判断系统具体哪些状态可观及可观测程度，通过初始对准系统可观测性分析结果和SINS/GNSS航空矢量重力测量系统可观测性分析结果验证了该方法的可行性及有效性。

(3) 从理论和实测数据两方面对GNSS确定载体运动加速度的位置差分法和载波相位直接法进行了比较分析。在静态条件下经过120 s低通滤波，位置差分法和载波相位直接法获取的载体运动加速度精度均在1 mGal(1 Gal=1 cm/s2)以内，载波相位直接法略优。在动态条件下，由于载体运动加速度未知，比较了两种算法的内符合精度。经120 s低通滤波后，水平加速度误差在1 mGal以内，垂直加速度误差在2 mGal以内。

(4) 深入研究了SINS误差、GNSS定位测速误差及采样率对重力扰动矢量解算精度的影响。研究结果表明：惯性器件误差是限制重力扰动矢量低频部分解算精度的关键因素；GNSS定位测速精度是限制重力扰动矢量高频部分解算精度的关键因素；在GNSS同等的测速定位精度下，10 Hz采样率解算得到的重力扰动矢量精度相较采样率为1 Hz解算得到的重力扰动精度有很大的提高。说明，GNSS数据采样率的提高是获取高精度重力扰动矢量的一个新的途径。

Author： WANG Zheng(1986—), female, received her doctoral degree from Wuhan University on June 2016, majors in satellite geodesy, airborne gravimetry.

E-mail： zhengwang@whu.edu.cn

Research on the Airborne Vector Gravimetry Based on Data from SINS and GNSS

WANG Zheng

School of Geodesy and Geomatics, Wuhan University, Wuhan 430079, China

王峥.联合捷联式惯性导航与全球导航卫星数据的航空矢量重力测量方法[J].测绘学报，2016,45(11)：1384.

10.11947/j.AGCS.2016.20160321.

WANG Zheng.Research on the Airborne Vector Gravimetry Based on Data from SINS and GNSS[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica,2016,45(11):1384. DOI:10.11947/j.AGCS.2016.20160321.

P228

D

1001-1595(2016)11-1384-01

国家自然科学基金(41210006)；公益性行业科研专项(201512002)

2016-06-24

王峥(1986—)，女，博士，2016年6月毕业于武汉大学，获工学博士学位(指导教师：李建成教授)，研究方向为卫星大地测量、航空重力测量。