航空重力测量的若干具体应用技术

航空重力测量涉及到诸多具体应用技术，如GPS星历的选用、地面GPS基准站的布设、GPS采样率的设定、机载GPS接收机前后天线的比较与综合处理及测线布设等。本文利用某航空重力测量实测数据，对上述具体应用技术进行了分析与研究，并得出了若干初步结论。     

测线稳定距离对航空重力测量的影响

航空重力测量中测线的长度的往往要长于测量区域,测线长出测量区域的长度就是留给航空重力仪必要的稳定距离。以2011年某地区的实际测量数据为例介绍了稳定距离对航空重力测量的精度的影响,数据处理结果表明,在平稳的气象条件下稳定距离不够则其交叉点重力异常不符值抗差后可以达到±12.0648mGal,交叉点重力异常不符值均值可以达到±16.9091mGal。     

航空重力测量的测线设计

测线设计是航空重力测量一项十分重要的技术工作。测线布设的基本依据是对测区推求平均重力异常精度和分辨率的要求。其主要内容包括：航高和航速设计，测线间距，主、副测线布设，测线长度等。本文对此作了详细讨论，并得出若干初步结论。     

渤海湾航空重力及其在海域大地水准面精化中的应用

近海航空重力数据在陆海大地水准面统一中起着重要作用。近3年来,利用我国首套航空重力测量系统(CHAGS)完成了渤海湾地区近20万平方千米的5′×5′格网平均重力异常数据的获取。本文首先介绍了渤海湾地区航空重力测量的概况,给出航空重力测量数据的处理要点;然后,详细讨论了航空重力测量的精度评估方法,其中针对该区域的测线布设特点,提出了"重叠格网比较法"以评估格网平均重力异常的内符合精度。结果表明,对于5′的波长分辨率,交叉点重力异常不符值在抗差后的中误差约为1.5 mGal,重叠格网法获得的5′×5′格网平均重力异常的中误差约为1.6 mGal;5′×5′格网重力异常与卫星测高和船测重力的比较精度优于3.0mGal;由航空重力测量获得的1°×1°格网平均重力异常与GOCE卫星重力位模型的计算值相比较,其系统性差异小于0.5 mGal、中误差约为2.7 mGal。利用航空重力数据后,渤海湾区域大地水准面与16个GPS水准点的比较精度由EGM2008模型的约23 cm提高到约12 cm。     

利用EGM2008模型估算海洋重力测量测线布设间距

测线布设是海洋重力测量中海区技术设计的主要内容,在保证测图精度和提高测量效率方面起着关键作用。目前测线间距依据测量任务而定,没有充分顾及测区重力异常的变化特性。结合海洋重力测量的特点,利用EGM2008模型重力异常作为测线布设的先验信息,在满足测量成果精度要求的前提下,估算测线布设间距。利用实测数据检验估算的测线布设间距的合理性,结果表明,利用EGM2008模型估算的测线间距布设测线能满足海洋重力测量的精度要求,为确定海洋重力测量测线布设间距提供量化依据。     

航空重力测量副测线间距对测量精度的影响

计算了山区和平坦地区2种不同类型的航空重力测量数据在设置不同副测线间距时对测量精度的影响,计算结果表明:适当放宽副测线间距对航空重力测量精度无明显损失,仍可满足《航空重力测量作业规范》中对航空重力测量的精度要求,结论对航空重力测量作业生产具有一定的参考价值。     

单站GPS确定航空重力测量载体运动加速度的方法与结果分析

飞机运动加速度的测量精度是制约航空重力测量技术发展的主要障碍之一。相较于传统动态差分GPS（differential GPS，DGPS）技术，所提方法采用单站测量模式，无需布设地面基准站。首先通过相位历元间差分解得高精度历元间位移序列，然后结合泰勒一阶中心差分获得载体加速度，重点分析了卫星轨道和卫星钟差对加速度估计的影响，结果表明，不同卫星轨道产品对加速度估计影响较小，而卫星钟差采样率对加速度估计的影响很大。结合中国陕西省境内的GT-2A航空重力测量系统飞行实测数据，利用单站法解算的加速度联合重力和姿态数据解算重力扰动结果与DGPS解算的重力扰动符合较好，当滤波长度为100 s时，两者互差优于1.0 mGal。重力扰动交叉点不符值网平差后，均方根（root mean square，RMS）为1.13 mGal。与地面重力实测值比较的结果表明，所提方法与DGPS方法在精度上基本一致，说明单站法标量航空重力测量是可行的。     

滤波器的截止频率对航空重力测量精度的影响

简要介绍了航空重力测量中滤波器截止频率频率和测量成果精度的关系,结合2012年某地区的实际测量数据分析了滤波器不同的截止频率对航空重力测量的精度的影响。实际数据验证表明,在飞机速度平均为200km/h时,滤波器截止频率为0.007的内符合精度可以达到±6.9978mGal,其精度符合规范要求,表明在航空重力测量的计算中,根据飞机的实际速度确定合适的滤波器截止频率进行滤波,可以有效提高测量的精度。     

航空重力测量数学模型及其测量精度分析

基于数学和分析力学角度分别推导了航空矢量重力测量的数学模型,得到了一致的模型公式;给出了矢量模型的3个分量形式,其中垂直方向的分量就是标量重力测量的数学模型;简要介绍了我国研制成功的航空标量重力测量系统CHAGS的数据处理的过程,分析了标量重力测量中测线交叉点和重复测线的重力异常的精度;根据实测数据计算的结果表明:测线交叉点重力异常不符值的标准差约为5×10-5ms-2左右,重复测线的内符合精度优于5×10-5ms-2,达到了预期的要求。     

航空重力测量数学模型及其测量精度分析

基于数学和分析力学角度分别推导了航空矢量重力测量的数学模型,得到了一致的模型公式;给出了矢量模型的3个分量形式,其中垂直方向的分量就是标量重力测量的数学模型;简要介绍了我国研制成功的航空标量重力测量系统CHAGS的数据处理的过程,分析了标量重力测量中测线交叉点和重复测线的重力异常的精度;根据实测数据计算的结果表明:测线交叉点重力异常不符值的标准差约为5×10-5ms-2左右,重复测线的内符合精度优于5×10-5ms-2,达到了预期的要求.     

利用绝对重力测量对大地原点地下水沉降的研究

地下水沉降,已经成为影响绝对重力观测值变化的主要因素之一。本文利用FG5绝对重力仪,并结合GPS测量、水准测量技术,研究了地下水变化对绝对重力测量的影响,给出了地下水变化与绝对重力值变化之间的相互关系,同时分析了影响绝对重力测量的一些其他因素,对研究我国重力基准的稳定性有一定的参考意义。     

利用GPS共视法确定重力位差及海拔高差的实验研究

阐述了GPS共视法的基本原理,讨论了利用重力频移法通过GPS共视观测数据确定重力位差和高程差的方法。利用国际权度局(BIPM)发布的时间序列数据,选取了4个守时台站之间的时间差序列进行实验。结果表明,受目前GPS共视法精度所限,高程差计算值与理论值之间的平均差异和标准差在几十m的量级水平。     

地球重力场、重力、重力梯度在三维直角坐标系中的表达式

现代卫星重力测量主要利用星载GPS接收机、加速度计、星载测距仪等来确定重力卫星的轨道 ,削弱非保守力的干扰 ,由此根据卫星的位置、速度及其变率来确定地球重力场。而上述GPS等星载仪器所提供的数据 ,包括卫星轨道坐标及其速率、扰动加速度、星间距离及其变率 ,都是以三维直角坐标 (x ,y ,z)的形式表示的 ,因此 ,地球重力场、重力和重力梯度在三维直角坐标系中的表达式在卫星重力解算中具有实际意义     

GPS参考站网建设的研究

本文论述了作者对GPS参考站建设技术的研究,包括GPS参考站网的概念、性能技术指标、类型选择及其优缺点分析、建设基本参考站网的过程,并展望了建立山东省GPS参考站网的美好前景。     

基于GPS基准站网的GPS测量

采用基于GPS基准网的GPS测量可以提高GPS测量的可靠性和准确性 ,可以消除和减小GPS测量观测值中与时间和空间相关的大气误差和轨道误差的影响 ,使中、长距离快速静态定位和RTK动态定位成为现实 ,还具有可直接得到WGS84Z坐标等优点。本文介绍基于GPS基准站网的GPS测量 ,简要地论述GPS虚拟参考站法VRS和区域改正数法FKP的原理、方法和特点 ,以及目前实施中存在的一些问题     

武当山主峰高程测量技术方法

主要论述了基于GPS连续运行站观测模式进行单点测高和通过引入国家IGS连续运行站的数据,解算出观测点的大地高,利用区域精化大地水准面、似大地水准面模型,通过加入重力数据求得正常高的方法,阐述了武当山主峰高程测量作业流程和特点。     

我国大地测量学的进展和展望

回顾了我国大地测量工作的进展。面向 2 1世纪前期的我国经济和国防建设及科技和社会发展 ,展望了我国新世纪的大地测量 ,提出应逐步进入精确、动态、实时的现代化体系 ,即完善国家三维空间大地网 ;建立 GPS综合服务体系 ;提供导航和定位服务 ;测定地壳运动、电离层参数、大气中可降水份等信息 ;精化中国地区重力场参数 ;建立新的国家重力基准网 ;完成分米级精度的中国似大地水准面的推算 ;积极开展海洋和空间大地测量 ,为资源、环境的管理以及防灾监测做出应有的贡献。     

卫星重力与地球重力场

卫星重力探测技术可获取全球均匀覆盖的地球重力场信号。以GRACE为代表的卫星跟踪卫星（satellite—to—satellite tracking,SST）计划为人类提供了前所未有丰富的中长波尺度的全球地球重力场信息。本文包含两部分研究内容：一是给出基于能量守恒原理的GRACESST重力观测方程,并采用此方法以实测GRACE观测数据求解得到120阶的GRACE地球重力场模型WHU—GM—05,并同国际上具有代表性的类似模型进行了分析比较;二是采用解析方法分析了SST观测系统中KBR、ACC、星载GPS等有效栽荷误差与获取地球重力场信号性能的响应,为我国SST设计和实施提供参考。     

扰动重力边值问题与实际数据处理的研究

讨论了应用GPS测量重力点的大地高 ,从而获得地面点的扰动重力 (或称纯重力异常 )值这样新的重力边值条件 ,如何从理论与实际上确定重力场的问题。     

基于连续运行基准站的GPS网数据处理质量控制

分析了基于连续运行基准站GPS网的特点及原规范规定的数据质量控制标准的缺陷，针对新情况提出了一套新的数据质量控制标准，并结合算例，说明新标准是可行的，可作为今后制定新规范的参考。