海洋重力仪数据处理方法研究及其软件实现

摘要

水下运载体主要利用惯性导航系统（Inertial Navigation System）进行定位。由于惯性导航系统利用航位推算获得载体运动参数，定位误差随着时间积累，故需要定期重调来保证导航精度。地球重力辅助导航有利于水下运载体的隐蔽性，是延长惯性导航系统重调周期的重要手段。利用海洋重力仪获得高精度重力信息是重力辅助导航的前提，而海洋重力仪数据处理是海洋重力仪的重要组成部分。因此，研究海洋重力仪数据处理方法具有十分重要的意义。 本文针对某型号海洋重力仪研究重力异常测量数据滤波和校正畸变的方法。在建立海洋重力仪系统及其输入信号数学模型的基础上，采用具有线性相位的FIR数字低通滤波器消除重力异常测量信号中的海浪高频干扰噪声；使用具有鲁棒性的H∞滤波去除海洋重力仪的测量噪声；采用离散Kalman反滤波方法估计原始重力异常信号，从而消除重力异常信号通过海洋重力仪时产生的畸变。仿真表明，重力异常测量数据经过处理后，海浪高频干扰噪声基本消除，畸变得以校正，获得了较高精度的重力异常信号。本文还对滤波和畸变校正之后的重力异常测量信号进行了各种改正，包括：厄特弗斯改正、布格改正、零点漂移改正和潮汐改正。最后，选用面向对象Delphi语言设计海洋重力仪数据处理软件，并对该软件进行了半物理仿真试验。 本文的海洋重力仪数据处理方法与现有的处理方法相比，采用动态补偿幅度衰减和相位滞后的方法，从而得到更加精确的重力异常值。同时，海洋重力仪数据处理方法的软件设计也为将来实时测量重力异常数据处理软件奠定了基础。

目录

文摘

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第一章 绪论

1.1 课题背景

1.2 海洋重力测量技术

1.2.1 重力测量方法

1.2.2 海洋重力测量特点

1.3 海洋重力仪研究现状

1.3.1 海洋重力仪国外研究现状

1.3.2 海洋重力仪国内研究现状

1.4 本文的主要内容

第二章 海洋重力仪系统及其输入信号模型

2.1 海洋重力仪控制系统模型

2.1.1 海洋重力仪系统传递函数

2.1.2 海洋重力仪系统性能分析

2.2 海洋重力仪输入信号模型

2.2.1 重力异常信号

2.2.2 海浪干扰信号

2.3 海洋重力仪输出信号

2.4 小结

第三章 海洋重力仪数据处理算法

3.1 FIR数字低通滤波器

3.1.1 数字滤波器及其分类

3.1.2 FIR数字滤波器原理

3.1.3 窗口法设计FIR数字低通滤波器

3.2 Kalman反滤波

3.2.1 Kalman滤波理论

3.2.2 Kalman反滤波

3.2.3 线性连续时间状态方程的离散化

3.3 H∞滤波

3.4 海洋重力仪数据处理算法仿真

3.4.1 FIR数字低通滤波器仿真

3.4.2 H∞滤波仿真

3.4.3 Kalman反滤波仿真

3.5 重力异常信号改正

3.5.1 厄特弗斯(E(o)tv(o)s)改正

3.5.2 高度改正

3.5.3 中间层改正

3.5.4 潮汐改正

3.5.5 零点漂移改正

3.6 小结

第四章 海洋重力仪数据处理软件系统

4.1 海洋重力仪数据处理软件总体方案

4.1.1 海洋重力异常值计算

4.1.2 海洋重力仪数据处理软件流程

4.2 海洋重力仪数据处理模块设计

4.2.1 读取重力异常测量数据及载体参数模块

4.2.2 FIR数字低通滤波、H∞滤波与Kalman反滤波模块

4.2.3 重力异常改正模块

4.2.4 数据处理结果显示模块

4.3 软件界面及其功能

4.4 小结

第五章 海洋重力仪数据处理软件半物理仿真试验

5.1 试验方案

5.2 试验过程及结果

5.3 小结

结束语

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文