基于重力异常时变的重力基准图时变修正方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于重力异常时变的重力基准图时变修正方法及系统。首先由GRACE卫星数据解算获得的重力数据计算得到月重力场模型，选取某月重力场模型为背景重力场模型，两者求差值得到背景重力场下的重力异常变化公式，并对此公式进行滤波以消除南北条带误差的影响；然后对重力场时变影响因素按影响原理进行分类抽象求和得到重力异常拟合公式，并结合滤波后的重力异常变化公式得到重力异常长期变化率，实现对重力异常变化的预测；最终根据重力异常长期变化率确定当前时刻的重力异常时变公式，用于对制备重力基准图所用的原始数据进行时变修正，得到时变修正重力基准图，降低了重力基准图的误匹配率。

【技术实现步骤摘要】
基于重力异常时变的重力基准图时变修正方法及系统
本专利技术涉及属于控制理论领域，主要针对现有重力基准图导航匹配精度随时间推移会降低的问题，而提出了一种基于重力异常时变的重力基准图时变修正方法及系统。
技术介绍
直观认为，除去地震等因素的影响外，地球重力场是静止不变的，并不随时间发生变化，这也是重力值可以作为一种无源辅助导航匹配要素的关键所在和基本出发点。随着重力测量技术的进步以及对地球重力场的深入研究，地球物质分布变化引起重力场随时间发生变化的现象被发现。同时，随着重力卫星的相继发射，研究时变重力场成为现实。图1所示为同一区域2002年和2006年的局部重力异常示意图，可以明显的看到该区域的重力异常值发生了变化。目前，现有技术可以精确测量全球范围的重力数据，精度较高，但是不具有时变性，只有通过多次测量才可以发现重力在变化。那么，通过测量得到的重力数据去绘制的重力基准图，也不具有时变性，在导航时且在初始导航效果良好的情况下，由于时效性缺乏，制备重力基准图后，若较长时间不对其进行时变修正，当再次进行导航匹配，就会出现较大的误差，定位精度明显降低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于重力异常时变的重力基准图时变修正方法及系统，通过造成重力异常变化的影响因素分类抽象得到重力异常拟合公式，并且结合消除南北条带误差的重力异常变化公式，得到重力异常时变公式，并将其用于重力基准图的时变修正，降低重力基准图的误匹配率。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种基于重力异常时变的重力基准图时变修正方法，所述重力基准图时变修正方法包括：根据GRACE卫星数据解算获得重力数据，并根据所述重力数据，得到月重力场模型；选取任意一个月重力场模型为背景重力场模型，并将所述月重力场模型的表达式和所述背景重力场模型的表达式进行差值计算，得到所述背景重力场下的重力异常变化公式；对所述重力异常变化公式进行空间平滑处理，确定平滑后的重力异常变化公式；对重力场时变影响因素进行分类拟合，得到重力异常拟合公式；根据所述平滑后的重力异常变化公式和所述重力异常拟合公式，确定重力异常长期变化率；根据所述重力异常长期变化率，确定当前时刻的重力异常时变公式；根据所述重力异常时变公式，计算当前时刻的重力异常值；根据所述重力异常值，对制备重力基准图时所采用的原始数据进行时变修正，得到时变修正重力基准图。可选的，所述对所述重力异常变化公式进行空间平滑处理，确定平滑后的重力异常变化公式，具体包括：将各向同性的高斯平滑滤波函数代入所述重力异常变化公式中，得到平滑后的重力异常变化公式，以消除利用GRACE卫星数据解算重力数据时所存在的南北条带误差干扰。可选的，在执行将各向同性的高斯平滑滤波函数代入所述重力异常变化公式之前，还包括：确定重力场模型的截断阶数；根据所述截断阶数，确定高斯平滑半径。可选的，所述平滑后的重力异常变化公式为：其中，f为万有引力常数，M为地球质量，r是观测点到地球质心的距离，ae为地球椭球长半径，λ、分别对应于观测点的经度和纬度，l，m为时变重力场模型球谐展开的l阶、m次，Wl为高斯平滑滤波函数，为月重力场模型与背景重力场模型的球谐系数之差，为完全规格化的缔合勒让德多项式。可选的，所述重力异常拟合公式为其中，Δt为十进制月重力场模型的时间与背景重力场模型的时间的差值，A为常值，近似于直线拟合的常值，B为重力异常长期变化率，i＝1代表年周期变化项，i＝2代表半年周期变化项，则年变化的振幅为i＝3表示与S2半日波相关的161天周期项，ωi为具体拟合时的角变化率，正弦函数和余弦函数拟合一条曲线时的变化率，ξ表示噪声和误差影响，属于不确定项。可选的，所述重力异常时变公式为其中，t0＝2003.0为基准时间，为基准时间的重力异常值，为t时刻的重力异常值。可选的，所述根据所述重力异常值，对制备重力基准图时所采用的原始数据进行时变修正，得到时变修正重力基准图，具体包括：根据所述重力异常值，对制备重力基准图所用的原始数据进行时变修正，得到时变修正数据；根据所述时变修正数据，利用插值算法进行网格化制图，得到时变修正重力基准图。本专利技术还提供了一种基于重力异常时变的重力基准图时变修正系统，所述重力基准图时变修正系统包括：月重力场模型得到模块，用于根据GRACE卫星数据解算获得重力数据，并根据所述重力数据，得到月重力场模型；重力异常变化公式得到模块，用于选取任意一个月重力场模型为背景重力场模型，并将所述月重力场模型的表达式和所述背景重力场模型的表达式进行差值计算，得到所述背景重力场下的重力异常变化公式；平滑后的重力异常变化公式确定模块，用于对所述重力异常变化公式进行空间平滑处理，确定平滑后的重力异常变化公式；重力异常拟合公式得到模块，用于对重力场时变影响因素进行分类拟合，得到重力异常拟合公式；重力异常长期变化率确定模块，用于根据所述平滑后的重力异常变化公式和所述重力异常拟合公式，确定重力异常长期变化率；重力异常时变公式确定模块，用于根据所述重力异常长期变化率，确定当前时刻的重力异常时变公式；当前时刻重力异常值计算模块，用于根据所述重力异常时变公式，计算当前时刻的重力异常值；时变修正重力基准得到模块，用于根据所述重力异常值，对制备重力基准图时所采用的原始数据进行时变修正，得到时变修正重力基准图。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术提供了一种基于重力异常时变的重力基准图时变修正方法及系统，包括：首先由GRACE卫星数据解算获得重力数据计算得到月重力场模型，选取任意一个月重力场模型为背景重力场模型，并将月重力场模型的表达式和背景重力场模型的表达式进行差值计算得到背景重力场下的重力异常变化公式，再对重力异常变化公式进行空间平滑处理，以消除利用GRACE卫星数据解算重力数据时所存在的南北条带误差干扰；然后对重力场时变影响因素进行分类拟合得到重力异常拟合公式，并根据平滑后的重力异常变化公式和重力异常拟合公式确定重力异常长期变化率，实现对重力异常变化的预测；最后根据重力异常长期变化率确定当前时刻的重力异常时变公式，计算当前时刻的重力异常值，对制备重力基准图时所采用的原始数据进行时变修正，得到时变修正重力基准图，降低重力基准图的误匹配率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术2002年和2006年的局部重力异常图；图2为本专利技术实施例重力基准图时变修正方法的流程示意图；图3为本专利技术受南北条带误差影响的地球重力场变化图；图4为本专利技术重力异常阶方差与截断阶数的关系图；图5为本专利技术重力非潮汐变化示意图；图6为本专利技术实施例重力基准图时变修正系统的结构示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的目的是提供一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于重力异常时变的重力基准图时变修正方法，其特征在于，所述重力基准图时变修正方法包括：根据GRACE卫星数据解算获得重力数据，并根据所述重力数据，得到月重力场模型；选取任意一个月重力场模型为背景重力场模型，并将所述月重力场模型的表达式和所述背景重力场模型的表达式进行差值计算，得到所述背景重力场下的重力异常变化公式；对所述重力异常变化公式进行空间平滑处理，确定平滑后的重力异常变化公式；对重力场时变影响因素进行分类拟合，得到重力异常拟合公式；根据所述平滑后的重力异常变化公式和所述重力异常拟合公式，确定重力异常长期变化率；根据所述重力异常长期变化率，确定当前时刻的重力异常时变公式；根据所述重力异常时变公式，计算当前时刻的重力异常值；根据所述重力异常值，对制备重力基准图时所采用的原始数据进行时变修正，得到时变修正重力基准图。

【技术特征摘要】
1.一种基于重力异常时变的重力基准图时变修正方法，其特征在于，所述重力基准图时变修正方法包括：根据GRACE卫星数据解算获得重力数据，并根据所述重力数据，得到月重力场模型；选取任意一个月重力场模型为背景重力场模型，并将所述月重力场模型的表达式和所述背景重力场模型的表达式进行差值计算，得到所述背景重力场下的重力异常变化公式；对所述重力异常变化公式进行空间平滑处理，确定平滑后的重力异常变化公式；对重力场时变影响因素进行分类拟合，得到重力异常拟合公式；根据所述平滑后的重力异常变化公式和所述重力异常拟合公式，确定重力异常长期变化率；根据所述重力异常长期变化率，确定当前时刻的重力异常时变公式；根据所述重力异常时变公式，计算当前时刻的重力异常值；根据所述重力异常值，对制备重力基准图时所采用的原始数据进行时变修正，得到时变修正重力基准图。2.根据权利要求1所述的重力基准图时变修正方法，其特征在于，所述对所述重力异常变化公式进行空间平滑处理，确定平滑后的重力异常变化公式，具体包括：将各向同性的高斯平滑滤波函数代入所述重力异常变化公式中，得到平滑后的重力异常变化公式，以消除利用GRACE卫星数据解算重力数据时所存在的南北条带误差干扰。3.根据权利要求2所述的重力基准图时变修正方法，其特征在于，在执行将各向同性的高斯平滑滤波函数代入所述重力异常变化公式之前，还包括：确定重力场模型的截断阶数；根据所述截断阶数，确定高斯平滑半径。4.根据权利要求1所述的重力基准图时变修正方法，其特征在于，所述平滑后的重力异常变化公式为：其中，f为万有引力常数，M为地球质量，r是观测点到地球质心的距离，ae为地球椭球长半径，λ、分别对应于观测点的经度和纬度，l，m为时变重力场模型球谐展开的l阶、m次，Wl为高斯平滑滤波函数，为月重力场模型与背景重力场模型的球谐系数之差，为完全规格化的缔合勒让德多项式。5.根据权利要求4所述的重力基准图时变修正方法，其特征在于，所述重力异常拟合公式为其中，Δt为十进制月重力场模型的时间与背景重力场模型的时间的差值，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨波，张仕博，单斌，腾红磊，郭志斌，薛亮，任飞龙，王新国，
申请(专利权)人：中国人民解放军火箭军工程大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61