CN112817062B - 航空重力测量数据处理方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种航空重力测量数据处理方法及系统，该方法包括针对DGNSS测量数据中的每个DGNSS测量数据采样点，获取所述DGNSS测量数据采样点的采样时间；根据所述采样时间，在航空重力仪采样数据中查找具有相同采样时间的航空重力仪测量数据采样点；将所述航空重力仪测量数据采样点作为所述DGNSS测量数据采样点对应的采样点。本发明实施例能够根据DGNSS测量数据中的时间信息对航空重力仪测量数据进行对准，使同一时间标下的采样数据达到同步，且能够处理非正常记录点，减少对计算获得空间重力异常的影响，从而准确获得采样点的空间重力异常值。

Description

航空重力测量数据处理方法及系统
技术领域
本发明涉及航空重力测量领域，更具体地，涉及一种航空重力测量数据处理方法及系统。
背景技术
在航空重力测量过程中，航空重力测量系统收录的数据主要有航空重力仪测量数据和DGNSS测量数据，而航空重力仪测量数据中主要包含数据采样点的时间、加速度计测量数据和稳定平台测量数据(捷联惯导姿态相关数据)，DGNSS测量数据主要包含飞机载体在数据采样点的时间、高度和位置。由空间重力异常值的公式可知，为了获得采样点的空间重力异常值，必须要有采样点同一时刻的航空重力仪测量数据与DGNSS测量数据，因此需要对这些数据进行时间上的同步，并进行解算及改正处理。
发明内容
为了解决上述问题，本发明实施例提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的航空重力测量数据处理方法及系统。
根据本发明实施例的第一方面，提供一种航空重力测量数据处理方法，该方法包括：针对DGNSS测量数据中的每个DGNSS测量数据采样点，获取所述DGNSS测量数据采样点的采样时间；根据所述采样时间，在航空重力仪采样数据中查找具有相同采样时间的航空重力仪测量数据采样点；将所述航空重力仪测量数据采样点作为所述DGNSS测量数据采样点对应的采样点。
根据本发明实施例第二方面，提供了一种航空重力测量数据处理系统，该系统包括：获取模块，用于针对DGNSS测量数据中的每个DGNSS测量数据采样点，获取所述DGNSS测量数据采样点的采样时间；查找模块，用于根据所述采样时间，在航空重力仪采样数据中查找具有相同采样时间的航空重力仪测量数据采样点；处理模块，用于将所述航空重力仪测量数据采样点作为所述DGNSS测量数据采样点对应的采样点。
根据本发明实施例的第三方面，提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现如第一方面的各种可能的实现方式中任一种可能的实现方式所提供的航空重力测量数据处理方法。
根据本发明实施例的第四方面，提供了一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如第一方面的各种可能的实现方式中任一种可能的实现方式所提供的航空重力测量数据处理方法。
本发明实施例提供的航空重力测量数据处理方法及系统，能够根据DGNSS测量数据中的时间信息对航空重力仪测量数据进行对准，使同一时间标下的采样数据达到同步，且能够处理这些非正常记录点，减少对重力异常的影响，从而准确获得采样点的空间重力异常值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的航空重力仪测量数据采样点信息记录图；
图2为本发明实施例提供的DGNSS测量数据采样点信息记录图；
图3为本发明实施例提供的同步后的航空重力仪测量数据采样点信息记录图；
图4为本发明实施例提供的航空重力测量数据处理方法的流程示意图；
图5为本发明实施例提供的航空重力测量数据处理系统的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的电子设备的实体结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
由下面空间重力异常值的公式可知，为了获得采样点的空间重力异常值，必须要有采样点同一时刻的航空重力仪测量数据与DGNSS测量数据，因此需要对这些数据进行时间上的同步，并进行解算及改正处理。
获得空间重力异常值Gf为：
Figure BDA0002887107070000031
fz：航空重力仪测量数据中垂向加速度计比力测量值；
H：DGNSS测量数据测得的飞机载体的高度；
Gn：正常场重力值(由DGNSS测量数据计算获得)；
Ge：由DGNSS测量数据获得的飞机载体的位置和速度计算的厄特缶斯(Eotvos)改正值；
Gd：由航空重力仪测量数据计算的重力仪零漂量；
在航空重力仪测量数据和DGNSS测量数据处理过程中，首先要对两种数据在时间上进行同步。由于航空重力测量数据的采样率(通常数据采样率为100Hz及以上)比DGNSS数据采样率(通常为2Hz)高出很多，在进行航空重力测量时，航空重力仪测量数据是按0.01秒记录测量数据，DGNSS测量数据是按0.5秒记录测量数据。在两种数据中都记录了每个采样点的时间，DGNSS的测量数据中时间为DGNSS系统时间，在航空重力仪测量数据中同样记录有通过机载GNSS传输到重力仪的系统时间，由于两种数据的采样频率不一致，并且航空重力仪在记录测量数据时会有一定的延时，所以两种数据在同一时间标下的数据是不同步的。为了获得高精度的空间重力异常，需要根据DGNSS测量数据中的时间信息对航空重力仪测量数据进行对准，使同一时间标下的采样数据达到同步。而且在航空重力测量数据中有时存在个别丢失或不正常的数据记录点，如果不进行有效处理，就会对计算的空间重力异常产生明显的影响，会造成“假异常”，需要一种有效的方法来处理这些非正常记录点，减少对计算获得空间重力异常的影响。
基于此，本发明实施例提供一种航空重力测量数据处理方法，参见附图4，该方法包括但不限于如下步骤：
步骤101、针对DGNSS测量数据中的每个DGNSS测量数据采样点，获取所述DGNSS测量数据采样点的采样时间；
步骤102、根据所述采样时间，在航空重力仪采样数据中查找具有相同采样时间的航空重力仪测量数据采样点；
步骤103、将所述航空重力仪测量数据采样点作为所述DGNSS测量数据采样点对应的采样点。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，根据所述采样时间，在航空重力仪采样数据中查找具有相同采样时间的航空重力仪测量数据采样点，包括：获取与所述采样时间对应的航空重力仪测量数据中系统时间的整秒跳变点；根据所述整秒跳变点的系统时间，在航空重力仪采样数据中查找与所述系统时间最接近的导航时间；将所述导航时间对应的采样点作为查找到的航空重力仪测量数据采样点。
具体地，DGNSS在采集数据过程中是以DGNSS系统的整秒脉冲为基准按0.5秒为间隔进行测量数据采样，采样点记录的时间信息为DGNSS系统周秒时间。航空重力仪在采集数据过程中以仪器的系统时间为基准按0.01秒为间隔进行测量数据采样。在DGNSS系统的整秒脉冲传输到航空重力仪时，由于采样频率的差异以及信号传输数据记录的延时，将导致同一DGNSS系统时间下的航空重力仪测量数据采样点和DGNSS测量数据采样点有一定的位移偏差。首先以DGNSS测量数据采样点的整秒脉冲为基准，找出DGNSS测量数据采样点中记录的DGNSS数据采样时间，然后在航空重力仪采样数据中找到相同DGNSS系统时间对应的位置，这样航空重力测量数据与DGNSS测量数据之间的时间偏移只相差在10-3秒内。
航空重力仪测量数据采样点记录信息如图1所示，DGNSS测量数据采样点记录信息如图2所示。航空重力仪测量数据第二列GNSS时间来源于DGNSS测量数据中第一列的GNSS时间，也就是在航空重力测量过程中，机载的GNSS会将获得的时间信息传输到航空重力仪并被记录下来。如图2所示的DGNSS测量数据中第二行的GNSS时间533015.00对应的是图1航空重力仪测量数据中的第10行GNSS时间533015.00数据，但在实际测量中DGNSS测量数据中GNSS时间533015.00对应的整秒脉冲传输到航空重力仪时，实际应该对应的航空重力仪测量数据中系统时间的整秒跳变点，也就是图1中第6行数据中第10列的系统时间10103.388672。再根据系统时间10103.388672，搜寻航空重力仪测量数据中第1列的导航时间跟系统时间最接近的位置，对应在航空重力仪测量数据的第4行和第5行中间。也就是DGNSS测量数据中GNSS时间为530015.00的采样点实际对应的航空重力仪测量数据中导航时间为10103.38和10103.39中间位置，由于10103.38和10103.39中间并没有采样点数据，取最接近系统时间10103.388672的导航时间为10103.39的数据采样点为对应DGNSS测量数据中GNSS时间为530015.00的采样点。下一个GNSS时间以533016.00为基准再次搜寻航空重力仪测量数据对应的采样点。以此类推，以DGNSS测量数据中整数的GNSS时间为基准，不断搜索对应的航空重力仪测量数据对应的采样点，这样航空重力测量数据与DGNSS测量数据之间的整数GNSS时间采样点的偏移只相差在10-3秒内
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，该方法还包括：对所述航空重力仪测量数据进行下采样处理。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，对所述航空重力仪测量数据进行下采样处理，包括：对所述航空重力仪测量数据进行基于预设截止频率的低通滤波；其中，在低通滤波过程中采用FIR滤波器。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，对所述航空重力仪测量数据进行基于预设截止频率的低通滤波之前，还包括：对所述航空重力仪测量数据中的非正常点进行插值。
具体地，由于航空重力测量数据采样率为100Hz(如图1所示每间隔0.01秒有一个采样点数据)，为了跟DGNSS的2Hz测量数据(如图2所示每间隔0.5秒有一个采样点数据)在数据采样点的采样频率和采样点GNSS时间保持一致，需要对航空重力仪测量数据进行下采样处理(数据的抽稀)。在航空重力仪测量数据下采样处理过程中首先要对测量数据进行截止频率为1Hz的低通滤波，在低通滤波过程中采用FIR滤波器。由于航空重力仪测量数据在记录过程中受到各种因素影响会导致很少量的采样点数据丢失，所以在低通滤波之前需要对航空重力仪测量数据非正常采样点(部分丢失点)进行插值。插值方法采用在丢失点前后取滤波函数的一半阶数的采样值进行累加，然后取平均值作为丢失点的采样值。
如图1所示的航空重力仪测量数据中导航时间为10103.49的第15行采样点的第8列的加表脉冲Z1和第9列加表脉冲Z2数据值为垂向加速度的脉冲值。当第9列加表脉冲Z2数据值为-10.0000无效值时，取第8列的加表脉冲Z1作为垂向加速度的脉冲值；当第9列加表脉冲Z2数据值为不为-10.0000，而第8列的加表脉冲Z1为-10.0000无效值时，取第9列的加表脉冲Z2作为垂向加速度的脉冲值；第8列的加表脉冲Z1和第9列加表脉冲Z2都为-10.00000，表明加表脉冲Z的数据记录都是无效的，即此采样点的垂向加速度的脉冲值丢失，该采样点为数据丢失点。为了补充该采样点的垂向加速度的脉冲值，需要进行插值处理。由于在此步进行下采样过程中会进行一个FIR的低通滤波，其时域表达式和频域表达式如下式所示，其中N为滤波器的阶数，取N＝400，所以在进行插值时，取丢失数据采样点前后的各100个数据采样点进行插值。
Figure BDA0002887107070000061
具体实现为取导航时间为10103.49采样点之前的100个采样点的垂向加速度的脉冲值(如果不足100个采样点，实际有多少个采样点就取多少个)，接着取导航时间为10103.49采样点之后的100个采样点的垂向加速度的脉冲值(如果不足100个采样点，实际有多少个采样点就取多少个)，然后计算这200个采样点垂向加速度的脉冲值的平均值作为导航时间为10103.49采样点的垂向加速度的脉冲值。以此类推，补充航空重力仪测量数据中所有丢失点的数据。
对所有丢失点进行插值后，用FIR滤波器对数据进行截止频率为1Hz的低通滤波，然后依照第一步航空重力仪测量数据与DGNSS测量数据对准的每个GNSS整数秒位置开始抽数，如图1在航空重力仪测量数据以导航时间为10103.39的数据采样点为对应DGNSS测量数据中GNSS时间为530015.00的采样点，以导航时间为间隔跳过50个采样点后，取导航时间为10103.89的数据采样点为对应DGNSS测量数据中GNSS时间为530015.50的采样点。以此类推，完成航空重力仪测量数据与DGNSS测量数据的对准和同步。同步后的航空重力仪测量数据如图3。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，对所述航空重力仪测量数据进行下采样处理之后，还包括：将所述航空重力仪测量数据中的垂向加速度计记录值与所述DGNSS测量数据中的GNSS高度值进行相关性分析计算，获得相关系数；若所述相关系数低于预设阈值，则将所述航空重力仪测量数据在采样点时间上进行一个点的位移，直到两组数据的相关系数值大于所述预设阈值。
具体地，航空重力仪测量数据经过下采样后其采样率跟DGNSS测量数据达到一致，但两组数据的采样点在同一时间上还存在至少10-3秒的偏移，为了消除偏移需要将两组采样数据进行数据间的相关性分析，取航空重力仪测量数据中的垂向加速度计记录值与DGNSS测量数据中GNSS高度值进行相关系数方法的相关性分析。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，所述相关性分析计算采用如下方式：
Figure BDA0002887107070000071
其中，rxy表示两个数据间的相关系数，Sxy表示两个数据间的协方差，Sx表示垂向加速度计记录值标准差，Sy表示GNSS高度值标准差。
下面分别是Sxy协方差和Sx和Sy标准差的计算公式。
Figure BDA0002887107070000081
Figure BDA0002887107070000082
如果相关系数值低于0.8，就需要将航空重力仪测量数据在采样点时间上进行一个点的位移，直到两组数据的相关系数值大于0.8，则两组数据为高度相关。最终使得两组测量数据在采样点上保持GNSS时间上的基本一致。
本发明实施例提供的航空重力测量数据处理方法，能够根据DGNSS测量数据中的时间信息对航空重力仪测量数据进行对准，使同一时间标下的采样数据达到同步，且能够处理这些非正常记录点，减少对计算获得空间重力异常的影响，从而准确获得采样点的空间重力异常值。
基于上述实施例的内容，本发明实施例提供了一种航空重力测量数据处理系统，该航空重力测量数据处理系统用于执行上述方法实施例中的航空重力测量数据处理方法。参见图5，该系统包括：获取模块301，用于针对DGNSS测量数据中的每个DGNSS测量数据采样点，获取所述DGNSS测量数据采样点的采样时间；查找模块302，用于根据所述采样时间，在航空重力仪采样数据中查找具有相同采样时间的航空重力仪测量数据采样点；处理模块303，用于将所述航空重力仪测量数据采样点作为所述DGNSS测量数据采样点对应的采样点。
本发明实施例提供了一种电子设备，如图5所示，该设备包括：处理器(processor)501、通信接口(Communications Interface)502、存储器(memory)503和通信总线504，其中，处理器501，通信接口502，存储器503通过通信总线504完成相互间的通信。处理器501可以调用存储器503上并可在处理器501上运行的计算机程序，以执行上述各实施例提供的航空重力测量数据处理方法，例如包括：针对DGNSS测量数据中的每个DGNSS测量数据采样点，获取所述DGNSS测量数据采样点的采样时间；根据所述采样时间，在航空重力仪采样数据中查找具有相同采样时间的航空重力仪测量数据采样点；将所述航空重力仪测量数据采样点作为所述DGNSS测量数据采样点对应的采样点。
此外，上述的存储器503中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的航空重力测量数据处理方法，例如包括：针对DGNSS测量数据中的每个DGNSS测量数据采样点，获取所述DGNSS测量数据采样点的采样时间；根据所述采样时间，在航空重力仪采样数据中查找具有相同采样时间的航空重力仪测量数据采样点；将所述航空重力仪测量数据采样点作为所述DGNSS测量数据采样点对应的采样点。
以上所描述的电子设备等实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种航空重力测量数据处理方法，其特征在于，包括：
针对DGNSS测量数据中的每个DGNSS测量数据采样点，获取所述DGNSS测量数据采样点的采样时间；
根据所述采样时间，在航空重力仪采样数据中查找具有相同采样时间的航空重力仪测量数据采样点；
将所述航空重力仪测量数据采样点作为所述DGNSS测量数据采样点对应的采样点；
对所述航空重力仪测量数据进行下采样处理；
其中，根据所述采样时间，在航空重力仪采样数据中查找具有相同采样时间的航空重力仪测量数据采样点，包括：
获取与所述采样时间对应的航空重力仪测量数据中系统时间的整秒跳变点；
根据所述整秒跳变点的系统时间，在航空重力仪采样数据中查找与所述系统时间最接近的导航时间；
将所述导航时间对应的采样点作为查找到的航空重力仪测量数据采样点；
其中，对所述航空重力仪测量数据进行下采样处理之后，还包括：
将所述航空重力仪测量数据中的垂向加速度计记录值与所述DGNSS测量数据中的GNSS高度值进行相关性分析计算，获得相关系数；
若所述相关系数低于预设阈值，则将所述航空重力仪测量数据在采样点时间上进行一个点的位移，直到两组数据的相关系数值大于所述预设阈值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述航空重力仪测量数据进行下采样处理，包括：
对所述航空重力仪测量数据进行基于预设截止频率的低通滤波；其中，在低通滤波过程中采用FIR滤波器。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对所述航空重力仪测量数据进行基于预设截止频率的低通滤波之前，还包括：
对所述航空重力仪测量数据中的非正常点进行插值。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述相关性分析计算采用如下方式：
Figure FDA0003254321790000021
其中，rxy表示两个数据间的相关系数，Sxy表示两个数据间的协方差，Sx表示垂向加速度计记录值标准差，Sy表示GNSS高度值标准差。
5.一种航空重力测量数据处理系统，其特征在于，包括：
获取模块，用于针对DGNSS测量数据中的每个DGNSS测量数据采样点，获取所述DGNSS测量数据采样点的采样时间；
查找模块，用于根据所述采样时间，在航空重力仪采样数据中查找具有相同采样时间的航空重力仪测量数据采样点；
处理模块，用于将所述航空重力仪测量数据采样点作为所述DGNSS测量数据采样点对应的采样点；
其中，对所述航空重力仪测量数据进行下采样处理；
其中，根据所述采样时间，在航空重力仪采样数据中查找具有相同采样时间的航空重力仪测量数据采样点，包括：
获取与所述采样时间对应的航空重力仪测量数据中系统时间的整秒跳变点；
根据所述整秒跳变点的系统时间，在航空重力仪采样数据中查找与所述系统时间最接近的导航时间；
将所述导航时间对应的采样点作为查找到的航空重力仪测量数据采样点；
其中，对所述航空重力仪测量数据进行下采样处理之后，还包括：
将所述航空重力仪测量数据中的垂向加速度计记录值与所述DGNSS测量数据中的GNSS高度值进行相关性分析计算，获得相关系数；
若所述相关系数低于预设阈值，则将所述航空重力仪测量数据在采样点时间上进行一个点的位移，直到两组数据的相关系数值大于所述预设阈值。
6.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至4任一项所述航空重力测量数据处理方法的步骤。
7.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4任一项所述航空重力测量数据处理方法的步骤。
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