基于测量包络线的重力测量动态误差消除方法

1.本技术涉及重力测量领域，特别是涉及一种基于测量包络线的重力测量动态误差消除方法、装置、计算机设备和存储介质。


背景技术：

2.动态重力测量设备按照原理可以分成三类：一是基于双轴稳定平台的重力仪；二是基于三轴平台惯导系统的重力仪；三是基于捷联惯导系统的重力仪。无论是哪种重力仪，对于动态重力测量而言，载体(飞机、轮船或者地面车辆)需要沿着事先规划好的测线匀速直线航行。
3.然而，在实际的测量过程中，载体很难保持匀速行驶的状态，总会表现出一定的动态性，载体的这一动态运动会对重力测量带来影响，制约着动态重力仪的使用环境，需要对重力仪的动态误差进行消除。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够消除重力仪的动态误差的基于测量包络线的重力测量动态误差消除方法、装置、计算机设备和存储介质。
5.一种基于测量包络线的重力测量动态误差消除方法，所述方法包括：
6.获取重力仪上的原始重力测量结果；
7.确定原始重力测量结果的局部极大值点和局部极小值点；
8.根据局部极大值点和局部极小值点进行拟合，得到原始重力测量结果的上下包络线；
9.将上下包络线进行相关性分析，得到强相关性的上下包络线；
10.对强相关性的上下包络线进行平均计算，将计算结果作为外部观测量构建观测方程；
11.根据观测方程和预先构建的状态方程进行卡尔曼滤波，得到动态误差消除后的重力测量结果。
12.在其中一个实施例中，获取重力仪上的原始重力测量结果步骤包括：
13.根据测量作业规范，从重力仪中得到比力测量值；从gnss中得到载体的位置、速度和加速度信息。
14.在另一个实施例中，根据比力测量值和载体的位置、速度、加速度信息，得到原始重力测量结果。
15.在其中一个实施例中，根据比力测量值和载体的位置、速度、加速度信息，得到原始重力测量结果，包括：
16.17.其中，δgd表示原始重力测量结果，表示载体的垂向运动加速度，fd表示重力仪获得的垂向上的比力测量值，ω
ie
表示地球自转角速度，ve表示载体的东向速度，vn表示载体的北向速度，rn表示地球的子午圈曲率半径，rm表示地球的卯酉圈曲率半径，l表示纬度，h表示高度，γ表示地球的正常重力。
18.在其中一个实施例中，将上下包络线进行相关性分析，得到强相关性的上下包络线，包括：对上下包络线进行傅里叶变换，分别得到对应的频域信号；根据频域信号，得到强相关性的上下包络线。
19.在其中一个实施例中，根据频域信号，得到强相关性的上下包络线，包括：将频域信号进行相关性分析，得到相关性强的频域信号；对相关性强的频域信号进行傅里叶反变换，得到强相关性的上下包络线。
20.在其中一个实施例中，对强相关性的上下包络线进行平均计算，将计算结果作为外部观测量构建观测方程，包括：
[0021][0022]
其中，h
gnss
为卫星高度观测信息，为外部观测量，rh、rg为观测白噪声，h表示高度，vd表示垂向速度，δgd表示原始重力测量结果，表示重力测量结果的一次微分。
[0023]
一种基于测量包络线的重力测量动态误差消除装置，所述装置包括：
[0024]
获取测量结果模块，用于获取重力仪上的原始重力测量结果；
[0025]
确定极值点模块，用于确定原始重力测量结果的局部极大值点和局部极小值点；
[0026]
拟合模块，用于根据局部极大值点和局部极小值点进行拟合，得到原始重力测量结果的上下包络线；
[0027]
相关性分析模块，用于将上下包络线进行相关性分析，得到强相关性的上下包络线；
[0028]
构建观测方程模块，用于对强相关性的上下包络线进行平均计算，将计算结果作为外部观测量构建观测方程；
[0029]
卡尔曼滤波模块，用于根据观测方程和预先构建的状态方程进行卡尔曼滤波，得到动态误差消除后的重力测量结果。
[0030]
一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
[0031]
获取重力仪上的原始重力测量结果；
[0032]
确定原始重力测量结果的局部极大值点和局部极小值点；
[0033]
根据局部极大值点和局部极小值点进行拟合，得到原始重力测量结果的上下包络线；
[0034]
将上下包络线进行相关性分析，得到强相关性的上下包络线；
[0035]
对强相关性的上下包络线进行平均计算，将计算结果作为外部观测量构建观测方
程；
[0036]
根据观测方程和预先构建的状态方程进行卡尔曼滤波，得到动态误差消除后的重力测量结果。
[0037]
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
[0038]
获取重力仪上的原始重力测量结果；
[0039]
确定原始重力测量结果的局部极大值点和局部极小值点；
[0040]
根据局部极大值点和局部极小值点进行拟合，得到原始重力测量结果的上下包络线；
[0041]
将上下包络线进行相关性分析，得到强相关性的上下包络线；
[0042]
对强相关性的上下包络线进行平均计算，将计算结果作为外部观测量构建观测方程；
[0043]
根据观测方程和预先构建的状态方程进行卡尔曼滤波，得到动态误差消除后的重力测量结果。
[0044]
上述基于测量包络线的重力测量动态误差消除方法、装置、计算机设备和存储介质，首先对原始重力测量结果的局部极大值点和局部极小值点，得到原始重力测量结果的上下包络线，通过将上下包络线进行相关性分析，得到相关性强的频域信号，然后其进行傅里叶反变换得到强相关性的上下包络线，根据强相关性的上下包络线进行平均计算得到的结果作为外部观测量构建观测方程，得到动态误差消除后的重力测量结果，本技术通过利用原始重力测量结果的包络线构建观测方程后利用卡尔曼滤波对动态误差进行消除，不需要增加额外的测线和观测信息，利用测线的原始测量结果就可以实现动态误差的消除，实现简便，工作量小且本技术的动态误差消除方法与重力仪的工作原理无关，适用于多种重力仪，适用范围广。
附图说明
[0045]
图1为一个实施例中一种基于测量包络线的重力测量动态误差消除方法的流程示意图；
[0046]
图2为一个实施例中原始重力测量结果的局部极大值和极小值点示意图；
[0047]
图3为一个实施例中原始重力测量结果的上下包络线示意图；
[0048]
图4为一个实施例中动态误差消除后的重力测量结果示意图；
[0049]
图5为一个实施例中一种基于测量包络线的重力测量动态误差消除装置的结构框图；
[0050]
图6为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
[0051]
为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
[0052]
在一个实施例中，如图1所示，提供了一种基于测量包络线的重力测量动态误差消
除方法，包括以下步骤：
[0053]
步骤102，获取重力仪上的原始重力测量结果。
[0054]
根据测量作业规范，获取测线上的原始重力测量结果，由于载体动态运动的影响，该测量结果中包含有动态误差，先从重力仪中得到比力测量值，再利用gnss，从gnss中得到载体的位置、速度和加速度信息，根据比力测量值和载体的位置、速度和加速度信息，得到原始重力测量结果。
[0055]
步骤104，确定原始重力测量结果的局部极大值点和局部极小值点，根据局部极大值点和局部极小值点进行拟合，得到原始重力测量结果的上下包络线。
[0056]
确定原始重力测量结果的局部极大值点和局部极小值点之后，对局部极大值点和局部极小值点进行拟合，可以得到原始重力测量结果的上下包络线，如图2和图3所示。
[0057]
步骤106，将上下包络线进行相关性分析，得到强相关性的上下包络线。
[0058]
对上、下包络线进行傅里叶变换，分别得到对应的频域信号，去除相关性不强的频域信号，主要是各种噪声和测量误差，只保留相关性强的成分，再对相关性强的成分的频域信号进行傅里叶反变换，得到具有强相关性的上下包络线，强相关性的上下包络线是不包含噪声和测量误差的包络线。
[0059]
步骤108，对强相关性的上下包络线进行平均计算，将计算结果作为外部观测量构建观测方程。
[0060]
动态误差会导致测量值在真值上下近似于等幅波动，因此上下包络线的均值反映了重力真实结果的趋势，将不包含噪声和测量误差的包络线求平均，将平均结果作为重力测量结果的外部观测量，即动态误差消除后的重力测量结果的参考值，利用外部观测量来构建观测方程。
[0061]
步骤108，根据观测方程和预先构建的状态方程进行卡尔曼滤波，得到动态误差消除后的重力测量结果。
[0062]
选取作为状态变量，构建卡尔曼滤波的状态方程如下：
[0063][0064]
其中，dt为卫星数据采样周期；qf、qg为系统白噪声，为高度的微分，为垂向速度的微分，为重力测量结果的一次微分，为重力测量结果的二次微分。
[0065]
根据观测方程和卡尔曼滤波的状态方程进行去噪后得到动态误差消除后的重力测量结果，如图4所示。
[0066]
上述基于测量包络线的重力测量动态误差消除方法，首先对原始重力测量结果的局部极大值点和局部极小值点，得到原始重力测量结果的上下包络线，通过将上下包络线进行相关性分析，得到相关性强的频域信号，然后其进行傅里叶反变换得到强相关性的上下包络线，根据强相关性的上下包络线进行平均计算得到的结果作为外部观测量构建观测
方程，得到动态误差消除后的重力测量结果，本技术通过利用原始重力测量结果的包络线构建观测方程后利用卡尔曼滤波对动态误差进行消除，不需要增加额外的测线和观测信息，利用测线的原始测量结果就可以实现动态误差的消除，实现简便，工作量小且本技术的动态误差消除方法与重力仪的工作原理无关，适用于多种重力仪，适用范围广。
[0067]
在其中一个实施例中，获取重力仪上的原始重力测量结果步骤包括：
[0068]
根据待测重力仪的测量作业规范，从重力仪中得到比力测量值；从gnss中得到载体的位置、速度和加速度信息。
[0069]
在另一个实施例中，根据比力测量值和载体位置、速度、加速度信息，得到原始重力测量结果。
[0070]
在其中一个实施例中，根据比力测量值和载体的位置、速度、加速度信息，得到原始重力测量结果，包括：
[0071][0072]
其中，δgd表示原始重力测量结果，表示载体的垂向运动加速度，fd表示重力仪获得的垂向上的比力测量值，ω
ie
表示地球自转角速度，ve表示载体的东向速度，vn表示载体的北向速度，rn表示地球的子午圈曲率半径，rm表示地球的卯酉圈曲率半径，l表示纬度，h表示高度，γ表示地球的正常重力。
[0073]
在其中一个实施例中，将上下包络线进行相关性分析，得到强相关性的上下包络线，包括：对上下包络线进行傅里叶变换，分别得到对应的频域信号；根据频域信号，得到强相关性的上下包络线。
[0074]
在另一个实施例中，根据频域信号，得到强相关性的上下包络线，包括：将频域信号进行相关性分析，得到相关性强的频域信号；对相关性强的频域信号进行傅里叶反变换，得到强相关性的上下包络线。
[0075]
上下包络线是原始重力测量结果的包络线，原始重力测量结果中包含误差，则该上下包络线中的存在误差，对该上下包络线进行傅里叶变换，得到对应的频域信号，对频域信号进行相关性分析，去除相关性不强的噪声和误差部分的频域信号，得到没有误差的强相关性的频域信号，对该强相关性的频域信号进行傅里叶反变换，得到不包含误差的强相关性的上下包络线。
[0076]
在其中一个实施例中，对强相关性的上下包络线进行平均计算，将计算结果作为外部观测量构建观测方程，包括：
[0077][0078]
其中，h
gnss
为卫星高度观测信息，为外部观测量，rh、rg为观测白噪声，h表示高度，vd表示垂向速度，δgd表示原始重力测量结果，表示重力测量结果的一次微分。
[0079]
应该理解的是，虽然图1的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
[0080]
在一个实施例中，如图5所示，提供了一种基于测量包络线的重力测量动态误差消除装置，包括：获取测量结果模块502、拟合模块504、相关性分析模块506、构建观测方程模块508和卡尔曼滤波模块510，其中：
[0081]
获取测量结果模块502，用于获取重力仪上的原始重力测量结果。
[0082]
拟合模块504，用于确定原始重力测量结果的局部极大值点和局部极小值点，根据局部极大值点和局部极小值点进行拟合，得到原始重力测量结果的上下包络线。
[0083]
相关性分析模块506，用于将上下包络线进行相关性分析，得到强相关性的上下包络线。
[0084]
构建观测方程模块508，用于对强相关性的上下包络线进行平均计算，将计算结果作为外部观测量构建观测方程；
[0085]
卡尔曼滤波模块510，用于根据观测方程和预先构建的状态方程进行卡尔曼滤波，得到动态误差消除后的重力测量结果。
[0086]
在一个实施例中，获取测量结果模块502还用于根据测量作业规范，从重力仪中得到比力测量值；从gnss中得到载体的位置、速度和加速度信息。
[0087]
在另一个实施例中，获取测量结果模块502还用于根据比力测量值和载体位置、速度、加速度信息，得到原始重力测量结果。
[0088]
在一个实施例中，获取测量结果模块502还用于根据比力测量值和载体的位置、速度、加速度信息，得到原始重力测量结果，包括：
[0089][0090]
其中，δgd表示原始重力测量结果，表示载体的垂向运动加速度，fd表示重力仪获得的垂向上的比力测量值，ω
ie
表示地球自转角速度，ve表示载体的东向速度，vn表示载体的北向速度，rn表示地球的子午圈曲率半径，rm表示地球的卯酉圈曲率半径，l表示纬度，h表示高度，γ表示地球的正常重力。
[0091]
在一个实施例中，相关性分析模块506还用于对上下包络线进行傅里叶变换，分别得到对应的频域信号；根据频域信号，得到强相关性的上下包络线。
[0092]
在一个实施例中，相关性分析模块506还用于根据频域信号，得到强相关性的上下包络线，包括：将频域信号进行相关性分析，得到相关性强的频域信号；对相关性强的频域信号进行傅里叶反变换，得到强相关性的上下包络线。
[0093]
在一个实施例中，构建观测方程模块508还用于对强相关性的上下包络线进行平均计算，将计算结果作为外部观测量构建观测方程，包括：
[0094][0095]
其中，h
gnss
为卫星高度观测信息，为外部观测量，rh、rg为观测白噪声，h表示高度，vd表示垂向速度，δgd表示原始重力测量结果，表示重力测量结果的一次微分。
[0096]
关于基于测量包络线的重力测量动态误差消除装置的具体限定可以参见上文中对于基于测量包络线的重力测量动态误差消除方法的限定，在此不再赘述。上述基于测量包络线的重力测量动态误差消除装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
[0097]
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图6所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种基于测量包络线的重力测量动态误差消除方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
[0098]
本领域技术人员可以理解，图6中示出的结构，仅仅是与本技术方案相关的部分结构的框图，并不构成对本技术方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
[0099]
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，该存储器存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现上述实施例中方法的步骤。
[0100]
在一个实施例中，提供了一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中方法的步骤。
[0101]
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本技术所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(rom)、可编程rom(prom)、电可编程rom(eprom)、电可擦除可编程rom(eeprom)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(ram)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram以多种形式可得，诸如静态ram(sram)、动态ram(dram)、同步dram(sdram)、双数据率sdram(ddrsdram)、增强
型sdram(esdram)、同步链路(synchlink)dram(sldram)、存储器总线(rambus)直接ram(rdram)、直接存储器总线动态ram(drdram)、以及存储器总线动态ram(rdram)等。
[0102]
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0103]
以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。