一种航空重力测量数据向下延拓方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种航空重力测量数据向下延拓方法及系统。该方法包括获取各空中点的原始重力观测数据；对所述原始重力观测数据进行预处理，得到格网化的空中点重力异常数据；根据本发明专利技术提出的改进的泊松(Poisson)积分迭代法将格网化的空中点重力异常数据向地面延拓，得到地面重力异常数据。本发明专利技术提供的航空重力测量数据向下延拓方法及系统具有对计算机性能要求较低、计算速度较快、延拓结果精度较高的优势。

【技术实现步骤摘要】
一种航空重力测量数据向下延拓方法及系统
本专利技术涉及航空重力测量领域，特别是涉及一种航空重力测量数据向下延拓方法及系统。
技术介绍
航空重力测量技术，因其可以在沙漠、沼泽、冰川、丘陵、原始森林、陆海交界等一些难以开展地面重力测量的区域进行作业，以及能够快速经济地获取高精度高分辨率地球重力场中高频信息，从而使航空重力测量技术成为获取地球重力场测量数据最有效的技术手段之一。航空重力测量数据在应用时，一般需要延拓到地球表面或大地水准面上，主要用于不同类型重力测量数据的融合、全球或区域地球重力场模型的构建、全球或区域(似)大地水准面的精化、水下重力匹配辅助导航中重力基准图的生成等。目前常用的航空重力测量数据延拓方法主要包括最小二乘法、解析法、直接代表法、正则化法等。这些方法在实际应用时，各有优劣。最小二乘法的基本原理是利用由地面重力数据计算空中重力数据的Poisson积分方程建立观测方程，通过矩阵求逆运算实现由空中重力数据解算地面重力数据的目的。最小二乘法原理简单，能给出延拓结果的精度估计信息。但是，该方法的延拓区域较大时Poisson积分方程需要进行离散化处理，从而引入离散化误差；矩阵存储量大，对计算机内存要求较高，计算速度很慢，并且矩阵病态性严重，延拓结果精度很差。解析法的基本原理是以延拓面作为边界面，将航空重力测量数据沿径向投影到边界面上，从而得到延拓面上的重力数据。解析法的优势是原理简单，对计算机要求不高，而且计算速度非常快。但是，该方法需要满足一定的假设条件，不能给出延拓结果的精度估计信息，受截断误差和参考重力场模型误差的影响较大，延拓结果精度一般。直接代表法的基本原理是利用空中重力数据代表地面相关区域平均重力数据的主项，并利用地形高数据恢复相应的高频信息。该方法原理简单，对计算机要求不高，而且计算速度很快；避免了空中重力数据向下延拓的不稳定性，又可获得比较理想的地面平均重力数据；使用方便，无边界效应，且不受测区范围大小的限制，延拓结果精度较好。但是，不能给出延拓结果的精度估计信息，并且需要测区内较精细的地形高数据。正则化法的基本原理是在最小二乘法的基础上，通过对病态法方程矩阵添加正则化参数，提高法方程矩阵的稳定性，从而抑制高频段观测误差对估值的影响。该方法能给出延拓结果的精度估计信息，在目前航空重力测量数据向下延拓算法中精度最高。但是，该方法需要确定最优正则化参数，并且参数选择的优劣直接影响了最终延拓结果的精度；延拓结果有偏，引入了一定的系统误差；延拓区域较大时矩阵存储量大，对计算机内存要求较高，计算速度较慢。综上所述，目前已有的航空重力测量数据向下延拓方法不能兼顾精度与效率。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种航空重力测量数据向下延拓方法及系统，该方法及系统具有对计算机性能要求较低、计算速度较快、延拓结果精度较高的优势。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种航空重力测量数据向下延拓方法，所述方法包括：获取各空中点的原始重力观测数据；对所述原始重力观测数据进行预处理，得到格网化的空中点重力异常数据；根据将格网化的空中点重力异常数据向地面延拓，得到地面重力异常数据，所述地面重力异常数据为所述空中点重力异常数据向地面的延拓，其中，为所述地面重力异常数据的第n+1次迭代，为所述地面重力异常数据的第n次迭代，为设定格网面元内的地面重力异常数据的第n次迭代，A为系数矩阵，所述系数矩阵的对角线元素为非对角线元素为ρ为空中点和地面点之间的距离，r为空中点的地心向径，θ为空中点地心余纬，λ为空中点的地心经度；R表示地面点的地心向径，θ'表示地面点的地心余纬，λ'表示地面点的地心经度；ψ表示地面点和空中点之间的球面角距，cosψ＝cosθ'cosθ+sinθ'sinθcos(λ′-λ)，dsj为空中点对应的地面格网面元，ψ0为设定积分半径，Nc为所述设定积分半径ψ0中包含的地面点的个数。可选的，所述对所述原始重力观测数据进行预处理，得到格网化的空中点重力异常数据，具体包括：对所述原始重力观测数据进行当量转换、误差补偿和数据格式转换，得到第一预处理数据；对所述第一预处理数据进行惯性导航解算、GNSS解算以及惯性/GNSS组合导航解算，得到第二预处理数据；对所述第二预处理数据进行测线划分、采样率统一、测线扰动重力解算，得到第三预处理数据；对所述第三预处理数据进行低通滤波、测线网平差和格网化处理，得到格网化的空中点重力异常数据。可选的，所述根据将格网化的空中点重力异常数据向地面延拓，具体包括：设定迭代初始条件根据对所述地面重力异常数据进行迭代，直至相邻两次迭代得到的所述地面重力异常数据之间的差值小于设定阈值时，停止迭代。可选的，所述方法还包括：对所述地面重力异常数据进行精度评估。可选的，所述对所述地面重力异常数据进行精度评估，具体包括：获取地面重力异常数据；获取所述地面重力异常数据对应的延拓面的已知重力数据；根据所述已知重力数据对所述地面重力异常数据进行精度评估。本专利技术还提供了一种航空重力测量数据向下延拓系统，所述系统包括：空中点原始重力观测数据获取单元，用于获取各空中点的空中重力异常观测数据；预处理单元，用于对所述空中重力异常观测数据进行预处理，得到格网化的空中点重力异常数据；延拓单元，用于根据将格网化的空中点重力异常数据向地面延拓，得到地面重力异常数据，所述地面重力异常数据为所述空中点重力异常数据向地面的延拓，其中，为所述地面重力异常数据的第n+1次迭代，为所述地面重力异常数据的第n次迭代，为设定格网面元内的地面重力异常数据的第n次迭代，A为系数矩阵，所述系数矩阵的对角线元素为非对角线元素为ρ为空中点和地面点之间的距离，r为空中点的地心向径，θ为空中点地心余纬，λ为空中点的地心经度；R表示地面点的地心向径，θ'表示地面点的地心余纬，λ'表示地面点的地心经度；ψ表示地面点和空中点之间的球面角距，cosψ＝cosθ'cosθ+sinθ'sinθcos(λ′-λ)，dsj为空中点对应的地面格网面元，ψ0为设定积分半径，Nc为所述设定积分半径ψ0中包含的地面点的个数。可选的，所述预处理单元具体包括：第一预处理子单元，用于对所述空中重力异常观测数据进行当量转换、误差补偿和数据格式转换，得到第一预处理数据；第二预处理子单元，用于对所述第一预处理数据进行惯性导航解算、GNSS解算以及惯性/GNSS组合导航解算，得到第二预处理数据；第三预处理子单元，用于对所述第二预处理数据进行测线划分、采样率统一、测线扰动重力解算，得到第三预处理数据；第四预处理子单元，用于对所述第三预处理数据进行低通滤波、测线网平差和格网化处理，得到格网化的空中重力异常数据。可选的，所述延拓单元，具体包括：初值设定子单元，用于设定迭代初始条件迭代子单元，用于根据对所述地面重力异常数据进行迭代，直至相邻两次迭代得到的所述地面重力异常数据之间的差值小于设定阈值时，停止迭代。可选的，所述系统还包括：评估单元，用于对所述地面重力异常数据进行精度评估。可选的，所述评估单元具体包括：地面重力异常数据获取子单元，用于获取地面重力异常数据；已知重力数据子单元，用于获取所述地面重力异常数据对应的延拓面的已知重力数据；精度评估子单元，用于根据所述已知重力数据对所述地面重本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种航空重力测量数据向下延拓方法，其特征在于，所述方法包括：获取各空中点的原始重力观测数据；对所述原始重力观测数据进行预处理，得到格网化的空中点重力异常数据；根据

【技术特征摘要】
1.一种航空重力测量数据向下延拓方法，其特征在于，所述方法包括：获取各空中点的原始重力观测数据；对所述原始重力观测数据进行预处理，得到格网化的空中点重力异常数据；根据将格网化的空中点重力异常数据向地面延拓，得到地面重力异常数据，所述地面重力异常数据为所述空中点重力异常数据向地面的延拓，其中，为所述地面重力异常数据的第n+1次迭代，为所述地面重力异常数据的第n次迭代，为设定格网面元内的地面重力异常数据的第n次迭代，A为系数矩阵，所述系数矩阵的对角线元素为非对角线元素为ρ为空中点和地面点之间的距离，r为空中点的地心向径，θ为空中点地心余纬，λ为空中点的地心经度；R表示地面点的地心向径，θ'表示地面点的地心余纬，λ'表示地面点的地心经度；ψ表示地面点和空中点之间的球面角距，cosψ＝cosθ'cosθ+sinθ'sinθcos(λ′-λ)，dsj为空中点对应的地面格网面元，ψ0为设定积分半径，Nc为所述设定积分半径ψ0中包含的地面点的个数。2.根据权利要求1所述的航空重力测量数据向下延拓方法，其特征在于，所述对所述原始重力观测数据进行预处理，得到格网化的空中点重力异常数据，具体包括：对所述原始重力观测数据进行当量转换、误差补偿和数据格式转换，得到第一预处理数据；对所述第一预处理数据进行惯性导航解算、GNSS解算以及惯性/GNSS组合导航解算，得到第二预处理数据；对所述第二预处理数据进行测线划分、采样率统一、测线扰动重力解算，得到第三预处理数据；对所述第三预处理数据进行低通滤波、测线网平差和格网化处理，得到格网化的空中点重力异常数据。3.根据权利要求1所述的航空重力测量数据向下延拓方法，其特征在于，所述根据将格网化的空中点重力异常数据向地面延拓，具体包括：设定迭代初始条件根据对所述地面重力异常数据进行迭代，直至相邻两次迭代得到的所述地面重力异常数据之间的差值小于设定阈值时，停止迭代。4.根据权利要求1所述的航空重力测量数据向下延拓方法，其特征在于，所述方法还包括：对所述地面重力异常数据进行精度评估。5.根据权利要求4所述的航空重力测量数据向下延拓方法，其特征在于，所述对所述地面重力异常数据进行精度评估，具体包括：获取地面重力异常数据；获取所述地面重力异常数据对应的延拓面的已知重力数据；根据所述已知重力数据对所述地面重力异常数据进行精度评估。6.一种航空重力测量数据向下延拓系统，其特征在于，所述系统包括：空中点原始重力观测数据...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓刚，孙中苗，姬剑锋，秦显平，管斌，段渭超，
申请(专利权)人：中国人民解放军六一五四零部队，
类型：发明
国别省市：陕西,61