论文部分内容阅读
动态矢量重力测量对于大地测量学与地球物理学的研究具有重要的意义。随着动态矢量重力测量系统软硬件复杂性日益增加,动态矢量重力测量系统更新难度越来越大,更新成本也越来越高。而动态矢量重力测量的仿真研究不受现有硬件系统限制,能够更加方便快捷的进行理论研究,对于实际动态矢量重力测量具有重要的理论指导意义。本文针对惯性器件精度对动态矢量重力测量误差的影响、动态矢量重力信号的解算算法以及动态矢量重力测量结果的补偿与修正方法进行了深入研究,并设计动态矢量重力测量仿真软件,所完成的主要内容包括：(1)基于矢量重力测量原理,研究了惯性器件误差对动态矢量重力测量精度的影响。根据惯性器件的误差原理,建立了惯性器件的仿真模型,并仿真生成了加速度计、陀螺的输出信号。基于四元数微分方程的毕卡解法实现了姿态矩阵的更新。实现了加速度计仿真输出的坐标转换,完成了矢量重力信号的解算；通过设置惯性器件误差仿真模型误差参数,仿真研究了惯性器件误差对动态矢量重力测量精度的影响。(2)利用INS/GNSS数据融合方法对矢量重力信号进行了修正。从重力测量系统误差状态理论出发,设计了用于INS/GNSS数据融合的15状态卡尔曼滤波器。对INS/GNSS数据融合模型的观测量进行了改进,提高了系统的可观测性,取得了更加精确的误差估计。利用INS/GNSS数据融合得到的误差估计值,对矢量重力信号进行了修正。修正结果表明通过改进后的卡尔曼滤波器进行INS/GNSS数据融合,能够有效抑制惯性器件常值漂移对矢量重力信号的影响。(3)针对矢量重力信号的时域和频域特性完成了滤波器的设计,对矢量重力信号修正值进行了滤波处理。阐述了Savitzky-Golay、巴特沃斯以及移动平均三种滤波器滤的滤波模型与滤波原理。进行了低通滤波实验,实验结果表明在执行效率与滤波效果上Savitzky-Golay滤波器存在一定的优势。利用Savitzky-Golay滤波器对矢量重力信号修正值进行了滤波处理,处理结果表明滤波处理能够很好的消除惯性器件白噪声对矢量重力信号的影响。(4)利用Visual C#与Matlab混合编程的方法,设计完成了界面友好、易于操作、功能较为齐全的动态矢量重力测量系统仿真软件。仿真软件能够方便、快捷的实现航行轨迹仿真、惯性器件输出仿真、GNSS数据仿真、惯性导航解算仿真、矢量重力信号解算仿真以及滤波处理功能。仿真软件应用实验表明,该仿真软件具有良好的实用性,能够满足动态矢量重力测量系统的仿真研究。