[发明专利]一种基于旋转重力场的运动目标体监测方法

摘要

本发明提供了一种基于旋转重力场的运动目标体监测方法，包括以下步骤(1)在一个固定或者移动的重力基站上，按一定时间间隔，观测由质量为M的单个运动物体引起的剩余重力矢量及其梯度张量，得到每个时刻的剩余重力矢量g及其梯度张量T；(2)将所观测到的剩余重力矢量g及其梯度T按照zyz型欧拉角旋转，得到旋转之后的数据集gz′(t)和T′(t)；(3)根据旋转之后的数据，利用解析公式，精确计算单个运动目标体的坐标位置、质量和速度矢量。本发明可以实时地监测运动目标体的轨迹和质量，有效提高了定位精度，并且不受基站位置的影响，不仅具有较高的民用价值，也具有较大的国防应用价值。

主权项

一种基于旋转重力场的运动目标体监测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、布置重力观测基站：根据运动目标体确定重力观测基站的位置，并在重力观测基站安装重力仪和重力梯度仪；步骤2、计算空间直角坐标系(x,y,z)下运动目标体引起的剩余重力矢量g(t)和剩余重力梯度张量T(t)：定义空间直角坐标系(x,y,z)；利用重力仪和重力梯度仪按一定时间间隔记录空间直角坐标系(x,y,z)下重力观测基站的重力矢量gtotal(t)和重力梯度张量Ttotal(t)，根据公式(1)计算质量为M的运动目标体引起的剩余重力矢量g(t)和剩余重力梯度张量T(t)：T(t)=Ttotal(t)-Ttotal(t0)g(t)=gtotal(t)-gtotal(t0)---(1)]]>上式中，Ttotal(t0)和gtotal(t0)分别为运动目标体对重力观测基站不产生影响时观测到的重力矢量及重力梯度张量，t0称为时间基点；步骤3、旋转重力场，计算局部旋转坐标系(x′,y′,z′)下的剩余重力矢量和剩余重力梯度张量：将计算得到的剩余重力矢量g(t)和剩余重力梯度张量T(t)按照zyz型欧拉角旋转，令剩余重力矢量g(t)的方向为旋转后的局部旋转坐标系为(x′,y′,z′)，其中z′的方向为旋转空间直角坐标系使得Tx′y′(t)的绝对值最小，得到旋转后的局部旋转坐标系中的gz′(t)和T′(t)：T′(t)=Tx′x′(t)0Tx′z′(t)0Ty′y′(t)Ty′z′(t)Tz′x′(t)Tz′y′(t)Tz′z′(t)---(2)]]>此时局部旋转坐标系中剩余重力矢量的垂直分量gz′(t)与剩余重力矢量g(t)的模g(t)相等，即gz′(t)＝g(t)，且gx′(t)＝gy′(t)＝0，其中gx(t)，gy(t)，gz(t)为剩余重力矢量g(t)的三个分量；步骤4、由局部旋转坐标系中剩余重力矢量的垂直分量gz′(t)及剩余重力梯度张量T′(t)各分量的值Tx′x′(t)，Ty′y′(t)，Tz′z′(t)，根据公式(3)、(4)和(5)计算t时刻在局部旋转坐标系下重力观测基站与运动目标体质心的距离，即矢径dz′(t)：当Tx′x′(t)＝Ty′y′(t)时，dz′(t)=-2gz′(t)Tz′z′(t)---(3)]]>当Tx′x′(t)＞Ty′y′(t)时，dz′(t)=gz′(t)Tx′x′(t)---(4)]]>当Tx′x′(t)<Ty′y′(t)时，dz′(t)=gz′(t)Ty′y′(t)---(5)]]>步骤5、由t时刻在局部旋转坐标系下重力观测基站与运动目标体质心的距离dz′(t)，经过坐标转换，得到t时刻运动目标体在空间直角坐标系(x,y,z)下任意时刻的质心坐标位置：{xc(t),yc(t),zc(t)}T={x(t),y(t),z(t)}T-z^′·dz′(t)---(6)]]>上式中，{x(t),y(t),z(t)}为t时刻重力观测基站的坐标位置，{xc(t),yc(t),zc(t)}为t时刻运动目标体的质心坐标位置。