Методика проведения аэрогравиметрических съемок и обработки первичных данных бескарданного аэрогравиметра
EDN: EVVRIE
Аннотация
Статья посвящена методическим аспектам подготовки и проведения аэрогравиметрических съемок, вопросам разработки и применения соответствующего программно-математического обеспечения, когда в качестве аэрогравиметров используется инерциально-измерительный блок (ИИБ) или инерциальная навигационная система, построенная на бескарданной технологии. В рассматриваемой задаче инерциальной аэрогравиметрии в качестве основного источника первичной информации служат показания датчиков ИИБ – акселерометров и датчиков угловой скорости. Вторым, не менее важным источником информации служат первичные измерения – кодовые, доплеровские, фазовые – приемников сигналов глобальных спутниковых навигационных систем, установленных на борту летательного аппарата и наземных базовых станциях. Представленный в статье материал базируется на практическом опыте многолетней работы авторов в области аэрогравиметрии.
Ключевые слова
аэрогравиметрия,
бескарданный гравиметр,
вектор силы тяжести,
БИНС,
ГНСС,
постобработка,
оценивание,
фильтр Калмана
Об авторах
А. А. Голован
МГУ имени М.В. Ломоносова
Россия
Россия
Голован Андрей Андреевич. Доктор физико-математических наук, профессор, заведующий лабораторией управления и навигации, механико-математический факультет. Действительный член международной общественной организации «Академия навигации и управления движением»
Москва
В. С. Вязьмин
МГУ имени М.В. Ломоносова
Россия
Россия
Вязьмин Вадим Сергеевич. Кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник, лаборатория управления и навигации, механико-математический факультет
Москва
Список литературы
1. Современные методы и средства измерения параметров гравитационного поля Земли / под ред. В.Г. Пешехонова, О.А. Степанова. СПб.: АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2017. 390 с.
2. Пешехонов В.Г., Степанов О.А., Розенцвейн В.Г., Краснов А.А., Соколов А.В. Современное состояние разработок в области бесплатформенных инерциальных аэрогравиметров // Гироскопия и навигация. Т. 30. №4 (119). 2022. C. 3–35. DOI 10.17285/0869-7035.00101.
3. Бабаянц П.С., Бровкин Г.И., Контарович Г.И., Голован А.А., Вязьмин В.С. Методические особенности современных аэрогравиметрических съемок // Cб. материалов XXXIII конференции памяти выдающегося конструктора гироскопических приборов Н.Н. Острякова. СПб.: АО «Концерн «ЦНИИ Электроприбор», 2022. С. 154–156.
4. Berzhitsky, V.N., Ermakov, M.A., Ilyin, V.N., Smoller, Yu.L., Yurist, S.Sh., Bolotin, Yu.V., Golovan, A.A., Parusnikov, N.A., et al. Airborne strapdown gravimeter GT-X, Proceedings of IAG Symposium «Terrestrial gravimetry: static and mobile measurements», St. Petersburg, 2010, pp. 20–24.
5. Вязьмин В.С., Голован А.А., Болотин Ю.В. Новые алгоритмы бескарданной аэрогравиметрии: проверка на экспериментальных данных // Cб. материалов XXVIII Санкт-Петербургской международной конференции по интегрированным навигационным системам. СПб.: АО «Концерн «ЦНИИ Электроприбор», 2021. С. 48–55.
6. Голован А.А., Болотин Ю.В., Парусников Н.А. Математические модели аэрогравиметрической системы на базе корректируемого гироинерциального блока // Вестник Московского университета. Серия 1: Математика. Механика. 2003. Т. 4. С. 4–12.
7. Болотин Ю.В., Вязьмин В.С. Методы l2 и минимаксного оценивания в задаче определения аномалии силы тяжести по данным аэрогравиметрии с использованием сферического вейвлет-разложения // Гироскопия и навигация. 2015. №3 (90). С. 82–94. DOI 10.17285/0869-7035.2015.23.3.082-094.
8. Bolotin, Y.V., Golovan, A.A.., Methods of inertial gravimetry, Moscow University Mechanics Bulletin, 2013, 68(5): 117–125, https://doi.org/10.3103/S0027133013050026.
9. Golovan, A.A., Klevtsov, V.V., Koneshov, I.V., et al., Application of GT-2A Gravimetric Complex in the Problems of Airborne Gravimetry, Izv., Phys. Solid Earth, 2018, 54, 658–664, https://doi.org/10.1134/S1069351318040043.
10. Vyazmin, V.S., Bolotin, Y.V., Smirnov, A.O., Improving Gravity Estimation Accuracy for the GT-2A Airborne Gravimeter Using Spline-Based Gravity Models, International Association of Geodesy Symposia, Springer, Berlin, Heidelberg, 2020, pp. 1–8, https://doi.org/10.1007/1345_2020_112.
11. Бержицкий В.Н., Болотин Ю.В., Голован А.А., Ильин В.Н., Парусников Н.А., Смоллер Ю.Л., Юрист С.Ш. и др. Инерциально-гравиметрический комплекс МАГ-1 (GT-1A). Опыт разработки и результаты летных испытаний // Гироскопия и навигация. 2002. Т. 38, № 3. С. 104–116.
12. Olson, D., GT-1A and GT-2A airborne gravimeters: improvements in design, operation, and processing from 2003 to 2010, Proceedings of the ASEG-PESA airborne gravity 2010 workshop, Sydney, Australia. 2010.
13. Лаборатория управления и навигации МГУ [Электронный ресурс]. URL: http://navlab.ru.
14. iMAR [Электронный ресурс]. URL: https://www.imar-navigation.de.
15. АО «ГНПП «Аэрогеофизика» [Электронный ресурс]. URL: https://www.aerogeo.ru.
16. Вязьмин В.С., Голован А.А., Болотин Ю.В., Бровкин Г.И., Контарович О.Р. Технологии и результаты обработки первичных данных бескарданного аэрогравиметра в площадных съемках с облетом рельефа на разных носителях // Cб. материалов XXXIII конференции памяти выдающегося конструктора гироскопических приборов Н.Н. Острякова. СПб.: АО «Концерн «ЦНИИ Электроприбор», 2022. С. 157–161.
17. Бровкин Г.И., Контарович О.Р., Голован А.А., Вязьмин В.С. Результаты первой в России аэрогравиметрической съемки с бесплатформенным гравиметром // Сб. материалов IV Международной геолого-геофизической конференции и выставки «ГеоЕвразия-2021. Георазведка в современных реалиях». Т. 2. Тверь: ООО «ПолиПРЕСС», 2021. С. 107–111.
18. Краснов А.А., Соколов А.В., Элинсон Л.С. Новый аэроморской гравиметр серии «Чекан» // Гироскопия и навигация. 2014. №1. С. 26–34.
19. Sander, S., Argyle, M., Elieff, S., Ferguson, S., Lavoie, V., Sander, L. The AIRGrav airborne gravity system, Recorder, 2005, 30, 49–54.
20. Jensen, T.E., Forsberg, R., Helicopter Test of a Strapdown Airborne Gravimetry System, Sensors, 2018, 18, 3121, doi:10.3390/s18093121
21. Степанов О.А., Кошаев Д.А., Моторин А.В. Идентификация параметров модели аномалии в задаче авиационной гравиметрии методами нелинейной фильтрации // Гироскопия и навигация. 2015. № 3 (90). С. 95–101. DOI 10.17285/0869-7035.2015.23.3.095-101.
22. Becker, D., Advanced calibration methods for strapdown airborne gravimetry, Ph.D. Thesis, Technische Universität Darmstadt, Darmstadt, Germany, 2016.
23. Simav, M., Becker, D., Yildiz, H., Hoss, M., Impact of temperature stabilization on the strapdown airborne gravimetry: a case study in Central Turkey, J. Geod., 2020, 94, 41, https://doi.org/10.1007/s00190-020-01369-5.
24. Cao, J., Wang, M., Cai, S., Zhang, K., Cong, D., Wu, M., Optimized design of the SGA-WZ strapdown airborne gravimeter temperature control system, Sensors, 2015, 15, 29984–29996, doi:10.3390/s151229781.
25. Вавилова Н.Б., Голован А.А., Парусников Н.А. Математические основы инерциальных навигационных систем. М.: Изд-во Московского университета, 2020, 164 с.
26. Торге В. Гравиметрия. М.: Мир, 1999, 429 с.
27. Jekeli, C., Kwon, J.H., Results of Airborne Vector (3-D) gravimetry, Geoph. Res. Lett., 1999, 26(23): 3533–3536.
28. Вавилова Н.Б., Васинева И.А., Голован А.А., Козлов А.В., Папуша И.А., Парусников Н.А. Калибровка в инерциальной навигации // Фундаментальная и прикладная математика. 2018. 22:2. 89–115.
29. Kozlov, A.V., Kapralov, F.S., Fomichev, A.V., Calibration of a timing skew between gyroscope measurements in a strapdown inertial navigation system, 26th Saint Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems Proceedings, St. Petersburg, 2019, pp. 241–245, doi: 10.23919/ICINS.2019.8769417.
30. Kozlov, A.V., Kapralov, F.S., Millimeter-level calibration of imu size effect and its compensation in navigation grade system, DGON Inertial Sensors and Systems Proceedings, Piscataway, NJ, United States, 2019, pp. P10.1–P10.12, doi: 10.1109/ISS46986.2019.8943630.
31. Tarygin, I.E., Kozlov, A.V., Calibration of inertial measurement unit with simultaneous estimation of the temperature time-derivative variations, Mathematics in Engineering, Science and Aerospace, 2019, vol. 10, no. 4, pp. 715–723.
32. Говоров А.Д., Вязьмин В С., Шаронов А.В. Предполетная калибровка блока акселерометров и контроль целостности первичных данных бескарданного гравиметра // Cб. докладов XXXIII конференции памяти выдающегося конструктора гироскопических приборов Н.Н. Острякова. СПб.: АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2022. С. 161–165.
33. Вязьмин В.С., Голован А.А., Говоров А.Д. Начальная и конечная выставки бескарданного аэрогравиметра с определением смещений нулевых сигналов акселерометров // Гироскопия и навигация. 2023. Т. 31. №1 (120). С. 76–88.
34. Golovan, A.A., Vavilova, N.B., Satellite navigation. Raw data processing for geophysical applications, J. Math. Sci., 2007. 146(3):5920–5930.
35. Kailath, T., Sayed, A. H., Hassibi, B., Linear estimation, Prentice Hall, Englewood Cliffs, 2000.
36. Вавилова Н.Б., Голован А.А., Козлов А.В., Папуша И.А., Зорина О.А., Измайлов Е.А., Кухтевич С.Е., Фомичев А.В. Интеграция спутниковой и инерциальной навигационных систем с учетом рассинхронизации данных и смещения спутниковой антенны. Опыт практической реализации // Гироскопия и навигация. Т. 29. №3 (114), 2021. С. 52–68.
37. Емельянцев Г.И., Степанов А.П. Интегрированные инерциально-спутниковые системы ориентации и навигации / под общей ред. акад. РАН В.Г. Пешехонова. СПб.: АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2016. 394 с.
38. Stepanov, O.A, Koshaev, D.A., Analysis of filtering and smoothing techniques as applied to aerogravimetry, Gyroscopy and Navigation, 2010, vol. 1, no. 1, pp. 19–25.
39. Vyazmin, V.S., New algorithm for gravity vector estimation from airborne data using spherical scaling functions, International Association of Geodesy Symposia, Springer, Berlin, Heidelberg, 2020, pp. 1–7, https://doi.org/10.1007/1345_2020_113.
40. Freeden, W, Michel, V., Multiscale potential theory (With applications to geoscience), Birkhauser Verlag, Basel, 2004.
41. Klees, R., Tenzer, R., Prutkin, I., Wittwer, T., A data-driven approach to local gravity field modelling using spherical radial basis functions, J. Geod., 2008, 82:457–471.
42. Eicker, A., Gravity Field Refinement by Radial Basis Functions from In-Situ Satellite Data, Ph.D. Thesis, University of Bonn, Bonn, Germany, 2008.
43. Bolotin Y.V., Vyazmin V.S., Spectral analysis of the airborne vector gravimetry problem, J. Math. Sci., 2021, vol. 253, no. 6, pp. 778–795, doi: 10.1007/s10958-021-05269-7.
44. Vyazmin, V.S., Bolotin, Y.V., Two-dimensional Kalman filter approach to airborne vector gravimetry, Journal of Geodetic Science, 2019, vol. 9, no. 1, pp. 87–96, doi: 10.1515/jogs-2019-0009.
45. Могилевский В.Е., Бровкин Г.И., Смирнов А.С., Прозорова Г.В. Оценка погрешности данных аэрогравиметрической съемки // Мониторинг. Наука и технологии. 2018. Т. 36. № 3. С. 6–17.
Рецензия
Для цитирования:
Голован А.А., Вязьмин В.С. Методика проведения аэрогравиметрических съемок и обработки первичных данных бескарданного аэрогравиметра. Гироскопия и навигация. 2023;31(1):58-75. EDN: EVVRIE
For citation:
Golovan А.А., Vyazmin V.S. Methodology of Airborne Gravimetry Surveying and Strapdown Gravimeter Data Processing. Gyroscopy and Navigation. 2023;31(1):58-75. (In Russ.) EDN: EVVRIE
Просмотров:
4
Послать статью по эл. почте 