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一种用于重力补偿插值计算的格网数据库生成与索引方法技术

技术编号：41833200 阅读：20 留言：0更新日期：2024-06-27 18:17

本发明专利技术提出了一种用于重力补偿插值计算的格网数据库生成与索引方法。该方法包括：利用高精度全球重力模型生成全球重力格网；考虑地球的球面变化，适当裁剪重力格网点的数量，形成球面分布均匀的重力格网；依据惯性基准系统的需求确定数据最低有效位，并将均匀重力格网点存储为二进制形式，形成均匀重力格网数据库；通过预存的角点信息以及插值计算点的位置信息，索引出所需的重力格网数据。本发明专利技术可应用于高精度惯性基准系统的重力补偿模块，该方法在缩小数据库存储空间的同时，既保证了重力补偿结果的精度，又保证了索引的效率。同时，该方法还能根据惯性基准系统的需求灵活调整重力格网数据库的生成方式，具有实现简单，工程适用性强的特点。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于惯性导航，特别涉及一种用于重力补偿插值计算的格网数据库生成与索引方法。

技术介绍

1、在惯性导航解算过程中，重力补偿精度直接影响了惯性基准系统输出信息的准确性。目前，在惯性基准系统的解算算法中，重力补偿多采用正常重力场模型，其描述了规则地球假设下的地球重力场。但实际上，地球是质量分布不均匀的，正常重力场只能近似的表示地球的真实重力场。如何准确的计算地球真实重力场对高精度惯性导航具有十分重要的意义。与正常重力场模型相比，高精度的重力场模型可提升约0.1n mile/h的惯性导航精度；同时，1mgal的水平重力扰动可引起约0.2角秒的水平姿态误差(水平重力扰动通常为几十到100mgal)。

2、对高精度惯性基准系统而言，为提升惯性基准系统的输出精度，需设计重力补偿模块来准确的计算地球真实重力场。目前，精度最高的重力补偿方案是直接利用高阶球谐函数计算某点的重力值，这种方法需要极高的运算环境。考虑到成本等因素，现有民用惯性基准系统并不能满足此种运算条件。因此，顾及工程应用，插值计算方案成为了工程领域的首选方案。

3、尽管插值计算方案可以降低运算系统的运算负担，但插值计算方案所用到的数据库会增加系统的存储负担，为降低系统计算负担，需要设计一种低存储量的格网数据库。

技术实现思路

1、本专利技术的目的是：针对现有技术中的上述技术问题，提供一种用于重力补偿插值计算的格网数据库生成与索引方法，为了降低系统的存储负担，该方法可生成球面分布均匀的重力格网。

2、本专利技术的技术方案：本专利技术提供了一种用于重力补偿插值计算的格网数据库生成与索引方法。利用全球高精度重力模型生成全球重力格网数据；根据地球的球面变化，对生成的全球重力格网进行裁剪，生成球面分布均匀的重力格网数据；依据惯性基准系统的需求确定数据最低有效位，并将球面分布均匀的重力格网存储为二进制形式，形成均匀重力格网数据库；通过预存的角点信息以及插值计算点的位置信息，索引出所需的重力格网数据。

3、全球重力格网是一种经度、纬度在全球范围内按照一个固定经度、纬度间隔存储重力数据的经纬网。全球重力格网数据表示全球范围内全球重力格网上经线、纬线交汇点处的重力数据。

4、球面分布均匀的重力格网是一种在不同纬度带上按不同纬度间隔存储重力数据的经纬网，其经线、纬线交汇点之间的球面距离与赤道上经线、纬线交汇点之间的球面距离相比变化不大。球面分布均匀的重力格网数据表示全球范围内球面分布均匀的重力格网上经线、纬线交汇点处的重力数据。

5、具体地，包括如下步骤：s1：利用全球高精度重力模型生成全球重力格网数据；s2：根据地球的球面变化，对生成的全球重力格网数据中的高纬度带格网的纬度方向进行裁剪，生成球面分布均匀的重力格网数据；s3：依据惯性基准系统的需求确定数据最低有效位，并将球面分布均匀的重力格网数据存储为二进制形式，形成均匀重力格网数据库；s4：进行纬度带数据块划分，并存储各数据块信息；s5：根据各数据块信息及载体的位置坐标，索引载体所在的数据块；s6：在载体所在的数据块上，计算得到确定载体位置重力数值所需的插值格网点数据。

6、在一个可能的实施例中，在所述步骤s1中，生成全球重力格网数据的过程具体包括：选定经度、纬度固定间隔均为δ角分的经纬网，利用全球超高阶地球重力场模型egm-2008，计算并记录经纬线交汇点处的重力场数据。

7、在一个可能的实施例中，在所述步骤s2中，纬度|θ|>60°的区域，对全球重力格网进行裁剪，将重力数据库的经度间隔调整为：

8、

9、其中，θ是指纬度。

10、在一个可能的实施例中，在所述步骤3中，依据惯性基准系统的需求确定数据最低有效位，惯性基准系统的需求指加速度计的零偏不稳定性，所述最低有效位指需要保留的有效数字位数。

11、利用高精度球谐函数计算高精度重力值([ge、gn、gu])，将高精度重力值的天向分量gu与正常重力公式计算的天向分量gu_normal做差，得到天向残差分量；

12、确定惯性基准系统中加速度计的零偏不稳定性kμg(以μg为单位)；

13、将加速度计零偏不稳定性的十分之一作为确定有效位的依据k/10μg；

14、由于利用高精度球谐函数计算高精度重力值往往以g为单位，且k/10μg＝k×〖10〗^(-7)g，因此格网点需要保留小数点后至少q位(q＝(7-num(k)+1))。(规定k<1000，如果k大于1，小于10，则num(k)＝1；若k大于等于10小于100，，则num(k)＝2；若k大于等于100，小于1000，则num(k)＝3)

15、将[ge、gn、gu]分量分别乘10^q变为整数，小数部分进行舍弃，再将该整数转换为二进制存储。

16、在一个可能的实施例中，在步骤s4中，对于纬度|θ|>60°的纬度带，沿赤道平面对称划分为2n_1个数据块；与|θ|<60°的纬度带数据块一起共形成2n_1+1个数据块；所述数据块信息包括纬度上边界、纬度下边界，数据块的格网点数以及经度间隔。

17、在一个可能的实施例中，在所述步骤s5中，载体位置的坐标为[λ φ h]，其中λ为纬度，单位为度；φ为经度，单位为度；h为高度，单位为m；

18、将步骤s4中得到的各数据块信息的纬度上边界、纬度下边界记为数据集corner_block[ik上，ik下]其中ik上表示第k个数据块的纬度上边界；ik下上表示第k个数据块的纬度下边界；k＝1，……，2n_1+1；ik上＝i(k-1)下；ik下＝i(k+1)上；i1上＝90；i(2n_1+1)下＝-90；各数据块信息的数据块的格网点数记为数据集data_num＝[nnk]，k＝1，……，2n_1+1；其中，nnk表示第k个数据块的格网点数；

19、令k＝n_1+1；

20、若λ-ik下>0，则继续计算λ-ik上，若λ-ik上<0，则确定载体在该数据块上；若λ-ik上>0；则继续令k＝k-1，直到找到λ-ik上<0；

21、若λ-ik下<0，则令k＝k+1，继续计算λ-ik下，若λ-ik下>0，则计算λ-ik上，若λ-ik上<0，则确定载体在该数据库块上；若λ-ik上>0，则继续令k＝k+1，直到找到λ-ik上<0；确定载体所在的数据块序号k，记为k1。

22、在一个可能的实施例中，在所述步骤s6中，令载体所在的数据块上的纬度上边界、纬度下边界中绝对值较大的为corner_block_max，绝对值较小的为corner_block_min，计算|corner_block_max-λ|，其中||表示数据的绝对值；

23、计算纬度间隔δλ，δλ＝floor(|corner_block_max-λ|×60/δ)，其中floor表示向下取整；

24、计本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种用于重力补偿插值计算的格网数据库生成与索引方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：利用全球高精度重力模型生成全球重力格网数据；S2：根据地球的球面变化，对生成的全球重力格网数据中的高纬度带格网的纬度方向进行裁剪，生成球面分布均匀的重力格网数据；S3：依据惯性基准系统的需求确定数据最低有效位，并将球面分布均匀的重力格网数据存储为二进制形式，形成均匀重力格网数据库；S4：进行纬度带数据块划分，并存储各数据块信息；S5：根据各数据块信息及载体的位置坐标，索引载体所在的数据块；S6：在载体所在的数据块上，计算得到确定载体位置重力数值所需的插值格网点数据。

2.根据权利要求1所述的一种用于重力补偿插值计算的格网数据库生成与索引方法，其特征在于，在所述步骤S1中，生成全球重力格网数据的过程具体包括：选定经度、纬度固定间隔均为δ角分的经纬网，利用全球超高阶地球重力场模型EGM-2008，计算并记录经纬线交汇点处的重力场数据。

3.根据权利要求2所述的一种用于重力补偿插值计算的格网数据库生成与索引方法，其特征在于，在所述步骤S2中，纬度|θ|>60°的区域，对

4.根据权利要求1所述的一种用于重力补偿插值计算的格网数据库生成与索引方法，其特征在于，在所述步骤3中，依据惯性基准系统的需求确定数据最低有效位，惯性基准系统的需求指加速度计的零偏重复性，所述最低有效位指需要保留的有效数字位数。

5.根据权利要求3所述的一种用于重力补偿插值计算的格网数据库生成与索引方法，其特征在于，在步骤S4中，对于纬度|θ|>60°的纬度带，沿赤道平面对称划分为2N_1个数据块；与|θ|<60°的纬度带数据块一起共形成2N_1+1个数据块；所述数据块信息包括纬度上边界、纬度下边界，数据块的格网点数以及经度间隔。

6.根据权利要求5所述的一种用于重力补偿插值计算的格网数据库生成与索引方法，其特征在于，在所述步骤S5中，载体位置的坐标为[λ φ h]，其中λ为纬度，单位为度；φ为经度，单位为度；j为高度，单位为m；

7.根据权利要求6所述的一种用于重力补偿插值计算的格网数据库生成与索引方法，其特征在于，在所述步骤S6中，令载体所在的数据块上的纬度上边界、纬度下边界中绝对值较大的为CORNER_BLOCK_MAX，绝对值较小的为CORNER_BLOCK_MIN，计算|CORNER_BLOCK_MAX-λ|，其中||表示数据的绝对值；

8.一种计算机可读存储介质，所述的计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述的计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1～权利要求7任一所述方法的步骤。

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【技术特征摘要】

1.一种用于重力补偿插值计算的格网数据库生成与索引方法，其特征在于，包括如下步骤：s1：利用全球高精度重力模型生成全球重力格网数据；s2：根据地球的球面变化，对生成的全球重力格网数据中的高纬度带格网的纬度方向进行裁剪，生成球面分布均匀的重力格网数据；s3：依据惯性基准系统的需求确定数据最低有效位，并将球面分布均匀的重力格网数据存储为二进制形式，形成均匀重力格网数据库；s4：进行纬度带数据块划分，并存储各数据块信息；s5：根据各数据块信息及载体的位置坐标，索引载体所在的数据块；s6：在载体所在的数据块上，计算得到确定载体位置重力数值所需的插值格网点数据。

2.根据权利要求1所述的一种用于重力补偿插值计算的格网数据库生成与索引方法，其特征在于，在所述步骤s1中，生成全球重力格网数据的过程具体包括：选定经度、纬度固定间隔均为δ角分的经纬网，利用全球超高阶地球重力场模型egm-2008，计算并记录经纬线交汇点处的重力场数据。

3.根据权利要求2所述的一种用于重力补偿插值计算的格网数据库生成与索引方法，其特征在于，在所述步骤s2中，纬度|θ|>60°的区域，对全球重力格网进行裁剪，将重力数据库的经度间隔调整为：

4.根据权利要求1所述的一种用于重力补偿插值计算的格网数据库生成与索引方法，其特征在于，在所述步骤3中，依据惯性...

【专利技术属性】
技术研发人员：常琎，屈重君，王忠智，高紫晨，焦飞，连晓棠，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所，
类型：发明
国别省市：

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