重力潮汐改正

高精度重力测量迫切要求提高重力潮汐改正的精度,本文应用现有的我国重力潮汐观测成果和海潮重力负荷改正计算结果,提出一组重力潮汐改正的实用计算公式。并且根据计算误差要求小于±1μGal的条件下,将我国划分为四个区,与合适的计算式相对应。此外,对近年来国外学者所提出的理论重力潮汐改正计算公式进行了评述,尤其对过去不曾注意的潮汐永久项（M₀S₀波）在潮汐改正中的影响进行了较详细的讨论。最后还对目前海潮负荷改正的精度提出了一些看法。     

水下重力辅助导航中重力测量误差改正研究

重力辅助惯性导航系统是未来水下载体导航的重要方式,实时提供重力测量数据是实现水下载体重力辅助导航的关键技术之一.详细探讨了水下载体重力观测数据的厄特弗斯改正和水平扰动加速度改正的数学模型,通过仿真计算分析了载体的位置、航向角和速度误差对厄特弗斯改正精度的影响.仿真结果表明,航向角误差和速度误差对厄特弗斯改正的影响较大;当V=8节、φ=30°时,载体向北航行时,0.5°的航向角误差造成的厄特弗斯改正误差约0.5mGal,载体向东航行时,0.1节的速度误差造成的厄特弗斯改正误差约0.6mGal;要保证厄特弗斯改正精度在±1mGal以内,则要求航向角误差在±1°以内,且航速测量误差在±0.1节以内.     

系统误差及传递误差对山东重力变化的影响分析

对2009年以来的重力资料采用新的8位点号平差程序,利用绝对重力控制的相对重力测量10期资料进行了经典平差计算和系统误差检验分析,揭示了经系统误差改正后的重力变化结果较小,基本符合山东正常重力变化幅度。另外,对测网的传递误差带来的影响进行了简单的讨论,从而基本去除无震异常值较大的弊端,为合理科学分析山东重力场变化特点提供了前提条件。     

基于EEMD分解的气压改正方法研究

利用超导重力仪观测数据精确测定低于1 mHz的地球自由振荡简正模式的分裂频率,是在不与任何弹性系数发生联系的情况下改善一维密度模型的有效方法.但在该频段台站局部气压变化对重力观测数据的影响成为主要干扰来源,且具有频率依赖特性,因此精细地开展气压改正成为利用超导重力数据检测低频自由振荡信号的必要手段.本文基于EEMD方法,提出了一种具有频率依赖特性的气压改正方法.该方法将重力观测和气压变化分解成处于不同频段的本征模态函数,并在相应频段上分别进行重力-气压变化的回归分析,计算得到具有频率依赖特性的气压导纳值,精细地消除气压变化对重力观测的影响,并以此对微弱低频地球自由振荡信号开展高分辨率分析.基于本文提出的气压改正方法,利用大地震后的超导重力数据检测了频率小于1.5 mHz的低频地球自由振荡及其频谱分裂现象.研究结果表明：利用该方法进行气压改正后检测得到的各简正模具有更高的信噪比,估计的本征频率误差水平明显降低,获得的基频球型振荡₀S₂和₀S₃以及一阶球型振荡₁S₂的分裂谱峰的估计精度更高,同时还检测到了部分环型振荡在重力观测中的耦合现象.对低频地球振荡的高分辨率检测结果验证了基于EEMD分解提出的气压改正方法的有效性,同时再次证明了超导重力仪观测数据在低频地球自由振荡检测中的优势.     

水域地形改正方法研究

在区域重力调查工作中,地形改正误差对重力异常总精度影响较大,是提高布格异常总精度的关键因素.在以往的区域重力工作中,遇到河、湖等水体时,因为条件所限,通常将水域视为与地形改正密度相同的物质,对岸边点不进行水体改正,无形中对重力异常的精度产生了影响.随着技术进步,对地形改正精度要求越来越高,故,需要进行精细的地形改正.水体作为特殊的地表覆盖物,具有较大规模时,成为不容忽略的影响因子.根据本文评估计算,平均水深达20m、水面宽度达2km时,水体对测点的影响已经接近或超过现行规范的精度要求.所以,当遇到水深大于20m的青海湖、水深达到100m的纳木错等大型湖泊时,传统的、忽略水体影响的工作方法已不能满足精度要求,需要消除水体对测点产生的影响.本文给出了用计算机进行水体改正的具体方法:用DEM数据和水体深度资料,采用共用点法计算出进行了水体改正的地形改正值和水体改正值.并用模型数据进行了水体改正计算,根据计算结果对水体改正值进行了定性分析,得出结论:1)水体改正方法正确、简便,可应用于重力调查工作;2)当水体的平均厚度达到20m以上时,在区域重力工作中,必须考虑进行水体改正;3)水体改正值与测点距水体的距离、测点周边水体面积大小、水体边界形状、测点海拔高程和水底地形等因素有关.即,在以下情况下水体对测点的影响值增大:测点距水体距离减小、测点周边水体面积增大、测点位置突入水域越多、测点高程越接近水面高程、水底地形越陡.     

导电大地上航空电磁系统校准

航空电磁系统校准是开展实际测量工作的基础,校准情况直接影响数据处理和解释.传统校准方法通常假设在自由空间中进行,忽略导电大地耦合影响.然而,实际工作中很难找到绝对高阻的校准场地,导电大地对系统校准和观测数据的影响无法忽视.本文以频率域航空电磁系统为例,对导电大地上航电系统校准技术和校准误差改正方法进行研究.我们首先推导了层状导电大地上水平共面和直立共轴线圈系统的校准公式,结果表明导电大地对航电系统校准尤其是水平共面装置的高频信号影响很大.针对校准过程中大地电导率已知的情况,本文采用非线性方程求解技术一次性确定校准线圈位置和Q值;在没有任何辅助信息情况下,也可直接利用实测数据计算校正因子进行迭代求解.测试结果表明该方法快速、准确、有效.考虑到系统相位和增益调整直接影响观测数据,本文提出了航空电磁数据校准误差的改正算法.实测数据误差改正结果表明,导电大地对高频信号影响严重,校准误差改正后的航空电磁数据与实际地质资料更好吻合.     

中国大陆精密重力潮汐改正模型

利用理论和实验重力固体潮模型,充分考虑全球海潮和中国近海潮汐的负荷效应,建立了中国大陆的精密重力潮汐改正模型.结果表明,采用不同的固体潮模型会对重力潮汐结果产生相对变化幅度小于0.06％的差异;在沿海地区海潮负荷的影响约为整个潮汐的4％,而中部地区约为1％,其中中国近海潮汐模型的影响约占整个海潮负荷的10%,内插或外推潮波的负荷约占海潮负荷的3％.通过比较实测的重力数据表明,本文给出的重力潮汐改正模型的精度远远优于0.5×10^-8 m·s^-2,说明了本文构建的模型的实用性,可为中国大陆高精度重力测量提供有效参考和精密的改正模型.     

利用重复测线校正海空重力仪格值及试验验证

通过分析海空重力测量系统误差的形成机理,我们发现海空重力仪格值标定误差是引起系统性测量偏差的主要因素之一.本文简要介绍了重力仪格值的标定方法,分析论证了格值标定的精度要求,提出了利用东西正反向重复测线检测校正海空重力仪格值的计算模型和补偿方法,分析讨论了该方法的校正精度及其适用条件,利用航空重力实际观测网数据对该方法的合理性和有效性进行了数值验证,证明该方法对消除海空重力测量系统性偏差具有显著作用.     

航空重力地形改正技术研究及应用

采用近、中区质量柱与远区质量线地改模型相结合的方法研究了最大地改半径及不同网格间距高程数据对地形改正效果的影响.研究中采用不同的高程数据间距和合理地改半径配对进行计算,选择最佳的网格间距,以提高地形改正效率和整体精度.在满足地改精度的前提下研究区160 km外的地形质量对测点的重力影响可以忽略不计.研究结果为今后同类型航空重力测量地形改正提供方法及参量选取参考.     

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.     

Error sources and data limitations for the prediction of surface gravity: a case study using benchmarks

Gravity-based heights require gravity values at levelled benchmarks (BMs), which sometimes have to be predicted from surrounding observations. We use the Earth Gravitational Model 2008 (EGM2008) and the Australian National Gravity Database (ANGD) as examples of model and terrestrial observed data respectively to predict gravity at Australian National Levelling Network (ANLN) BMs. The aim is to quantify errors that may propagate into the predicted BM gravity values and then into gravimetric height corrections (HCs). Our results indicate that an approximate ±1 arc-min horizontal position error of the BMs causes maximum errors in EGM2008 BM gravity of ~22 mGal (~55 mm in the HC at ~2200 m elevation) and ~18 mGal for ANGD BM gravity because the values are not computed at the true location of the BM. We use RTM (residual terrain modelling) techniques to show that ~50% of EGM2008 BM gravity error in a moderately mountainous region can be accounted for by signal omission. Non-representative sampling of ANGD gravity in this region may cause errors of up to 50 mGals (~120 mm for the Helmert orthometric correction at ~2200 m elevation). For modelled gravity at BMs to be viable, levelling networks need horizontal BM positions accurate to a few metres, while RTM techniques can be used to reduce signal omission error. Unrepresentative gravity sampling in mountains can be remedied by denser and more representative re-surveys, and/or gravity can be forward modelled into regions of sparser gravity.     

多网重力数据联合平差和系统误差改正

华北地区现行的地震重力监测网由于独立联测, 自成体系, 绝对控制点较少, 获得的重力场动态变化图像在绝对控制较弱的地区会产生畸变, 也不能有效的消除仪器标定系统所引起的测量误差。 本文以华北大网作为控制网, 结合绝对重力点进行联合平差计算, 使各省区地震重力监测网平差精度提高了(0~4)×10^-8 m/s², 平差起算基准相统一, 绝对控制较弱的地区畸变减小。 采用相关系数检验法, 对华北地区各省区地震重力监测网2010年二期重力平差计算结果进行检验, 部分重力点位系统误差高达60×10^-8 m/s², 经过系统误差改正后, 重力场动态变化趋于一致。 经过各项改正后, 华北地区2010年重力场动态差分图像对地震前兆具有更好的反映。     

旋转式航空重力梯度仪动态测量误差传递模型与事后误差补偿

航空重力梯度测量技术可快速、高效地完成面积性重力梯度数据采集工作,在矿产资源勘查、军事目标探测等诸多科学领域具有广泛的应用.而航空重力梯度动态测量误差补偿方法是重力梯度动态测量数据处理中的一项重要工作.本文首先对旋转式重力梯度仪误差传递机理进行了定量分析,在综合考虑重力梯度仪系统非理想因素相互作用的情况下,建立了多种非...     

航空重力傅里叶基追踪低通滤波方法研究

航空重力测量受到各种各样的高频噪声干扰,因此,低通滤波是提取重力信号的重要环节,其关键在于设计性能优越的低通滤波器.目前航空重力测量中常用FIR（Finite Impulse Response）低通滤波方法存在明显的滤波边缘效应,导致不得不舍弃边缘部分数据.针对这一问题,本文引入一种可以有效抑制边缘效应的新方法——傅里叶基追踪低通滤波方法（Fourier Basis Pursuit Low Pass Filter,FBPLPF）.该方法通过基追踪准则,选择全局优化,采用凸优化中的内点算法,将低频信号挤压在低频上,实现低频信号与高频信号的有效分离,能够有效减少有限时间序列造成的谱污染和谱泄漏.最后利用仿真实验和实测数据对该方法进行了验证,均方根误差（RMS）东西测线为0.7×10^-5 m·s^-2,南北测线为1.4×10^-5 m·s^-2,与FIR低通滤波方法舍弃边缘数据后统计的均方根误差相当.表明该方法可以不舍弃或者舍弃少量边缘数据,提高航空重力数据的利用率.     

首都圈地区地震重力测量数据的统一处理与分析

对首都圈地区由不同施测单位用不同仪器或不同方法获得的三组重力测量数据，通过绝对和相对测量的联合平差、相对测量结果的系统差消除，建立起绝对的、统一的重力时变体系；在此基础上分析了非构造因素地壳沉降的影响，并进行了测点位移改正，消除了长波干扰；实现了绝对和相对测量方法优势互补、消除矛盾和环境干扰、扩大信息量、加密时域采样间隔等目的，提高了识别构造活动过程的能力．结果表明，两组相对测量数据之间以及其中的10期观测资料中存在系统误差，研究区东南部的非均匀性局部地壳下沉导致10个点重力值线性上升，本文用回归分析的方法进行了改正．改正后的重力时变图对1995年10月6日古冶5.0级地震有明显而完整的反映．      

Airborne gravimetry using a strapped-down LaCoste and Romberg air/sea gravity meter system: a feasibility study

Marine gravimeters mounted on stabilized platforms are commonly used in aircraft to perform airborne gravity measurements. The role of the stabilized platform is to level the sensor mechanically, whatever the aircraft attitude. However, this compensation is generally insufficient due to the sensitivity of modern gravity sensors. Correcting the offlevel error requires that an offlevel correction calculated from positioning data be added to gravimeter measurements, which complicates not only the processing, but also the assessment of precision and resolution. This paper is a feasibility study describing the levelling of a completely strapped‐down LaCoste and Romberg gravimeter for airborne gravimetry operation, by means of GPS positioning data. It focuses on the calculation of the sensor offlevel correction needed for the complete gravity data processing. The precision of the offlevel correction that can be achieved, in terms of GPS data precision and gravity wavelengths, is theoretically studied and estimated using the gravity and GPS data acquired during the Alpine Swiss French airborne gravity survey carried out in 1998 over the French Western Alps. While a 1 cm precision of GPS‐determined baseline coordinates is sufficient to achieve a 5 mGal precision of the offlevel correction, we maintain that this precision has to reach 1 mm to ensure a 1 mGal precision of the offlevel correction at any wavelength. Without a stabilized platform, the onboard instrumentation becomes significantly lighter. Furthermore, the correction for the offlevel error is straightforward and calculated only from GPS data. Thus, the precision and the resolution of airborne gravity surveys should be estimated with a better accuracy.     

自适应卡尔曼滤波在航空重力异常解算的应用研究

依据航空重力测量基本原理,构建了航空重力异常解算的卡尔曼滤波模型,将新息自适应卡尔曼滤波器(IAE,Innovation based Adaptive Estimation)应用于量测噪声未知的航空重力异常解算.针对IAE滤波器滑动窗口宽度难以准确确定的问题,通过对多个不同滑动窗口新息协方差估计的加权平均,获得改进的IAE滤波器,该IAE滤波器不仅具有量测噪声自适应估计能力,还能实现滑动采样窗口的优化选取.试验结果表明,IAE滤波器可以降低因量测噪声统计信息不明引起的解算误差,改进IAE解算的重力异常误差约为1mGal.     

Improving airborne strapdown vector gravimetry using stabilized horizontal components

Integrating the deflections of the vertical along the flight line can yield geoid profiles which are valuable in the study of geodesy and geophysics, fortunately, the deflections can be measured directly by vector gravimetry. Airborne vector gravimetry using a Strapdown Inertial Navigation System and the Global Navigation Satellite System (SINS/GNSS) has shown promising results in previous studies. However, the quality of the SINS and GNSS is a major limitation; in particular, the attitude errors induced by the gyros will result in large measurement errors to the horizontal components of the gravity disturbance, and these measurement errors represent the behavior of low-frequency trend. An airborne vector gravimetry method used to remove the bias and low-frequency trends in the gravity disturbance estimated for each survey line has been developed. This method uses the horizontal components of the gravity disturbance computed from EGM2008 (Earth Gravitational Model 2008) as a reference. Firstly, the horizontal measurement results obtained from the gravimeter are divided into high- and low-frequency components according to the resolution of the EGM2008, and then, the bias and low-frequency trends of the low-frequency components are corrected using a linear fit to the EGM2008 reference data. Finally, the ultimate results can be acquired after combining the high-frequency components and the corrected low-frequency components. The data used was obtained from the SGA-WZ, which is the first strapdown airborne gravimeter developed in China. The results of this method are promising. The internal accuracy of the gravity disturbance's horizontal components for repeated survey lines exceeds 3.5 mGal, and the corresponding resolution is approximately 4.8 km based on 160-s data smoothing and an airplane averaging speed of approximately 216 km/h. After applying the WCF (Wavenumber Correlation Filter), the internal accuracy of the horizontal components exceeds 2 mGal. This can satisfy the requirement of the application in geodesy and solid earth geophysics.