CN114137625B - 一种基于两套惯导互观测的海洋垂线偏差测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于两套惯导互观测的海洋垂线偏差测量方法，其技术特点是：在垂线偏差基准点，校准两套惯导位置输出；进入测线前以卫导位置为基准观测惯导经纬度误差，获取经纬度误差中地球周期振荡项的相位；L测线航行期间以卫导位置为基准获得惯导经纬度误差，去除惯导自身误差源引起的误差项后，得到L测线东西向、南北向垂线偏差测量值。本发明设计合理，在惯导经纬度误差中分离出垂线偏差，给出了完整的垂线偏差测量方案，具有精度高、实用性强等特点。

Description

一种基于两套惯导互观测的海洋垂线偏差测量方法
技术领域
本发明海洋重力信息测量技术领域，涉及海洋平台的垂线偏差测量，尤其是一种基于两套惯导互观测的海洋垂线偏差测量方法。
背景技术
海洋是国防屏障、资源宝藏和重要通道，与国家安全与权益、可持续发展以及战略性资源保障息息相关。海洋重力场信息是一种重要的海洋环境信息，重力信息包括重力异常和垂线偏差。目前重力异常测量方法已经趋于成熟，但是尚不具备海洋垂线偏差测量能力。
发明内容
本发明的目的在于填补现有技术的空白，提供一种设计合理且精度高的基于两套惯导互观测的水下平台海洋垂线偏差测量方法。
本发明解决现有的技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种基于两套惯导互观测的海洋垂线偏差测量方法，包括以下步骤：
步骤1、载体航行至垂线偏差基准点，将两套惯导位置输出校准为基准点准确位置，记录基准点东西方向、南北方向垂线偏差值ge0、gn0；
步骤2、沿东西方向设计垂线偏差测线，载体进入测线前在测线同纬度且垂线偏差变化平缓区域游弋一段时间，以卫导经纬度为基准观测两套惯导经纬度误差，提取两套惯导纬度误差中地球周期振荡相位
Figure BDA0003371841520000011
经度误差中地球周期振荡相位
Figure BDA0003371841520000012
步骤3、载体进入垂线偏差测线L航行，期间以卫导经纬度为基准，得到两套惯导的经度误差lonE1(t)、lonE2(t)和纬度误差latE1(t)、latE2(t)，基于两套惯导经度差值lon12(t)、纬度差值lat12(t)估计两套惯导自身误差源引起的经度误差项lonE1a(t)、lonE2a(t)和纬度误差项latE1a(t)、latE2a(t)，则L测线南北向垂线偏差为：
gn(t)＝latE1(t)-latEla(t)+gn0或gn(t)＝latE2(t)-latE2a(t)+gn0
东西向垂线偏差为：
Figure BDA0003371841520000013
其中
Figure BDA0003371841520000014
为纬度。
而且，所述步骤3中基于两套惯导经度差值lon12(t)估计2套惯导自身误差源引起的经度误差项lonE1a(t)、lonE2a(t)的具体方法为：
(1)提取lon12(t)中地球周期振荡项幅值A12e、相位
Figure BDA0003371841520000015
依据
Figure BDA0003371841520000016
和A12e、
Figure BDA0003371841520000017
构建三角形求得两套惯导经度误差中地球周期振荡项幅值A1e、A2e；
(2)Ω为地球周期对应的角频率，计算
Figure BDA0003371841520000018
Figure BDA0003371841520000021
Figure BDA0003371841520000022
将lon12R(t)中信息与lonE1R(t)、-lonE2R(t)中信息进行特征比对，lon12R(t)中与lonE1R(t)中信息特征符合的特征信息为D1(t)，与-lonE2R(t)中信息特征符合的特征信息为D2(t)，则
Figure BDA0003371841520000023
而且，所述步骤3中基于2套惯导纬度差值lat12(t)估计2套惯导自身误差源引起的纬度误差项latE1a(t)、latE2a(t)的具体方法为：
(1)提取lat12(t)中地球周期振荡项幅值A12n、相位
Figure BDA0003371841520000024
依据
Figure BDA0003371841520000025
和A12n、
Figure BDA0003371841520000026
构建三角形求得两套惯导纬度误差中地球周期振荡项幅值A1n、A2n；
(2)Ω为地球周期对应的角频率，计算
Figure BDA0003371841520000027
Figure BDA0003371841520000028
Figure BDA0003371841520000029
将lat12R(t)中信息与latE1R(t)、-latE2R(t)中信息进行特征比对，lat12R(t)中与latE1R(t)中信息特征符合的特征信息为F1(t)，与-latE2R(t)中信息特征符合的特征信息为F2(t)，则
Figure BDA00033718415200000210
本发明的优点和积极效果是：
本发明设计合理，利用两套惯导经纬度差值观测还原惯导经纬度误差中的地球周期振荡项，并通过特征匹配识别惯导经纬度误差中其它由惯导自身因素引起的部分，支撑实现从惯导经纬度误差中分离出垂线偏差，给出了完整的垂线偏差测量方案，具有精度高、实用性强等特点。
附图说明
图1为本发明的基于两套惯导经纬度差值中地球周期振荡项得到两套惯导各自经纬度误差中地球周期振荡幅值的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例做进一步详述。
本发明是在两套中高精度惯导和一套卫导组成海洋垂线偏差测量系统上实现的。两套惯导工作于阻尼状态，其阻尼网络参数设置一致，以保证两套惯导对垂线偏差输出频率响应的一致性。
基于上述说明，本发明提出一种基于两套惯导互观测的海洋垂线偏差测量方法，包括以下步骤：
一种基于两套惯导互观测的海洋垂线偏差测量方法，包括以下步骤：
步骤1、载体航行至垂线偏差基准点，将两套惯导位置输出校准为基准点准确位置，记录基准点东西方向、南北方向垂线偏差值ge0、gn0。
步骤2、沿东西方向设计垂线偏差测线，载体进入测线前在测线同纬度且垂线偏差变化平缓区域游弋一段时间，以卫导经纬度为基准观测两套惯导经纬度误差，提取两套惯导纬度误差中地球周期振荡相位
Figure BDA0003371841520000031
经度误差中地球周期振荡相位
Figure BDA0003371841520000032
步骤3、载体进入垂线偏差测线L航行，期间以卫导经纬度为基准，得到两套惯导的经度误差lonE1(t)、lonE2(t)和纬度误差latE1(t)、latE2(t)，则L测线南北向、东西向垂线偏差具体求解过程为：
(1)惯导经度误差中包含垂线偏差引起的部分和惯导自身误差源引起的部分，求取垂线偏差必须分离这两部分。两套惯导经度差值lon12(t)中不包含垂线偏差引起的部分，主要是两套惯导自身误差源引起部分的合成，因而基于lon12(t)可估计2套惯导自身误差源引起的经度误差项lonE1a(t)、lonE2a(t)，具体方法为：
①提取lon12(t)中地球周期振荡项幅值A12e、相位
Figure BDA0003371841520000033
依据
Figure BDA0003371841520000034
和A12e、
Figure BDA0003371841520000035
构建三角形求得两套惯导经度误差中地球周期振荡项幅值A1e、A2e。在xoy平面作长度为A12e、与x夹角为
Figure BDA0003371841520000036
的线段EF，过E点作与x夹角为
Figure BDA0003371841520000037
直线a，过F点作与x夹角为
Figure BDA0003371841520000038
直线b，a和b交相交于点，量取线段OE长度即为A1e，量取线段OF长度即为A2e。具体过程如图1所示，图中
Figure BDA0003371841520000039
②Ω为地球周期对应的角频率，计算
Figure BDA00033718415200000310
Figure BDA00033718415200000311
Figure BDA00033718415200000312
将lon12R(t)中信息与lonE1R(t)、-lonE2R(t)中信息进行特征比对，lon12R(t)中与lonE1R(t)中信息特征符合的特征信息为D1(t)，与-lonE2R(t)中信息特征符合的特征信息为D2(t)，则
Figure BDA00033718415200000313
(2)惯导纬度误差中包含垂线偏差引起的部分和惯导自身误差源引起的部分，求取垂线偏差必须分离这两部分。两套惯导纬度差值lat12(t)中不包含垂线偏差引起的部分，主要是两套惯导自身误差源引起部分的合成，因而基于lat12(t)可估计2套惯导自身误差源引起的纬度误差项latE1a(t)、latE2a(t)，具体方法为：
①提取lat12(t)中地球周期振荡项幅值A12n、相位
Figure BDA00033718415200000314
依据
Figure BDA00033718415200000315
和A12n、
Figure BDA00033718415200000316
构建三角形求得两套惯导纬度误差中地球周期振荡项幅值A1n、A2n。在xoy平面作长度为A12n、与x夹角为
Figure BDA00033718415200000317
的线段EF，过E点作与x夹角为
Figure BDA00033718415200000318
直线a，过F点作与x夹角为
Figure BDA00033718415200000319
直线b，a和b交相交于点，量取线段OE长度即为A1n，量取线段OF长度即为A2n。具体过程如图1所示，图中
Figure BDA00033718415200000320
②Ω为地球周期对应的角频率，计算
Figure BDA00033718415200000321
Figure BDA00033718415200000322
Figure BDA00033718415200000323
将lat12R(t)中信息与latE1R(t)、-latE2R(t)中信息进行特征比对，lat12R(t)中与latE1R(t)中信息特征符合的特征信息为F1(t)，与-latE2R(t)中信息特征符合的特征信息为F2(t)，则
Figure BDA0003371841520000041
(3)则L测线南北向、东西向垂线偏差分别为：
gn(t)＝latE1(t)-latE1a(t)+gn0或gn(t)＝latE2(t)-latE2a(t)+gn0
Figure BDA0003371841520000042
或
Figure BDA0003371841520000043
其中
Figure BDA0003371841520000044
为纬度。
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (1)

1.一种基于两套惯导互观测的海洋垂线偏差测量方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、载体航行至垂线偏差基准点，将两套惯导位置输出校准为基准点准确位置，记录基准点东西方向、南北方向垂线偏差值ge0、gn0；
步骤2、沿东西方向设计垂线偏差测线，载体进入测线前在测线同纬度且垂线偏差变化平缓区域游弋一段时间，以卫导经纬度为基准观测两套惯导经纬度误差，提取两套惯导纬度误差中地球周期振荡相位
Figure FDA0004133209960000011
经度误差中地球周期振荡相位
Figure FDA0004133209960000012
步骤3、载体进入垂线偏差测线L航行，期间以卫导经纬度为基准，得到两套惯导的经度误差lonE1(t)、lonE2(t)和纬度误差latE1(t)、latE2(t)，基于两套惯导经度差值lon12(t)、纬度差值lat12(t)估计两套惯导自身误差源引起的经度误差项lonE1a(t)、lonE2a(t)和纬度误差项latE1a(t)、latE2a(t)，则L测线南北向垂线偏差为：
gn(t)＝latE1(t)-latE1a(t)+gn0或gn(t)＝latE2(t)-latE2a(t)+gn0
东西向垂线偏差为：
Figure FDA0004133209960000013
或
Figure FDA0004133209960000014
其中
Figure FDA0004133209960000015
为纬度；
所述步骤3中基于两套惯导经度差值lon12(t)估计2套惯导自身误差源引起的经度误差项lonE1a(t)、lonE2a(t)的具体方法为：
(1)提取lon12(t)中地球周期振荡项幅值A12e、相位
Figure FDA0004133209960000016
依据
Figure FDA0004133209960000017
和A12e、
Figure FDA0004133209960000018
构建三角形求得两套惯导经度误差中地球周期振荡项幅值A1e、A2e；
(2)Ω为地球周期对应的角频率，计算
Figure FDA0004133209960000019
Figure FDA00041332099600000110
Figure FDA00041332099600000111
将lon12R(t)中信息与lonE1R(t)、-lonE2R(t)中信息进行特征比对，lon12R(t)中与lonE1R(t)中信息特征符合的特征信息为D1(t)，与-lonE2R(t)中信息特征符合的特征信息为D2(t)，则
Figure FDA00041332099600000112
所述步骤3中基于2套惯导纬度差值lat12(t)估计2套惯导自身误差源引起的纬度误差项latE1a(t)、latE2a(t)的具体方法为：
(1)提取lat12(t)中地球周期振荡项幅值A12n、相位
Figure FDA00041332099600000113
依据
Figure FDA00041332099600000114
和A12n、
Figure FDA00041332099600000115
构建三角形求得两套惯导纬度误差中地球周期振荡项幅值A1n、A2n；
(2)Ω为地球周期对应的角频率，计算
Figure FDA00041332099600000116
Figure FDA00041332099600000117
Figure FDA00041332099600000118
将lat12R(t)中信息与latE1R(t)、-latE2R(t)中信息进行特征比对，lat12R(t)中与latE1R(t)中信息特征符合的特征信息为F1(t)，与-latE2R(t)中信息特征符合的特征信息为F2(t)，则
Figure FDA0004133209960000021
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