本發(fā)明涉及重力測量，尤其涉及一種小型平臺式重力儀測量數據的處理方法及系統。

背景技術：

1、重力儀的主體測量部分包括慣性測量單元和慣性穩(wěn)定平臺。慣性測量單元包括三個單軸光纖陀螺、兩個水平加速度計和一個垂向重力敏感器。其中，重力敏感器也作為垂向加速度計使用。為適應無人艇、auv、無人機等小載體對儀器尺寸、重量的嚴苛要求，重力儀未采用三環(huán)慣性平臺方案，而是應用了結構更加緊湊的方位捷聯慣性平臺方案。結構配置上，重力儀平臺由兩個水平萬向環(huán)架構成，方位上沒有萬向環(huán)架結構，慣性測量單元內置于兩個水平萬向環(huán)架中，由此構成方位捷聯慣性平臺。平臺機械部分由底座、外框和內框組成，外框為俯仰環(huán)，內框為橫滾環(huán)，內框上正交安裝三個陀螺儀和三個加速度計（重力敏感器）。功能上，平臺的水平環(huán)穩(wěn)定回路利用基于光纖陀螺的穩(wěn)定回路技術實現水平兩個自由度的慣性系穩(wěn)定，隔離載體水平角運動。修正回路則利用導航解算的結果控制方位捷聯平臺跟蹤當地地理水平，實現重力敏感器輸入軸嚴格平行于地理垂線方向，完成對垂向加速度的直接測量，即原始重力信息測量。后期重力數據處理階段，借助gnss衛(wèi)星導航信息等參考信息對原始重力測量值進行厄特弗斯修正、正常重力修正、零點漂移修正、數據濾波等處理，最終得到自由空間重力異常信息。

2、載體運動過程中，方位捷聯慣性平臺動態(tài)實時跟蹤當地地理水平，重力敏感器實現原始重力信息直接測量。理論上，數據處理階段，通過對原始重力測量值進行標準的誤差改正和數據濾波處理，即可實現重力異常信號的提取。然而，小型平臺式重力儀通常安裝于無人艇、auv、無人機等無人平臺，由于此類平臺體積小、重量輕、易受海浪和陣風等干擾影響，因此其垂向經常處于較大幅值升沉運動工況，導致垂向運動加速度激勵較船載重力測量明顯增大。

3、由于重力敏感器標度因數的標定值不可能理想、無誤差，且重力敏感器自身存在非線性特性，因此無人平臺重力測量數據易受到運動加速度激勵污染，這就對重力儀誤差改正和數據濾波提出相當高要求。

4、實際試驗測試表明，常規(guī)的平臺式重力儀的誤差改正和數據濾波方案無法徹底消除運動加速度相關的線性和非線性殘余誤差，此工況下的重力測量精度將明顯降低。目前還沒有針對此問題的有效解決方案和相關研究成果。因此，亟需研究性能更為先進的重力測量數據處理方法，以消除重力敏感器輸出數據中運動加速度相關的線性和非線性殘余誤差。

技術實現思路

1、本發(fā)明旨在解決小型平臺式重力儀的垂向經常處于較大幅值升沉運動工況，存在較大的運動加速度相關的線性和非線性殘余誤差，重力測量精度較低的問題。為此，本發(fā)明提供一種小型平臺式重力儀測量數據的處理方法及系統，能夠消除重力儀常規(guī)數據處理殘留的運動加速度線性和非線性耦合誤差，實現小載體、高動態(tài)條件下重力異常信號高精度提取，提高重力儀動態(tài)環(huán)境適應性和測量精度。

2、本發(fā)明提供一種小型平臺式重力儀測量數據的處理方法，采用的技術方案如下：包括：

3、獲取gnss導航數據和重力儀慣性測量數據；

4、根據gnss導航數據和重力儀慣性測量數據，計算得到重力異常值；

5、根據gnss導航數據，計算得到垂向加速度；

6、計算所述垂向加速度和重力異常值的幅值相干函數，取相干函數值大于閾值的頻點，得到第一頻點集合；

7、計算所述垂向加速度的平方和重力異常值的幅值相干函數，取相干函數值大于閾值的頻點，得到第二頻點集合；

8、對所述重力異常值進行快速傅里葉變換，計算得到重力異常頻域信息；將所述重力異常頻域信息中的所述第一頻點集合和第二頻點集合對應的數值置零，然后進行快速傅里葉逆變換，計算得到消除了線性和非線性殘余誤差的時域重力異常信息。

9、進一步的，幅值相干函數的目標頻率區(qū)間為0.001hz～1hz。

10、進一步的，所述閾值為0.8。

11、進一步的，所述重力異常頻域信息的頻率范圍為0～1hz。

12、進一步的，根據gnss導航數據，計算得到垂向加速度的過程為：對所述gnss導航數據中的垂向速度進行差分處理，得到垂向加速度。

13、進一步的，根據gnss導航數據和重力儀慣性測量數據，計算得到重力異常值的過程為：

14、基于所述gnss導航數據中的經度、緯度、高度、東向速度、北向速度和垂向速度，計算各采樣時刻的厄特弗斯修正值、正常重力修正值、水平加速度修正值和垂直加速度修正值；然后使用fir低通濾波器分別進行濾波，得到厄特弗斯修正值的濾波值、正常重力修正值的濾波值、水平加速度修正值的濾波值和垂直加速度修正值的濾波值；

15、對所述重力儀慣性測量數據中的東向比力、北向比力和垂向比力分別進行抽取，將其采樣率調整到與所述gnss導航數據的采樣率相同；再使用fir低通濾波器進行分別濾波，得到東向比力的濾波值、北向比力的濾波值和垂向比力的濾波值；

16、根據所述東向比力的濾波值、北向比力的濾波值和垂向比力的濾波值，以及厄特弗斯修正值的濾波值、正常重力修正值的濾波值、水平加速度修正值的濾波值和垂直加速度修正值的濾波值，計算得到各采樣時刻的重力異常值。

17、本發(fā)明還提供一種小型平臺式重力儀測量數據的處理系統，采用的技術方案如下：包括：

18、數據采集單元、數據計算單元、頻點計算單元和重力異常計算單元，所述數據采集單元與數據計算單元連接，所述數據計算單元分別與頻點計算單元、重力異常計算單元連接，所述頻點計算單元與重力異常計算單元連接，

19、數據采集單元，用于獲取gnss導航數據和重力儀慣性測量數據；

20、數據計算單元，用于根據gnss導航數據和重力儀慣性測量數據，計算得到重力異常值；根據gnss導航數據，計算得到垂向加速度；

21、頻點計算單元，用于計算所述垂向加速度和重力異常值的幅值相干函數，取相干函數值大于閾值的頻點，得到第一頻點集合；計算所述垂向加速度的平方和重力異常值的幅值相干函數，取相干函數值大于閾值的頻點，得到第二頻點集合；

22、重力異常計算單元，用于對所述重力異常值進行快速傅里葉變換，計算得到重力異常頻域信息；將所述重力異常頻域信息中的所述第一頻點集合和第二頻點集合對應的數值置零，然后進行快速傅里葉逆變換，計算得到消除了線性和非線性殘余誤差的時域重力異常信息。

23、本發(fā)明實施例中的上述一個或多個技術方案，至少具有如下技術效果之一：

24、本發(fā)明通過幅值相干函數分析，定位載體垂向加速度與重力異常間具有強相關性的頻點，并通過將重力異常頻域信息對應頻點的值置“0”，從頻域上徹底消除運動加速度相關的線性和非線性殘余誤差，解決現有常規(guī)重力測量數據處理方法得到的重力異常信息中存在與載體垂向運動加速度相關的殘余誤差的難題，保證小載體、高動態(tài)條件下的重力測量精度。

25、本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。