利用Kalman平滑技术估算航空重力测量中的载体垂直加速度

提出一种具有模型误差修正的Kalman滤波模型,探讨了采用该模型,利用Kalman最优线性平滑技术估算航空重力测量中的载体垂直加速度的方法.仿真试验表明:该方法明显优于常用的数字差分与FIR低通滤波技术确定载体垂直加速度的方法,精度可达±1～2 mGal.     

基于改进A*算法的水下重力匹配导航路径规划

水下重力匹配导航作为辅助手段,能够有效克服惯性导航系统在水下长时间航行产生的误差积累.重力场的不规则性,使得不同海域重力场适配性存在差异,重力特征变化显著的海域匹配精度较高,反之精度较低.在适配性评价基础上,对导航路径进行规划有助于提高作业任务可行性,合理规避不利因素.本文采用重力异常标准差、粗糙度等特征参数对海域重力场适配性进行评价,形成重力场适配格网参考图,引入A^*算法规划起始点和目标点间路径,达到了有效规避非适配区、提高航路设计合理性的目的.传统A^*算法存在的问题是,规划路径折线较多、线路总弯曲度大,本文设计了一种改进方法,通过前后向对比分析,对单个路径节点逐个进行筛选过滤,有效减少了冗余航向调整,实现了路径的平滑优化.     

利用视线加速度数据恢复月球近区重力异常的研究

本文阐述了利用分步最小二乘方法拟合视线加速度来确定月球重力异常的原理和计算步骤,并利用"Lunar Prospector"扩展任务实测的视线方向加速度数据计算了月球近区的重力异常.最后将计算结果和现今最高阶次的月球重力场模型LP165进行了比较和分析,得出标准差在纬度-75°～75°范围内为±27.354 mGal,75°～85°和-85°～-75°范围内为±61.965 mGal的精度,从而验证了该解算方法的可行性和可靠性.     

航空重力测量中载体运动加速度的确定

航空重力测量是使用重力仪、GPS及其他传感器测定地球重力场的一种新型技术，其基本原理是利用重力仪测定包括重力加速度、载体运动加速度以及其他一些加速度在内的总加速度，从观测值中减去利用GPS确定的载体运动加速度，再加上一些改正，得到了重力加速度. 本文推导了确定载体运动加速度的直接解算法的公式，利用某次航空重力测量数据，分别在静态、动态两种情况下，分析了确定载体运动加速度精度. 结果表明：在静态、60s的平滑间隔条件下，载体加速度的确定精度是0.4—0.9mGal；在动态、90s的平滑间隔条件下，整个飞行测段载体运动加速度的确定精度是1—3mGal.     

航空重力测量数据的滤波与处理

我国首套航空重力测量系统(CHAGS)于2002年研制成功.本文设计了CHAGS观测数据的滤波处理流程,着重讨论了比力及各项改正的滤波计算方法,提出了'两步滤波法'.基于某航空重力测量实测数据,对测线重力异常的计算精度作了比较和分析,重复测线计算结果表明,CHAGS确定测线重力异常的内符合精度优于±3mGal,相应的波长分辨率为8km;与地面实测数据向上延拓数值比较表明,对于同样的波长分辨率,外部符合精度优于±4mGal.     

重力异常和重力梯度联合辅助导航算法及仿真

鉴于潜艇的惯性导航系统误差随时间积累的缺陷,重力无源辅助导航近几年成为水下潜艇辅助导航研究的热点和前沿问题.采用多模型自适应Kalman滤波并行算法对重力异常和重力梯度联合辅助导航,通过对沿航迹重力异常和重力梯度信息因子的实时分配,加权处理得到潜艇位置的最优实时估计.选取不同特征区域的2条航线进行仿真试验,对算法的匹配...     

捷联式航空重力测量算法比较

捷联式航空重力测量系统与平台式系统相比具有体积小、重量轻、功耗低等许多优点,近些年来取得了显著的研究进展.本文给出了捷联式航空重力测量的两种算法模型:捷联式惯性标量重力测量(SISG)和旋转不变式标量重力测量(RISG)模型,并对其误差模型作了初步讨论.利用我国首套捷联式航空重力仪SGA-WZ01在某海域的部分试验数据,对两种算法模型进行了比较分析,表明其差值之标准差对于200s的滤波长度小于0.5mGal.同时,利用两组重复测线数据估算了不同滤波尺度下的两种算法的内符合精度,表明SISG算法略优于RISG算法.对于200s和300s的滤波长度,SISG的内符合精度分别为1.06mGal和0.80mGal.     

利用中国北部连续重力站资料评估全球潮汐模型精度

为评估全球潮汐模型在我国潮汐改正中的适用性,本文首先对10个重力站2016—2018年的观测数据进行了精度评定,而后基于均方根、和方根、纬度依赖关系以及重力残差等指标对7个全球潮汐模型进行了精度评定。结果表明:10个重力站的一些评价指标达到甚至超越了早期超导重力仪,例如M₂波潮汐因子的中误差普遍小于0.000 70,其中最高精度约为0.000 14,5个主要潮波的稳定度均≤0.001 5。在10个观测模型和7个全球潮汐模型中,DDW-NHi和M2001模型考虑了地球扁率的影响,基于这两个模型计算的和方根较其它模型所得的和方根均小,约为0.288×10?8 m/s2。基于最高精度的乌什站数据对Molodensky, DDW-NHi,M2001与观测模型的改正精度的对比显示,DDW-NHi模型改正计算的重力残差（±0.4×10?8—±1.0×10?8 m/s2）不及观测模型（±0.1×10?8—±0.5×10?8 m/s2）,但依然优于M2001模型（±0.7×10?8—±1.4×10?8 m/s2）,且DDW-NHi模型改正获得的残差比传统的Molodensky模型所得残差（±0.5×10?8—±1.5×10?8 m/s2）小1×10?8—2×10?8 m/s2.      

中国新的重力基本网

我国旧重力基本网建于1957年,约含有13.5mGal的基准误差和0.2‰的尺度误差,现已被新的国家重力基本网1985系统（新网）取代。新网由57个点组成,其中有6个绝对重力点。整体平差后点重力值平均中误差为±7.8μGal。经外部检核,实际精度达20μGal,经过实际使用,证明估计精度正确。本文讨论了国际重力基准、LCR-G重力仪特性、高精度重力网平差及我国旧网的实际精度及其转换等问题。     

联合不同类型重力测量数据确定地球重力场模型的迭代法

不同的重力测量数据包含了不同波段的地球重力场信息,因此要恢复更高精度的地球重力场模型,就必须对不同类型的重力测量数据进行联合处理.以地面重力异常Δg为例,推导了利用迭代法联合不同类型重力测量数据反演地球重力场模型的基本原理公式,并给出了其具体实现步骤,接着采用全球的重力异常Δg数据和扰动位T数据,基于迭代法对卫星重力梯度SGG数据解算的重力场模型进行了进一步的精化.结果表明,初始的卫星重力梯度SGG模型和经过全球重力异常Δg数据精化后的模型,其对应的累计大地水准面误差分别达到1.128cm和0.048cm、累计重力异常误差分别达到0.416mGal和0.018mGal的精度;在经过全球扰动位T数据进一步精化后的模型,其对应的累计大地水准面误差达到0.043cm、累计重力异常误差达到0.016mGal的精度.     

Comparing gravity and gravity gradient surveys

Noise levels in marine and airborne full tensor gravity gradiometer surveys together with conventional land, marine and airborne gravity surveys are estimated and analysed in gridded form, resulting in relations that detail how these different survey systems can be compared analytically. After defining survey parameters including line spacing, speed and instrument bandwidth, the relations estimate the noise levels that result on either grids of gravity (gz) or gravity gradient (Gzz) as a function of the spatial filtering often applied during geological interpretation. Such comparisons are believed to be a useful preliminary guide for survey selection and planning.     

重力和重力梯度数据联合聚焦反演方法

重力数据包含较多的低频信息,重力梯度数据包含较多的高频信息,将重力数据和重力梯度数据进行联合反演得到的结果更加可信.本文基于聚焦反演方法,实现了这一过程.因为联合反演中分量种类增加,所以计算灵敏度矩阵所需要的时间增加,为此,本文提出了一种快速计算灵敏度矩阵的方法.因为联合反演对内存的要求增大,本文选择有限内存BFGS拟牛顿法求解反演问题.本文通过再加权的方法实现深度加权.文中利用单一分量的反演结果来预测异常体的埋深信息,随后将埋深信息结合到深度加权函数中,将其用于多分量组合反演计算.给出了模型试验,发现预测得到的异常体的埋深信息与其实际埋深存在偏差,但是将这一信息应用到反演计算,能够得到与真实模型一致的结果.之后,本文通过模型试验来探究重力和重力梯度联合反演的优势,发现将重力和重力梯度数据联合,能够识别出额外的噪声,反演得到的模型更加合理.但是,对于不同分量组合得到的反演结果是相近的,反演模型的提高很小.最后,将联合反演方法应用到美国路易斯安那州Vinton岩丘的实际数据中,结果显示,将重力和重力梯度数据联合反演,反演模型得到了提高,反演得到的结果与地质资料吻合.     

孕震过程中重力位、重力、重力梯度变化的数值模拟研究

简要介绍了为探索和解释地震前后重力变化的各种孕震模式,推导了由孕震引起的密度变化和位移与地面重力位、重力、重力梯度之间的变化关系。摸拟计算了孕震位移和密度变化引起的重力位、重力、重力梯度变化的空间分布并分析了重力位、重力、重力梯度变化的空间分布特征。与此同时,采用广义司托克斯云积分和有限差分方法对云南丽江7. 0级地震前重力位、重力、重力水平梯度进行了计算。结果表明,强震前重力位、重力、重力梯度有其自身的变化特征,这对预测强震有实际意义。     

A gravity network in central Greece for secular gravity studies

The Sterea Hellas (central Greece) gravity network was remeasured in 1982, with the addition of 40 new stations. There were no statistically significant gravity differences for most of the gravity stations first established in 1968, but four stations—Arta, Preveza, Levadia, and Kymi—exhibited gravity changes of –121, –74, –39, and –67 gal, respectively.In the absence of repeat levelling, the exact amount of vertical displacement cannot be determined. Nevertheless, for Arta and Preveza some theoretical estimates can be made from shallow seismicity data. The vertical displacement deduced from a seismic-moment calculation for the western part of Greece was found to be about 100 mm, corresponding to a slip rate of approximately 7.5 mm/yr. The corresponding gravity change is too small to account fully for that observed at Arta and Preveza. For the rest, other causes, such as creep, should be considered. For the stations Kymi and Levadia the local seismicity is limited, and no calculation was made of the vertical displacement related to earthquakes.Finally, the possibilities in using the central Greece gravity network for studies of earthquake prediction are discussed.     

基于深度学习的重力异常与重力梯度异常联合反演

高效高精度的反演算法在重力大数据时代背景下显得尤为重要,受深度学习卓越的非线性映射能力的启发,本文提出了一种基于深度学习的重力异常及重力梯度异常的联合反演方法.文中首先提出了一种基于网格点几何格架的重力异常及重力梯度异常的空间域快速正演算法,这为本文深度学习反演算法的实现奠定了基础;其次对大量的不同密度模型进行正演计算获得样本数据集;然后设计了一种端到端的深度学习网络结构(GraInvNet),再利用样本数据对该网络结构进行训练;最后进行反演预测.组合模型试验表明,多维度数据联合反演相比单一分量反演其结果更“聚焦”,且与模型边界高度吻合,并且对于复杂模型的姿态与物性预测具有极为显著的优势,以及对于含噪声数据的反演,其质量也不会降低;Vinton岩丘实测重力数据也验证了文中方法的有效性;从而证明了深度学习在重力数据的高效高精度反演方面具有的巨大潜力.     

重力和重力梯度数据三维相关成像

本文提出了重力异常三维相关成像方法和重力梯度数据三维相关成像方法,并提出了基于异常分离的三维相关成像方法来提高成像分辨率.通过合成Y型岩脉模型和合成多个直立长方体组合模型的重力异常和重力梯度数据试验分析,验证了本文三维相关成像方法可显示出异常地质体的空间赋存状态和等效剩余质量分布,具有良好的纵向和横向分辨率.     

重力辅助惯性导航中的重力场多尺度特性研究

重力辅助惯性导航是真正的无源导航,它已成为21世纪无源导航定位技术的主要研究方向之一.本文在进行了一般性的尺度概念及多尺度系统理论概述之后,结合重力场的固有特性,分别从重力场的模型尺度特性、空间尺度特性以及时间尺度特性详细介绍了地球重力场固有的多尺度特性.另外,根据重力辅助惯性导航系统中重力场数据的作用,从利用重力场实...     

基于地面重力的卫星重力梯度检校方法

卫星重力梯度仪在轨检校是提高梯度模式重力卫星观测质量的关键.本文面向中国未来梯度模式重力卫星规划任务,研究提出一种基于地面重力的卫星在轨检校方法,该方法顾及卫星设计指标,从地面先验重力数据的精度、空间尺度以及卫星重力梯度仪的观测噪声等卫星检校要素开展分析研究,成功实现地面数据与卫星观测数据的比对检校.研究结果表明,在12°×12°的地面检校区域内,利用精度优于1 mGal的地面重力观测数据即可实现噪声低于10 mE的重力梯度仪高精度在轨检校.     

Full gravity gradient tensors from vertical gravity by cosine transform

We present a method to calculate the full gravity gradient tensors from pre-existing vertical gravity data using the cosine transform technique and discuss the calculated tensor accuracy when the gravity anomalies are contaminated by noise. Gravity gradient tensors computation on 2D infinite horizontal cylinder and 3D ??Y?? type dyke models show that the results computed with the DCT technique are more accurate than the FFT technique regardless if the gravity anomalies are contaminated by noise or not. The DCT precision has increased 2 to 3 times from the standard deviation. In application, the gravity gradient tensors of the Hulin basin calculated by DCT and FFT show that the two results are consistent with each other. However, the DCT results are smoother than results computed with FFT. This shows that the proposed method is less affected by noise and can better reflect the fault distribution.     

Conforming Falcon‡ gravity and the global gravity anomaly

Gravity derived only from airborne gravity gradient measurements with a normal error distribution will have an error that increases with wavelength. It is straightforward in principle to use sparsely sampled regional gravimeter data to provide the long wavelength information, thereby conforming the derived gravity to the regional gravity. Regional surface or airborne gravimeter data are not always available and can be difficult and expensive to collect in many of the areas where an airborne gravity gradiometer survey is flown. However the recent release by the Danish National Space Centre of the DNSC08 global gravity anomaly data has provided regional gravity data for the entire earth of adequate quality for this purpose. Studies over three areas, including comparisons with ground, marine and airborne gravimetry, demonstrate the validity of this approach. Future improvements in global gravity anomaly data are expected, particularly as the product from the recently launched Gravity field and steady‐state Ocean Circulation Explorer (GOCE) satellite becomes available and these will lead directly to an improvement in the very wide bandwidth gravity available after conforming gravity derived from gravity gradiometry with the global gravity.