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《解放军信息工程大学》 2004年
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航空重力测量理论、方法及应用研究

孙中苗  
【摘要】:本文以我国首套航空重力测量系统(CHAGS)的研制为背景,基于CHAGS在汉中、大同和哈尔滨的三次实测数据,重点研究了观测数据滤波、航空重力仪观测数据处理、垂直加速度精密确定及空中重力扰动矢量估算等四方面的理论和方法;侧重探讨了航空重力测量数据在确定局部大地水准面中的应用。本文的主要工作和创新点概括如下。 1.基于牛顿第二运动定律,建立了平台式、捷联式矢量重力测量以及捷联式、旋转不变式和平台式标量重力测量的数学模型。 2.针对重力仪与GPS观测数据的空间同步,建立了位置、速度和加速度的偏心改正公式;实测数据分析表明,实用中仅需顾及空间改正和垂直加速度的偏心改正。 3.提出了参照不同滤波尺度下的内部精度,依据航空重力测量的频谱窗口,在兼顾分辨率的同时确定滤波器截止频率的新观点,有效地解决了滤波器设计的关键问题。 4.摒弃了传统使用的6×20sRC滤波器和300s高斯滤波器,设计了适用于不同作业环境的FIR滤波器和级联式巴特沃思滤波器。针对FIR滤波器阶数过高之不足,提出了航空重力测量数据的FIR级联滤波法,即两步滤波法。 5.研究了稳定平台倾斜角和水平加速度改正的频谱特性,确定了水平加速度改正的预滤波尺度,有效地减弱了水平加速度改正不完善引起的系统性误差。 6.研究了K因子与滤波尺度的相关性,提出了K因子的四种标定方法。结果表明,利用重新标定的K因子计算的空中重力异常,精度提高了约0.2~0.4mGal。 7.提出了交叉耦合系数的外部、内部标定法以及与K因子的联合标定方法,采用新系数显著地降低了系统误差的影响,对于大同航空重力测量,系统误差从约4mGal减小至约1mGal。内部标定法仅需在测区内构成一定数目的交叉点,无需其它外部信息,且其标定结果与外部标定结果非常一致,因此,这种方法有着更广的应用面和实际应用价值。 8.从频域上研究分析了GPS大气误差、星历误差、多路径效应、测量误差和卫星几何结构变化对垂直加速度精密确定的影响,结果表明:多路径效应、测量噪声和卫星几何结构变化对垂直加速度的确定具有较大影响。 9.从理论和实测数据两方面,对利用GPS测定加速度的三种常用方法即位置差分法、多普勒频移法和相位时序差分法进行了比较和分析,对于200s的滤波尺度,静态测量精度分别为0.7、7.5和0.3mGal,动态测量的精度分别为1.6、4.8和0.5mGal。 10.设计了航空重力测量数据处理流程,优化处理了汉中、大同和哈尔滨三次试验的观 信息工程大学博士学位论文 测数据。精度估算表明,波长分辨率约为10km时,交叉点不符值的标准差分别为smGal、 5.smGal和2.OmGal,空中5‘xs’格网平均重力异常的精度对于大同地区和哈尔滨地区分别 为3 .6mGal和1 .7mGal。 H.建立了当地水平坐标系和惯性坐标系下的INs/GPS误差状态方程,分别构建了利 用GPS位置作为状态更新的重力扰动矢量水平分量的传统卡尔曼滤波估算模型和利用 GPS加速度作为状态更新的重力扰动全矢量的新型卡尔曼滤波估算模型;首次利用航空标 量重力测量数据计算了空中和地面格网的垂线偏差,其与地面重力测量数据计算结果之差 的标准偏差,对于子午分量和卯酉分量分别为0.5”和0.4,。 12.首次研究了空中数据向下延拓方法和滤波尺度对大地水准面精密确定的影响,结果 表明:利用直接代表法、点质量法和正则化算法均可获得约3cm的精度,直接代表法由于 不受测区形状及范围大小限制且无边界效应成为最合适的向下延拓方法;就滤波尺度而 言,1005一2505的滤波尺度均适用于大地水准面的确定,顾及滤波器边界效应的影响,宜 采用小一些的滤波尺度如1005。与地面重力测量数据计算的参考大地水准面相比,利用航 空重力测量数据确定的大地水准面的精度可以达到3cm。 关键词:航空重力测量;FIR低通滤波器;巴特沃思滤波器;摆杆尺度因子;垂直加速度; 水平加速度改正;交叉祸合改正;重力扰动矢量;大地水准面;GPS 第ii页
【学位授予单位】:解放军信息工程大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:P223.4

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 贾国宪;董朝阳;郑战辉;;周秒在航空重力测量数据处理中的运用[J];北京测绘;2011年02期
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4 孙中苗;夏哲仁;王兴涛;李迎春;肖云;;平原地区航空重力测量的精度分析[J];测绘通报;2006年10期
5 孙中苗;李迎春;张松堂;王应建;;LaCoste&Romberg航空重力仪的格值标定[J];大地测量与地球动力学;2008年02期
6 孙中苗;夏哲仁;李迎春;翟振和;;中等山区航空重力测量的精度分析[J];大地测量与地球动力学;2009年02期
7 袁桂琴;熊盛青;孟庆敏;周锡华;林品荣;王书民;高文利;徐明才;史大年;李秋生;;地球物理勘查技术与应用研究[J];地质学报;2011年11期
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9 孙中苗;夏哲仁;李迎春;;LaCoste & Romberg航空重力仪的交叉耦合改正[J];武汉大学学报(信息科学版);2006年10期
10 孙中苗;夏哲仁;王兴涛;;利用航空重力确定局部大地水准面的精度分析[J];武汉大学学报(信息科学版);2007年08期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 孙中苗;;我国航空重力测量最新进展[A];中国地球物理学会第22届年会论文集[C];2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
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【参考文献】
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6 陈俊勇,魏子卿,胡建国,杨元喜,李建成,朱耀仲,许才军,孙和平,罗志才,吴斌,文汉江,查明;即将迈入新千年的大地测量学——第22届IUGG大会有关大地测量部分的技术总结(下)[J];测绘学报;2000年02期
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10 王兴涛,石磐,朱非洲;航空重力测量数据向下延拓的正则化算法及其谱分解[J];测绘学报;2004年01期
【共引文献】
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4 王维佳;赵兴炳;周嵬;;地基GPS遥测四川盆地可降水量特征[J];安徽农业科学;2011年18期
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6 陶杨;侯志强;贾忠湖;;舰载机进舰过程舰尾流仿真建模[J];兵工自动化;2010年10期
7 王怀晓;刘建永;付成群;郭杰;;基于MMS的战场道路桥梁数据采集与处理[J];兵工自动化;2011年04期
8 付宗堂;《GPS测量原理与应用》课程教学探讨[J];北京测绘;2000年04期
9 王岩,岳建平,马保卫,陈铁鑫;三种高程传递方法的精度分析[J];北京测绘;2005年01期
10 孙华;李艳芳;岳昊;;GPS精密高程测量在武咸GPS控制网复测中的运用[J];北京测绘;2009年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 陈飞宇;;无人驾驶飞机在四川国土资源管理中的应用[A];2011四川省水文、工程、环境地质学术交流会论文集[C];2011年
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3 张子昂;韩兴伟;;SLR共视法精确测定导航卫星转发器时延[A];第二届中国卫星导航学术年会电子文集[C];2011年
4 宋美娟;;机载GPS动态对动态相对定位精度评估与分析[A];第二届中国卫星导航学术年会电子文集[C];2011年
5 胡彩波;赵金贤;李莘;;提高导航电文注入及更新频度对系统服务性能影响分析[A];第三届中国卫星导航学术年会电子文集——S02卫星导航信号体制及兼容与互操作[C];2012年
6 高成发;陈伟荣;;基于星间差分的GPS精密单点定位技术研究[A];第三届中国卫星导航学术年会电子文集——S03精密定轨与精密定位[C];2012年
7 张政治;王龙;孙华丽;;GPS卫星轨道标准化中几种插值方法的比较研究[A];第三届中国卫星导航学术年会电子文集——S03精密定轨与精密定位[C];2012年
8 徐欢;;GPS精密单点定位技术分析与研究[A];第三届中国卫星导航学术年会电子文集——S03精密定轨与精密定位[C];2012年
9 广伟;袁海波;董绍武;;精密单点定位在NTSC时间传递中的应用[A];第三届中国卫星导航学术年会电子文集——S04原子钟技术与时频系统[C];2012年
10 杜晓辉;施浒立;裴军;胡正群;;广义延拓插值法在CAPS虚拟卫星定位中的应用[A];第三届中国卫星导航学术年会电子文集——S05卫星导航增强与完好性监测[C];2012年
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1 黄鹏;市级大地水准面精化的研究与应用[D];山东科技大学;2010年
2 高峻;地壳高程方向周年运动特征的监测与研究[D];山东科技大学;2010年
3 单瑞;基于GPS单点测速的海浪及潮位测量应用研究[D];山东科技大学;2010年
4 薛军琛;中国地区电离层延迟函数模型建立与精度估计[D];山东科技大学;2010年
5 杨书大;基于垂线偏差的区域大地水准面精化研究[D];山东科技大学;2010年
6 崔静怡;基于车载导航系统的大区域路径规划算法的设计与实现[D];山东科技大学;2010年
7 李本玉;GPS/GLONASS精密单点定位技术模型与算法的研究[D];山东农业大学;2010年
8 吴鑫;舰载机自动着舰控制系统设计与研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 闫鑫;基于抗差估计的GPS/MIMU组合导航滤波算法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 徐彦田;网络RTK参考站间大气改正数实时生成[D];辽宁工程技术大学;2009年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 冯浩,晏磊,张飞舟,刘光军,邓中亮;基于辅助惯性导航的数据地图特征分析[J];北京邮电大学学报;2004年04期
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10 晁定波;;论高精度卫星重力场模型和厘米级区域大地水准面的确定及水文学时变重力效应[J];测绘科学;2006年06期
中国硕士学位论文全文数据库 前8条
1 李海;航空重力测量测线网平差的理论与方法[D];中国人民解放军信息工程大学;2002年
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【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 田颜锋;刘晓刚;孙文;朱军;;航空重力测量中的厄特弗斯改正[J];测绘工程;2011年03期
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9 韩露;贾正元;;卫星应用技术在地学研究中的发展现状[J];地球物理学进展;2008年03期
10 李文勇;周坚鑫;郭志宏;周锡华;安战锋;;航空重力构造分层方法[J];地球物理学进展;2010年05期
中国重要会议论文全文数据库 前6条
1 黄谟涛;欧阳永忠;陆秀平;翟国君;;L&R海空重力仪测量误差补偿技术研究[A];第二十一届海洋测绘综合性学术研讨会论文集[C];2009年
2 黄谟涛;欧阳永忠;陆秀平;翟国君;;L&R海空重力仪测量误差补偿技术研究[A];中国测绘学会第九次全国会员代表大会暨学会成立50周年纪念大会论文集[C];2009年
3 陈岩;赵兴才;;GPS技术在航空重力测量中的应用[A];吉林省测绘学会2008年学术年会论文集(上)[C];2008年
4 李干;李宗春;杨晓晖;耿彦龙;;基于抗差估计和加权最小二乘的天线曲面拟合算法[A];全国工程测量2012技术研讨交流会论文集[C];2012年
5 李虹;张慧君;王雪;;我国地勘单位装备发展现状[A];第九届全国采矿学术会议暨矿山技术设备展示会论文集[C];2012年
6 王伟;李姗姗;;重力异常卡尔曼滤波匹配算法的改进[A];第四届中国卫星导航学术年会论文集-S9 组合导航与导航新方法[C];2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 田颜锋;航空重力测量数据滤波处理算法研究[D];解放军信息工程大学;2010年
2 许幼成;海洋重力仪精确测量研究及测控平台开发[D];浙江大学;2011年
3 涂文凯;冷原子用的稳频激光及系统设计[D];浙江大学;2011年
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10 王丽红;航空矢量重力测量中载体矢量加速度的确定方法[D];解放军信息工程大学;2008年
【二级参考文献】
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【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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10 Juhani Kakkuri;董鸿闻;;波罗的海地区高程基准的统一[J];测绘科技通讯;1995年03期
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1 孙中苗;夏哲仁;肖云;;GPS确定垂直加速度的方法比较与分析[A];中国地球物理.2003——中国地球物理学会第十九届年会论文集[C];2003年
2 傅容珊;刘丽军;张涛平;黄建华;;观测大地水准面对南非CMB地震速度异常体的限制[A];中国地球物理.2003——中国地球物理学会第十九届年会论文集[C];2003年
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中国重要报纸全文数据库 前10条
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5 记者 游雪晴 罗晖;珠峰高程与高度不是一码事[N];科技日报;2005年
6 中国科学院院士 许厚泽;参与我国重力研究工作的回顾[N];中国测绘报;2006年
7 邹声文、张景勇;珠峰“矮”了3.7米,因摘了帽子?[N];新华每日电讯;2005年
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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