CN115166856A - 一种无人船重磁测量方法、系统、设备及计算机可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无人船重磁测量方法、系统、设备及计算机可读存储介质，所述方法包括以下步骤：观察测量区域的周边地理环境，选择合适的地点将无人船放下水；将所述无人船运输至所述测量区域，并布设测网；获取所述无人船重力以及磁力测量数据；对所述无人船重力以及磁力测量数据进行处理；得到所述无人船重力和磁力测量海试结果。本发明通过仪器合理改装、重力解算方法改进以及海试验证，保证系统的重要技术指标符合海洋重力和海洋磁力规范要求，确保系统的稳定性与可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及无人船技术领域，具体地说，涉及一种无人船重磁测量方法、系统、设备及计算机可读存储介质。
背景技术
近年来，随着无人系统和人工智能技术的高速发展，无人船等智能系统在海洋维权、海洋监控、海洋资源开发等涉海军用和民用领域中获得广泛应用，部分国家已经开始积极投入无人船平台的研制与生产，并用于执行反潜、排雷、武装巡逻等军事任务，水下测绘、水质采样、海上搜救、科研勘探等民用领域。
相比于有人船而言，采用无人船能够降低人员风险、可以全天时在各种水域环境中工作，具有很强的环境适应性，并且由于不需要人工操作，从而有效地提高作业效率。无人船的主要优势如下：
人员风险低：在执行敌方威胁目标防御任务，或者在存在爆炸、核辐射、环境污染等高危环境下作业时，采用无人船能够避免人员伤亡。
全天时：无人船可日夜执勤，能够全天时地在重点海域执行科研勘探、侦察监视、目标搜索识别、快速响应与实时打击等任务。
环境适应性强：无人船能够在复杂海域、恶劣天气等不适于有人执行任务的环境下正常作业。
作业效率高：采用多艘无人船建立分布式探测网络，进行协同作业，可以快速、低成本地完成大范围的军用及民用任务。
目前，海洋重磁测量主要以大型测量船作为海洋重力仪搭载平台，大型船只往返于网格测区既耗费能源又耗费时间，同时也无法在海岸带浅水区域及边远岛礁复杂海域开展重力测量。采用5-8米水面测量小船进行海洋重力测量是提高测量效率的有效途径，特别是采用无人水面测量小船，将在极大提高测量效率的同时，避免登船操作的人身安全隐患，节约人力资源。
就实施高动态海洋环境下重力测量技术来讲，国内外均未见搭载水面测量小船开展作业的报道，海洋环境下的水面重力测量仍以大型测量船为主。
国外大多数重力仪产品为平台式系统方案，一方面不适应水面测量小船收放阶段的姿态不确定性，另一方面采用的重力传感器动态适应性较差，在高动态海洋环境下精度性能下降。
目前国内无人船在海洋地质调查领域的优势逐渐显现，但主要集中于无人船多波束测量、侧扫声呐等海底地形地貌探测等方面，无人船海洋地球物理调查方面的应用较少，目前尚无成功将无人船这种调查手段应用于海洋地球物理调查的相关文献报道。
有鉴于此特提出本发明。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种无人船重磁测量方法、系统、设备及计算机可读存储介质，通过仪器合理改装、重力解算方法改进以及海试验证，保证系统的重要技术指标符合海洋重力和海洋磁力规范要求，确保系统的稳定性与可靠性。
为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：
第一方面，一种无人船重磁测量方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1：观察测量区域的周边地理环境，选择合适的地点将无人船放下水；
步骤2：将所述无人船运输至所述测量区域，并布设测网；
步骤3：获取所述无人船重力以及磁力测量数据；
步骤4：对所述无人船重力以及磁力测量数据进行处理；
步骤5：得到所述无人船重力和磁力测量海试结果。
在上述任一方案中优选的实施例中，所述对所述无人船重力以及磁力测量数据进行处理，包括：
步骤41：使用GeoProbe软件对船磁系统采集的原始数据进行预处理，所述预处理包括：海上数据入库，日变数据处理及入库，坐标转换，计算正常场及校正以及磁日变校正；
步骤42：使用SAGPostSolve软件对重力数据进行预处理，所述预处理内容包括：GNSS数据合并、重力仪数据合并与解码、GNSS数据差分处理、组合导航解算以及重力异常解算；
步骤43：处理得到的海上重磁数据，通过GeoProbe软件以及Oasis软件进行重磁测量工作量统计、磁四阶差分动态噪声统计、重复线内符合精度与交叉点精度计算以及数据采集质量统计。
在上述任一方案中优选的实施例中，所述对所述无人船重力以及磁力测量数据进行处理，还包括：
步骤44：通过GNSS基站和水面测量无人船上的GNSS移动站信息，利用GNSS差分技术直接获取测量无人船的高精度位置、速度信息并间接计算得到垂向干扰加速度；
步骤45：将光纤IMU原始信息与GNSS位置、速度信息进行组合导航融合处理，计算垂向比力大小，并经过平滑滤波处理；
步骤46：通过步骤43和步骤44获得的信息，计算消除载体的垂向加速度，并经过各项改正，获得原始的重力异常信息；
步骤47：设计滤波器，对原始重力异常信息进行去噪处理，获取高精度海洋重力异常信号。
在上述任一方案中优选的实施例中，所述GNSS数据差分处理，包括：
使用地面差分基站数据或使用精密星历数据；
与拼接后的OEM_all.dat数据进行差分处理，获得DGPS数据。
在上述任一方案中优选的实施例中，所述重力数据预处理，包括：
使用Rearrange_InterFace软件，将重力仪测量数据文件中的testfore、testing、tested三个子文件夹中的YS_*.dat数据按时间先后顺序统一排序。
在上述任一方案中优选的实施例中，所述重力异常提取，包括：
利用得到的DGPS数据和ga_*.dat数据进行重力异常提取；
打开zfklm_ga_InterFace.exe文件，输入ga文件夹路径、DGPS文件路径、存储结果路径、滤波周期、装订漂移率，点击开始重力解算，得到的最终结果文件为GA_new.dat。
在上述任一方案中优选的实施例中，所述坐标数据转换，包括：
采用卫星导航定位数据，收录定位数据的大地坐标经度、纬度，经转换形成BJ-54坐标系的大地坐标经度、纬度和地理坐标投影北向距、东向距。
第二方面，一种无人船重磁测量系统，包括：
观测模块，用于观察测量区域的周边地理环境，选择合适的地点将无人船放下水；
布设模块，用于将所述无人船运输至所述测量区域，并布设测网；
获取模块，用于获取所述无人船重力以及磁力测量数据；
处理模块，用于对所述无人船重力以及磁力测量数据进行处理；
获得模块，用于得到所述无人船重力和磁力测量海试结果。
第三方面，一种无人船重磁测量设备，包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序，
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现所述的无人船重磁测量方法。
第四方面，一种计算机可读计算机可读存储介质，该程序被处理器执行时实现所述的无人船重磁测量方法。
采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果。
通过获取所述无人船重力以及磁力测量数据，并对所述无人船重力以及磁力测量数据进行处理，通过仪器合理改装、重力解算方法改进以及海试验证，保证系统的重要技术指标符合海洋重力规范和海洋磁力规范要求，确保系统的稳定性与可靠性。
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一组件分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本申请的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的组件件或组件分，本领域技术人员应该理解的是，这些附图未必是按比例绘制的，在附图中：
图1为本申请实施例无人船重磁测量方法流程示意图。
图2为本申请实施例无人船重磁测量系统示意图。
图3为本申请实施例无人船重磁测量设备示意图。
需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
本申请下述实施例以无人船重磁测量方法为例进行详细说明本申请的方案，但是此实施例并不能限制本申请保护范围。
实施例
如图1所示，本发明提供了一种无人船重磁测量方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1：观察测量区域的周边地理环境，选择合适的地点将无人船放下水；
步骤2：将所述无人船运输至所述测量区域，并布设测网；
步骤3：获取所述无人船重力以及磁力测量数据；
步骤4：对所述无人船重力以及磁力测量数据进行处理；
步骤5：得到所述无人船重力和磁力测量海试结果。
在本发明实施例所述的无人船重磁测量方法中，通过获取所述无人船重力以及磁力测量数据，并对所述无人船重力以及磁力测量数据进行处理，通过仪器合理改装、重力解算方法改进以及海试验证，保证系统的重要技术指标符合海洋重力规范要求，确保系统的稳定性与可靠性。
所述对所述无人船重力以及磁力测量数据进行处理，包括：
步骤41：使用GeoProbe软件对船磁系统采集的原始数据进行预处理，所述预处理包括：海上数据入库，日变数据处理及入库，坐标转换，计算正常场及校正以及磁日变校正；
步骤42：使用SAGPostSolve软件对重力数据进行预处理，所述预处理内容包括：GNSS数据合并、重力仪数据合并与解码、GNSS数据差分处理、组合导航解算以及重力异常解算；
步骤43：处理得到的海上重磁数据，通过GeoProbe软件以及Oasis软件进行重磁测量工作量统计、磁四阶差分动态噪声统计、重复线内符合精度与交叉点精度计算以及数据采集质量统计。
在本发明实施例中，由于无人船重力测量需利用差分GPS解算无人船的加速度，在GPS解算过程中必须要有差分GPS基站的测量数据，因此需要架设地面接收机作为基准站来同步接收卫星数据，才能利用该定位数据精确地获得无人船的速度、加速度，进而获得重力测量值。基准站数据的缺失，将直接导致重力数据无法解算。为了减少差分GPS基线长度，从而取得更好的测量效果，提高定位和解算精度，计划将差分GPS基准站架设在码头附近。
基准站布设：基准站布设在地势空旷、视野开阔、电磁干扰少的地方。为保证精确测量和简化工作程序，在整个测区航行完成之前，地面观测站天线位置和高度确定后保持不变。基准站需要与2个国家基准网点同步观测至少3小时，通过软件结算得到精确位置。
观测方法：海上航行的同时，地面差分GPS基准站同时采集数据，以保证差分改正时间同步。因差分GPS基准站故障导致差分GPS数据无法继续采集时，应当及时告诉指挥人员通知飞机返航。每次航行后，需将基准站GPS电池充满电，开机时检查GPS蓄电池的可供电时间，确保完成整个架次差分GPS的供电。
所述对所述无人船重力以及磁力测量数据进行处理，还包括：
步骤44：通过GNSS基站和水面测量无人船上的GNSS移动站信息，利用GNSS差分技术直接获取测量无人船的高精度位置、速度信息并间接计算得到垂向干扰加速度；
步骤45：将光纤IMU原始信息与GNSS位置、速度信息进行组合导航融合处理，计算垂向比力大小，并经过平滑滤波处理；
步骤46：通过步骤43和步骤44获得的信息，计算消除载体的垂向加速度，并经过各项改正，获得原始的重力异常信息；
步骤47：设计滤波器，对原始重力异常信息进行去噪处理，获取高精度海洋重力异常信号。
所述GNSS数据差分处理，包括：
使用地面差分基站数据或使用精密星历数据；
与拼接后的OEM_all.dat数据进行差分处理，获得DGPS数据；所述重力数据预处理，包括：
使用Rearrange_InterFace软件，将重力仪测量数据文件中的testfore、testing、tested三个子文件夹中的YS_*.dat数据按时间先后顺序统一排序；所述重力异常提取，包括：
利用得到的DGPS数据和ga_*.dat数据进行重力异常提取；
打开zfklm_ga_InterFace.exe文件，输入ga文件夹路径、DGPS文件路径、存储结果路径、滤波周期、装订漂移率，点击开始重力解算，得到的最终结果文件为GA_new.dat；所述坐标数据转换，包括：
采用卫星导航定位数据，收录定位数据的大地坐标经度、纬度，经转换形成BJ-54坐标系的大地坐标经度、纬度和地理坐标投影北向距、东向距。
在本发明实施例中，所述无人船上设置有重力仪和磁力仪，所述重力仪上的重力测量传感器采用专用高精度石英加速度计，测量范围宽(±2000Gal)，动态特性好，同时具有稳定的线性漂移率，便于数学补偿；采用SINS(Strap-down Inertial NavigationSystem，捷联式惯性导航系统)取代机械式框架平台，利用数学导航计算获得的姿态角，分解计算出重力测量传感器测量值的垂向分量，简单的系统物理构成使其具有更高的可靠性和方便维护的优点；SINS光学陀螺为全固态惯性器件，相对于机械式框架平台采用的机械式陀螺，其可靠性大幅提升，同时具有良好的动态环境适应性，降低了对搭载平台的条件要求；系统重量轻、体积小、功耗低、成本低。
在本发明实施例中，船载重力仪系统由“船载设备”和“差分GPS基站”和“离线处理工作站”三部分组成。
“船载设备”包括船载重力仪、辅助单元和GPS天线。船载重力仪用于重力信息的测量，内部集成有重力测量加速度计、SINS、GPS，SINS通过数学导航计算得出测量船姿态，根据姿态角对重力测量加速度计的测量值进行坐标轴分解，可以获得重力测量加速度计沿铅垂方向的测量值。辅助单元用于显示、记录重力仪测量信息，并进行不间断供电及供电管理；“差分GPS基站”：主要是由GPS天线和GPS接收机构成；“离线处理工作站”，主要是对数据进行离线处理的计算机及程序软件。
在本发明实施例中，船载重力仪系统工作时，采用两个不同的加速度测量系统，其中一个系统(SINS，捷联惯导系统)的输出含有引力加速度，而另一个系统(GPS)的输出不含引力加速度，在同一个坐标系内对两组加速度输出进行求差，即可消除共有的载体运动加速度，剩下的差值中包含引力加速度和传感器的系统误差，在通过补偿与滤波等手段提取重力异常信息。
船载重力仪系统采用高精度石英加速度计作为重力传感器，采用捷联惯导/DGPS组合(简称SINS/DGPS)获得运载体位置、航向和姿态，通过航向和姿态将重力传感器测量值数学分解到当地地理坐标系的东北天方向。石英加速度计式重力传感器测量的是比力，即引力加速度与运动加速度之和，通过DGPS测得的位置变化求解出运动加速度，比力与运动加速度相减得到引力加速度，即得到重力信息。
在本发明实施例中，无人船磁测系统以氦光泵磁总场测量系统为主。氦光泵磁总场测量系统主要由氦光泵磁力仪、数字补偿器收录一体机、卫导系统和电源模块等组成。通过卫导定位，实时测量并补偿搭载平台的磁干扰场，获取空间中某一点的磁总场强度的模量(T)，并可通过数据处理对采集的数据进行各项改正，获得该点磁场的相对值(ΔT)，无人船物探具有数据采集快速、工作效率高、便于大面积勘探等优点，无人船物探测量是在动态变化运动中进行的，除无人船磁力仪外，无人船磁总场测量系统中还有GPS导航定位、三分量磁力仪、电源等辅助测量设备，对无人船物探数据收录系统的基本要求是：具有较高的采样率，如每秒10次或更高；具有多种硬件接口，以适应各种仪器连接的需要；允许配接的仪器设备富有弹性，以适合组成具有一种或多种物探方法的、不同规模的测量系统；具有良好的同步采样机制；能够适合长时间连续工作，例如作业时间超过8小时。
在本发明实施例中，INS/DGPS融合导航姿态精度直接影响重力测量精度，而初始对准是捷联惯性导航的基础，是决定重力仪系统姿态精度的关键因素。此外，测量船体的高动态也容易激发出更多的捷联惯性系统误差源，因此对重力仪内部光纤IMU组件的精确建模与误差补偿提出了更高要求。为此，本发明的高动态导航误差补偿技术重点针对码头对准、水面航行中对准与导航、光纤IMU精确建模与误差补偿技术开展研究。
在码头对准时，滤波器状态变量的选择包括：惯导系统的经度误差、纬度误差、东速误差、北速误差、东向姿态误差、北向姿态误差、航向误差，外部基准为码头经纬度信息。
卡尔曼滤波方程如式(4-1)、(4-2)所示：
Z＝HX+V (4-2)
式中，X为状态变量，F为系统状态转移矩阵，W为系统噪声矢量即陀螺和加速度计的随机噪声，G为系统噪声矢量的系数矩阵。Z为观测矢量，H为观测矩阵，V为观测方程的随机噪声状态矢量。
高精度对准是一个逐渐逼近的过程，粗对准结束后各个状态变量误差较大，需要对其进行多次估计和反馈修正，逐步提高误差模型的线性化程度，增强个别变量的可观测度，从而提高误差估计精度，达到精确对准的目的。
在航行中对准时，以GNSS差分系统提供的速度作为外部输入基准。状态变量包括惯导系统的经度误差、纬度误差、东速误差、北速误差、东向姿态误差、北向姿态误差、航向误差，东向洋流误差、北向洋流误差等变量，量测基准信息为GNSS差分系统测速数据，数据使用前需要进行杆臂补偿和数据预处理。
公共状态包括等经度误差、纬度误差、东速误差、北速误差、东向姿态误差、北向姿态误差、航向误差7个变量，其信息融合算法如式(4-3)所示，
式中，
为公共状态变量，Pg为公共变量方差，
为局部滤波器变量，
为局部滤波器变量方差，航行中对准之初建立粗略姿态矩阵时，需要短时间限制载体进行转弯机动，之后利用卡尔曼滤波器进行精对准及组合导航时，不再限制载体机动。
利用系统标定方法实现光纤IMU高精度误差补偿，利用高精度温控箱和三轴位置速率转台，根据光纤IMU误差模型，研究IMU系统误差分离、解耦及辨识方法，设计高精度的误差标定方法，实现对IMU的高精度标定。IMU的粗标定采用多位置标定和速率标定结合的方式。精标定采用系统级标定方法，以导航误差为观测量，以标定参数误差为状态量，解决减振器、环境温度变化等对IMU标定精度的影响。
在本发明实施例中，本发明采用GNSS差分技术实现水面测量小船的高精度导航定位，从而使高动态环境下海洋重力测量的垂直扰动加速度估计精度和eotvos改正精度有可能达到小于1mGal量级。
由于垂向干扰加速度的计算精度直接1：1传递到重力信息提取误差当中，如果要实现系统重力测量精度优于1mGal，则要求GNSS差分计算船体垂向加速度的精度达到亚毫伽级，具有研制难度。
船体垂向加速度的精确确定主要有两种方法：一、利用数字微分的方法对位置信息进行二次微分或对速度信息进行一次微分，估计出加速度序列。其对定位、速度精度的要求很高，需要采用载波相位测量差分技术；二、对载波相位观测值进行二次数字微分，得到载波相位加速度序列，然后建立相位加速度“观测值”与载体运动速率之间的观测方程，解算方程，给出船体垂直干扰加速度的估计值。该方法具有精度高和避免整周模糊度确定的优点。
通常，重力异常信号最大只约为0.001m/s2，而高动态海洋环境下，由于船体的不规则运动和船体本身振动等因素给大型测量船带来的扰动加速度可达200Gal，对于小型水面小船来说，干扰加速度的量级会更大。因此，从信噪比极低的重力测量数据中提取重力异常的难度更大。
需要设计性能优良的滤波器来处理扰动噪声。最常用的数字滤波器是无限冲激响应数字滤波器(即IIR数字滤波器)和有限冲激响应数字滤波器(即FIR数字滤波器)。FIR数字滤波器的最大优点在于可以得到严格的线性相位,并且总是稳定的。由于海洋重力测量中信号主要集中在低频段，所以多采用FIR低通数字滤波器进行海洋重力测量数据的处理。研制过程中，将研究滤波器参数的选择对滤波器性能的影响，分析比较利用各种窗函数设计的FIR低通数字滤波器在高动态环境下海洋重力测量滤波处理中的应用特性。此外，正反卡尔曼滤波方法具有正滤波反平滑的特点，还将考察正反卡尔曼滤波方法在消除相位畸变、恢复重力信号方面的可行性和精度。
高动态海洋环境下的重力提取算法的计算过程分为4步：
(1)通过GNSS基站和水面测量小船上的GNSS移动站信息，利用GNSS差分技术直接获取测量小船的高精度位置、速度信息并间接计算得到垂向干扰加速度。因为差分技术容易放大信号中的高频噪声，所以需要进行适当的平滑滤波处理。
(2)将光纤IMU原始信息(包括陀螺和加速度计的输出)与GNSS位置、速度信息进行组合导航融合处理，计算垂向比力大小，并经过平滑滤波处理。
(3)通过(1)和(2)获得的信息，计算消除载体的垂向加速度，并经过各项改正，获得原始的重力异常信息。
(4)设计滤波器，对原始重力异常信息进行去噪处理，获取高精度海洋重力异常信号。
一种无人船重磁测量系统，包括：
观测模块，用于观察测量区域的周边地理环，选择合适的地点将无人船放下水；
布设模块，用于将所述无人船运输至所述测量区域，并布设测网；
获取模块，用于获取所述无人船重力以及磁力测量数据；
处理模块，用于对所述无人船重力以及磁力测量数据进行处理；
获得模块，用于得到所述无人船重力和磁力测量海试结果；
地面磁日变系统，所述地面磁日变系统包括：HC07氦光泵磁力仪、DDSI微机收录系统和3057型两笔模拟记录仪，所述HC07型氦光泵磁力仪，显示灵敏度：0.01nT，环路带宽：0-2Hz，采样率：1-10次/秒可选，探头转向差：≤1.0nT，测量范围：30000-80000nT，所述DDSⅠ型日变收录系统，收录能力：64位D25微机打印机口，扫描源：内部、外部，扫描速率：1次/秒，输出：模拟磁场值10nT/500mV；时标，误码率：﹤1‰，所述3057型2笔模拟记录仪，动作方式：自动平衡型(直流伺服方式)，记录笔间距：约5mm，有效记录宽度：150mm/100分度，精度：有效记录宽度±0.25％，量程间误差：满量程的±0.25％，记录纸：折叠纸175mm宽×15mm，记录纸传送速度：2cm/min，记录参数：磁日变值(0.1nT/格)、时间(2cm/min)，磁日变测量系统集成，磁日变测量系统以HC-07氦光泵磁力仪为核心，通过数据线分别连接磁力仪探头、3057-23两笔记录仪和DDS-1日变数据收录系统。磁力仪通过28V直流稳压电源提供电力，两笔记录仪和收录系统通过220V市电提供电力，完成连接检查无误后通电，各仪器工作正常，系统集成完毕，所述磁日变观测是船磁测量中的一个重要环节，磁日变资料质量的好坏，直接影响船磁测量的质量，为对船磁原始数据进行有效的地磁日变改正和掌握磁日变动态变化，设立磁日变观测站是必不可少的。日变站距测区边缘最大距离不超过200km。
日变站选址：磁日变观测站选在磁场平静、磁梯度小、人文干扰少的地方，要求以探头为中心的水平面2m半径范围内磁场变化不超过1nT。探头位置和高度确定后应保持不变，探头与建筑物之间距离应大于20m。确定日变站后，进行24小时观测，观察有无人文干扰，确定日变基值。
日变观测：日变观测在无人船起航前30分钟开机并记录开机时间，以GPS时间为准校准时间，确保空、地时间一致。航行过程中密切观察周围干扰，在纸卷上至少每隔30分钟注明一次磁场值、时间，出现人文干扰和意外情况时标注说明。当有磁暴、磁扰或日变记录连续出现3分钟变化大于5nT时，及时通知技术负责人，决定无人船是否返航。测量结束后，记录关机时间，及时做好日变资料的整理、数据拷贝工作并对资料质量进行评价。
图3为本发明实施例提供的一种无人船重磁测量设备的结构示意图。图3示出了适于用来实现本发明实施方式的示例性无人船重磁测量设备的框图。图3显示的无人船重磁测量设备仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图3所示，无人船重磁测量设备以通用计算设备的形式表现。无人船重磁测量设备的组件可以包括但不限于：一个或者多个处理器或者处理单元，存储器，连接不同系统组件(包括存储器和处理单元)的总线。
总线表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储器总线或者存储器控制器，外围总线，图形加速端口，处理器或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。举例来说，这些体系结构包括但不限于工业标准体系结构(ISA)总线，微通道体系结构(MAC)总线，增强型ISA总线、视频电子标准协会(VESA)局域总线以及外围组件互连(PCI)总线。
无人船重磁测量设备典型地包括多种计算机系统可读介质。这些介质可以是任何能够被无人船重磁测量设备访问的可用介质，包括易失性和非易失性介质，可移动的和不可移动的介质。
存储器可以包括易失性存储器形式的计算机系统可读介质，例如随机存取存储器(RAM)和/或高速缓存存储器。无人船重磁测量设备可以进一步包括其它可移动/不可移动的、易失性/非易失性计算机系统存储介质。仅作为举例，存储系统可以用于读写不可移动的、非易失性磁介质(图3未显示，通常称为“硬盘驱动器”)。尽管图3中未示出，可以提供用于对可移动非易失性磁盘(例如“软盘”)读写的磁盘驱动器，以及对可移动非易失性光盘(例如CD-ROM，DVD-ROM或者其它光介质)读写的光盘驱动器。在这些情况下，每个驱动器可以通过一个或者多个数据介质接口与总线相连。存储器可以包括至少一个程序产品，该程序产品具有一组(例如至少一个)程序模块，这些程序模块被配置以执行本发明各实施例的功能。
具有一组(至少一个)程序模块的程序/实用工具，可以存储在例如存储器中，这样的程序模块包括但不限于操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。程序模块通常执行本发明所描述的实施例中的功能和/或方法。
无人船重磁测量设备也可以与一个或多个外部设备(例如键盘、指向设备、显示器等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该无人船重磁测量设备交互的设备通信，和/或与使得该无人船重磁测量设备能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如网卡，调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口进行。并且，无人船重磁测量设备还可以通过网络适配器与一个或者多个网络(例如局域网(LAN)，广域网(WAN)和/或公共网络，例如因特网)通信。如图所示，网络适配器通过总线与无人船重磁测量设备的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合无人船重磁测量设备使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、RAID系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。
处理单元通过运行存储在存储器中的程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，例如实现本发明任意实施例提供的无人船重磁测量方法。也即：观察测量区域的周边地理环境，选择合适的地点将无人船放下水；将所述无人船运输至所述测量区域，并布设测网；获取所述无人船重力以及磁力测量数据；对所述无人船重力以及磁力测量数据进行处理；得到所述无人船重力和磁力测量海试结果。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本发明任意实施例所述的无人船重磁测量方法，该方法包括：
观察测量区域的周边地理环境，选择合适的地点将无人船放下水；将所述无人船运输至所述测量区域，并布设测网；获取所述无人船重力以及磁力测量数据；对所述无人船重力以及磁力测量数据进行处理；得到所述无人船重力和磁力测量海试结果。
本发明实施例的计算机存储介质，可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质，例如可以是，但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言，诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言，诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，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，或者对其中组件分或者全组件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申请各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种无人船重磁测量方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
步骤1：观察测量区域的周边地理环境，选择合适的地点将无人船放下水；
步骤2：将所述无人船运输至所述测量区域，并布设测网；
步骤3：获取所述无人船重力以及磁力测量数据；
步骤4：对所述无人船重力以及磁力测量数据进行处理；
步骤5：得到所述无人船重力和磁力测量海试结果。
2.根据权利要求1所述的无人船重磁测量方法，其特征在于，所述对所述无人船重力以及磁力测量数据进行处理，包括：
步骤41：使用GeoProbe软件对船磁系统采集的原始数据进行预处理，所述预处理包括：海上数据入库，日变数据处理及入库，坐标转换，计算正常场及校正以及磁日变校正；
步骤42：使用SAGPostSolve软件对重力数据进行预处理，所述预处理内容包括：GNSS数据合并、重力仪数据合并与解码、GNSS数据差分处理、组合导航解算以及重力异常解算；
步骤43：处理得到的海上重磁数据，通过GeoProbe软件以及Oasis软件进行重磁测量工作量统计、磁四阶差分动态噪声统计、重复线内符合精度与交叉点精度计算以及数据采集质量统计。
3.根据权利要求2所述的无人船重磁测量方法，其特征在于：所述对所述无人船重力以及磁力测量数据进行处理，还包括：
步骤43：通过GNSS基站和水面测量无人船上的GNSS移动站信息，利用GNSS差分技术直接获取测量无人船的高精度位置、速度信息并间接计算得到垂向干扰加速度；
步骤44：将光纤IMU原始信息与GNSS位置、速度信息进行组合导航融合处理，计算垂向比力大小，并经过平滑滤波处理；
步骤45：通过步骤43和步骤44获得的信息，计算消除载体的垂向加速度，并经过各项改正，获得原始的重力异常信息；
步骤46：设计滤波器，对原始重力异常信息进行去噪处理，获取高精度海洋重力异常信号。
4.根据权利要求3所述的无人船重磁测量方法，其特征在于：所述GNSS数据差分处理，包括：
使用地面差分基站数据或使用精密星历数据；
与拼接后的OEM_all.dat数据进行差分处理，获得DGPS数据。
5.根据权利要求4所述的无人船重磁测量方法，其特征在于：所述重力数据预处理，包括：
使用SAGPostSolve软件，将重力仪测量数据文件中的testfore、testing、tested三个子文件夹中的YS_*.dat数据按时间先后顺序统一排序。
6.根据权利要求5所述的无人船重磁测量方法，其特征在于：所述重力异常提取，包括：
利用得到的DGPS数据和ga_*.dat数据进行重力异常提取；
打开zfklm_ga_InterFace.exe文件，输入ga文件夹路径、DGPS文件路径、存储结果路径、滤波周期、装订漂移率，点击开始重力解算，得到的文件为GA_new.dat。
7.根据权利要求6所述的无人船重磁测量方法，其特征在于：所述坐标数据转换，包括：
采用卫星导航定位数据，收录定位数据的大地坐标经度、纬度，经转换形成BJ-54坐标系的大地坐标经度、纬度和地理坐标投影北向距、东向距。
8.一种无人船重磁测量系统，其特征在于：包括：
观测模块，用于观察测量区域的周边地理环境，选择合适的地点将无人船放下水；
布设模块，用于将所述无人船运输至所述测量区域，并布设测网；
获取模块，用于获取所述无人船重力以及磁力测量数据；
处理模块，用于对所述无人船重力以及磁力测量数据进行处理；
获得模块，用于得到所述无人船重力和磁力测量海试结果。
9.一种无人船重磁测量设备，其特征在于，包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-7中任一所述的无人船重磁测量方法。
10.一种计算机可读计算机可读存储介质，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一所述的无人船重磁测量方法。
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| CN202210816826.XA CN115166856B (zh) | 2022-07-12 | 2022-07-12 | 一种无人船重磁测量方法、系统、设备及计算机可读存储介质 |
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