基于GNSS/SINS组合系统的陆地动态重力测量方法及试验研究

The combination of strapdown inertial navigation system（SINS）and global navigation satellite system (GNSS) provides an effective approach to determine the gravity dynamically. Presently, most ground-based gravimetry technologies are statically and pointwise with relatively low efficiency. In this research, The SINS/GNSS combination system is to be integrated and mounted on a van platform, with the principle of SINS/GNSS gravimetry, the disturbing gravity is able to be determined alone the survey trajectory, and therefore the survey efficiency is increased. Some key technologies and data process methodology will be studied in this research for the vehicle and ground based SINS/GNSS gravimetry technology, including high precision determination and compensation of SINS specific force error, high frequency and high precision obtain of GNSS carrier phase velocity and kinetic acceleration, noise reduction technology for SINS specific force and GNSS kinetic acceleration considering the survey resolution, and the extraction of disturbing gravity from low SNR observations. Some field experiments will be carried out to test, and further to modify our methods and algorithm that suggested in this research. The results and achievements of this research are able to provide necessary supports for the development of ground-based dynamic gravimetry.

利用捷联式惯性测量系统（SINS）和全球卫星定位系统（GNSS）组合是在动基座下开展重力测量的有效途径。针对当前地面重力测量为逐点式静态测量的现状，我们拟将SINS和GNSS集成在测量车上，以车载的形式连续动态地测量运动轨迹上各点处的扰动重力。这种基于SINS/GNSS组合系统的陆地动态重力测量技术可以显著提升地面重力测量的效率，并填补当前陆地动态重力测量的技术空白。本项目将针对实现陆地动态重力测量中若干关键技术问题开展研究，包括：高精度SINS比力观测值的误差估计与补偿技术、高频GNSS载体速度与载波相位动态加速度的获取技术、顾及动态重力测量分辨率的SINS比力观测值与GNSS动态加速度的降噪技术，以及低信噪比的扰动重力观测值的获取技术等。将通过车载试验测试、改进、完善基于GNSS/SINS组合系统的动态重力测量方法，并推进陆地动态重力测量技术的发展。

针对当前地面重力测量为逐点式静态测量的现状，本研究将高精度的捷联式惯性测量系统、载波相位GNSS接收机等硬件集成于动态测量车上，以基于SINS/GNSS组合系统和车载的形式连续动态地测量运动轨迹上各点处的扰动重力。.本项目的核心难点在于需要从含包含有大量扰动的比力观测中扣除动态加速度与Eötvös效应，提取微弱的重力信号。因此我们针对其中若干关键技术问题开展了研究，包括高精度SINS比力观测值的误差估计与补偿技术、高频GNSS载体速度与载波相位动态加速度的获取技术、顾及动态重力测量分辨率的SINS比力观测值与GNSS动态加速度的降噪技术，以及低信噪比的扰动重力观测值的获取技术等。.在研究中我们集成了基于GNSS/SINS组合系统的车载陆地动态重力测量硬件平台，在比力测量和姿态测量两个层面分析、对比并完善了重力测量中IMU比力观测值的高精度获取方法，提出了GNSS数据完整性的维持与重采样技术方案，针对扰动重力数据获取提出了两步法解决方案，构建了GNSS/SINS动态重力测量数据处理技术软件系统。结合集成的动态重力测量平台开展了地面的动态重力测量试验和航空重力测量试验，验证了本研究中的各类数据处理方案和软件方法。.多次试验结果表明，这种重力测量技术基于SINS/DGPS组合系统可以在优于2km的空间分辨率上实现2mGal左右的标量重力测量精度。.本项目研究的重力测量技术较传统的地面静态重力测量提高了效率，较航空重力测量则具有分辨率上的优势。系统体积小，重量轻，功耗低，易于实施，有望成为一种全新的重力测量技术，填补目前地面动态重力测量技术的空白。在大地测量与地球物理学应用、资源勘探和国防安全应用领域具有良好的应用前景。