[发明专利]基于相关性分析的水下重力测量误差补偿方法

说明书

本发明属于重力测量领域，公开了一种基于相关性分析的水下重力测量误差补偿方法。主要包括以下步骤：首先，将测线上的重力测量结果进行经验模分析得到一组本征模态函数和剩余信号；其次，去掉与重力测量结果等影响因子均没有相关性的本征模态函数，对其余本征模态函数和剩余信号进行信号重构；再次，将重构后的重力测量结果与其拟合曲线作差，根据最小二乘拟合方法，建立差值与天向比力、天向比力导数、天向速度、天向加速度以及俯仰角之间的误差模型；最后，根据误差模型对重构后的重力测量结果进行误差补偿。本发明针对重力仪动态性相关的误差进行补偿，具有较高的理论价值以及实际意义。

技术领域：

本发明属于重力测量领域，涉及一种水下重力测量误差补偿方法，特别涉及了与载体动态性相关的误差补偿方法。

背景技术：

水下动态重力测量既能进行大面积的覆盖测量，又可以接近海底重力场信号源，集上述两种测量方式的优点于一身。水下动态重力测量获得的短波长重力信息可用于小规模矿床探测和海水入侵监测，在陆地资源日益枯竭的今天，进行海洋资源的开发和利用对于保障国家资源安全具有重要意义。水下动态重力测量还可用于水下重力辅助导航，这是一种不与外界产生声、光、电交互的自主导航方式，可以极大地提高潜艇的隐蔽性和生存能力。

载体动态性是影响捷联式重力仪测量精度的主要因素。一般情况下载体动态性越差，重力测量精度越低。载体动态性主要体现在深度变化上，深度变化越剧烈、波动越大，载体动态性越差。在拖曳式的水下重力测量方案中，由于无法很好地控制载体的姿态、深度变化，载体的动态性很差，从而给水下重力测量带来误差。动态性引起的误差无法通过低通滤波消除，因此克服载体动态性对测量造成的不利影响，研究相关的误差补偿方法，对于提高重力测量精度、提升重力数据质量具有重要意义。

发明内容：

本发明针对水下重力测量时载体动态性差、测量精度低的问题，提出一种基于相关性分析的水下重力测量误差补偿方法，主要的技术方案如下：

基于相关性分析的水下重力测量误差补偿方法，包括以下步骤：

步骤一，求取测区内每条测线的深度曲线，并对每条测线的深度值求标准差；标准差越大，该条测线的深度变化越剧烈，测线上载体的动态性越差；选择深度曲线标准差最大的测线作为目标测线；

步骤二，计算重力仪在目标测线上的天向比力、深度、俯仰角以及重力测量结果；将天向比力进行差分得到天向比力导数；将深度进行差分得到天向速度；将天向速度进行差分得到天向加速度；并将重力测量结果、天向比力、天向比力导数、天向速度、天向加速度以及俯仰角作为影响因子；

步骤三，对目标测线的重力测量结果进行经验模分解，获得一组从高频到低频的本征模态函数以及一个剩余信号；

步骤四，将各本征模态函数与重力测量结果、天向比力、天向比力导数、天向速度、天向加速度以及俯仰角影响因子进行相关性分析，得到相关性系数r；当|r|≥0.7时，本征模态函数与影响因子相关性强；当0.2≤|r|＜0.7时，本征模态函数与影响因子相关性弱；当|r|＜0.2时，本征模态函数与影响因子没有相关性；根据r的取值范围，确定相关性强的本征模态函数以及相关性弱的本征模态函数；

步骤五，去掉与重力测量结果、天向比力、天向比力导数、天向速度、天向加速度以及俯仰角均没有相关性的本征模态函数，对余下的本征模态函数和剩余信号进行累加，得到重构后的重力测量结果；

步骤六，对重构后的重力测量结果进行曲线拟合，得到拟合后的重力测量结果曲线；以拟合曲线作为标准值，求取重构后的重力测量结果与拟合曲线之间的差值，即为目标测线的重力测量误差；

步骤七，建立重力测量误差与天向比力、天向比力导数、天向速度、天向加速度以及俯仰角之间的模型，按照式(1)所示：