平台式航空重力勘查系统国产化研究

针对深地资源勘探等应用对航空重力测量精度的要求,在前期研究基础上,研制并集成了平台式航空重力勘查系统。该系统为"三轴稳定平台+石英挠性摆式加速度计"的平台式航空重力仪,重力仪采用自标定技术和平台姿态误差实时估计和修正技术,并配备了导航定位系统、减振系统、无人值守系统和数据处理软件等。飞行测量数据表明:平台式航空重力勘查系统多架次重复线飞行数据的内符合精度优于0.6×10~(-5) m/s~2(100 s),测量精度达到国际先进水平,可以实现航空重力测量技术装备国产化。     

DGPS在航空重力测量中的应用

基于DGPS在GT-1A型航空重力系统测量中的应用,针对GPS基站的位置精度和选择展开探讨,并对计算获得的空间重力异常结果进行对比分析。对比结果表明GPS基站所用位置值不同会引起测线空间重力异常的水平误差,相同测线经过水平调整后基本保持一致。GPS基站和移动站的距离长短对测线空间重力异常的局部细节幅值有影响,进行水平调整后相同测线间的内符合总精度为0.3 m Gal左右。     

基于车载重力测量平台的城市地下空洞快速探测

为了解决现有静态重力测量在城市地下空洞探测时存在工作难度大、效率低等问题,本文提出了基于车载重力测量平台的城市地下空洞快速探测方法。采用国产高精度捷联式重力仪SAG搭建车载移动重力测量平台,在长春卫星广场附近进行动态重力测量试验。首先对测得数据进行楼房干扰校正;之后采用基于传统极值点深度估计(depth from extreme points,DEXP)方法改进的比值DEXP方法进行重力异常数据深度成像;最后采用Tilt梯度法对位场数据进行边界识别。选取轻轨站附近两条测线进行研究,得出测线在700～1 300m区域附近存在负值异常,在800和1 000m附近最佳深度分别是24和28m,构造指数分别为0.18和0.06;经分析符合实际地下轻轨站空洞类型和所在范围,验证了车载移动平台重力测量在城市地下空洞探测中展开的可能性和有效性。     

利用航磁重复线测量内符合精度消除航磁梯度测量中的转向差

为消除吊舱式航磁梯度测量中梯度仪转向差的影响,评价航磁梯度系统的测量精度,笔者尝试了计算重复线内符合精度的方法。通过推导,给出了重复线内符合精度新的计算公式,该公式和地面重力、磁法测量中重复观测、仪器多台一致性总精度计算及航空重力、磁法测量中利用测线与切割线交叉点计算总精度的公式具有形式上的统一。利用改进的水平调整方法显著的消除了航磁梯度测量中的转向差,并客观评价了梯度系统的测量精度。     

SAG-2M型与KSS31M型海洋重力仪比测结果分析

为检验我国自主研发的SAG-2M型海洋重力仪的技术性能,验证其获取重力数据的可靠性,选用德国KSS31M型海洋重力仪开展同船比测工作。按照海洋地质调查规范分别处理了2台重力仪的原始重力数据,对2台重力仪得到的自由空间重力异常数据的交点差、测线及网格数据进行了对比分析及相关性分析。数据对比分析结果表明,两种型号重力仪测量精度相当,数据异常形态及变化趋势一致,幅值基本吻合,两者数据高度线性相关。通过此次同船比测工作,认为我国自主研发的SAG-2M型海洋重力仪平台稳定,测量精度与德国KSS31M型海洋重力仪相当,该比测结果对今后SAG-2M型海洋重力仪的研发及测量工作具有重要参考价值。     

基于交叉点不符值统计的航空重力测量质量评估方法

介绍了一种航空重力测量质量评估方法,即通过统计一个架次飞行的测线与全区所有切割线交叉点空间重力异常不符值均方差得到架次/测线精度指标,以实现对每架次测量质量进行量化评估的目的。利用该方法对3个GT-1/2A航空重力测区原始数据按架次进行了计算和统计,得出了架次/测线精度指标统计分布规律,为航空重力测量质量控制提供了新的方法和参考指标。     

航空重力测量的历史回顾

在本世纪５０年代末到６０年代,首次报导的航空重力测量尝试,是利用固定翼飞行器所进行的可行性试验。仪器系统是由海上重力仪、摄影测量照像机和定位多卜勒雷达,以及一些仅用于测定高度变化的沸点测高器组成的。试验的几条测线经过相对较高的地形区域。一般情况下重力仪运行正常,但该系统在对航空能力的控制和测量,以及计算艾维改正、飞行稳定性对于精确测量飞行器的垂向运动中受到限制。这些试验表明,航空重力测量可获得±１０×１０－５ｍ／ｓ２的精度。１９６５年１月,空军的剑桥研究实验室开始了一项深入细致的计划,对现有的和…     

航空重力测量内符合精度计算方法

为了评估航空重力系统的性能指标,通常采用对一条测试线多次往返飞行计算各条重复测试线内符合精度的方法。笔者研究了一种较准确的计算各重复线对应点的方法,并在对应点处采用插值方法计算其重力值,利用重复线上对应点的重力值进行均方差计算可以得到精度较高的内符合精度值。     

CG6型相对重力仪比例因子两种标定结果比对分析

比例因子一直是影响相对重力测量精度的重要因素之一.根据不同方法标定相对重力仪比例因子,对相对重力测量数据进行计算,其结果精度存在一定的不同.利用CG6型相对重力仪比例因子的两种标定结果(重力长基线标定值和测区重力基准点之间标定值),对2019年和2020年中国大陆构造环境监测网络西藏测区相对重力联测数据进行处理,并对结果精度进行比对分析.结果 表明,采用在测区重力基准点间标定比例因子计算的成果精度,优于在重力长基线标定比例因子计算的成果精度.     

量子重力仪在地球科学中的应用进展

量子重力仪是近30年来快速发展起来的一种新型绝对重力仪,目前对该新型重力仪的研究已进入小型化和实用化阶段.国内外基于量子重力仪的地球科学研究发展较快,应用研究包括火山活动监测、海洋绝对重力测绘和航空绝对重力测量等.由浙江省量子精密测量重点实验室研制的ZAG-E型量子重力仪具有体积小、易搬运和稳定性高等优点,其绝对重力测量精确度可以达到10 μGal.基于该量子重力仪,开展了地震台连续绝对重力测量的相关研究,着重介绍了在四川省甘孜藏族自治州燕子沟地震台进行的连续绝对重力测量,该研究有助于构建该地区的重力基准和分析地质地形构造以及地质活动所带来的影响.基于量子重力仪的精密重力测量为地球科学的研究提供了一种新型的技术手段,同时也提供了可靠的基础绝对重力数据.未来,量子重力仪有望被越来越广泛地应用于地球物理和地表绝对重力测绘等地球科学领域.     

起伏飞行在航空重力测量的应用研究

从理论上分析了起伏飞行测量对GT航空重力测量的影响程度;为了有效地验证起伏飞行的测量效果,开展平坦地形、起伏地形下的一系列缓起伏飞行测试,并分别对GT-2A直升机、固定翼航空重力缓起伏飞行测量结果进行了评价;测试结果表明:采用坡度不超过3.0°(爬升率约1/20)的缓起伏飞行方法是可行的,其重复测量内符合精度均小于0.7 m Gal,满足了高精度测量的要求。     

基于经验模态分解的航空重力测量动态误差分离

航空重力测量数据在测量的过程中很容易受到飞机动态运动的影响,飞机动态运动强时,航空重力测量数据的质量也随之降低,虽然经过数字滤波后可以将航空重力异常数据中的大部分噪声去除,但一部分与信号重叠的噪声还是无法被消除。利用经验模态分解对受飞机动态影响较大的一组实测数据进行深化处理。结果表明,在不影响航空重力异常数据分辨率的情况下,该方法很好地消除了由飞机动态运动引起的动态误差,使得航空重力测量的内符合精度由1.43 m Gal提升到了1.27 m Gal。     

航空重力起伏飞行中飞机姿态对测量数据影响分析

在航空重力飞行时,针对GT-1A航空重力系统在同一条测线中使用两种爬升率(1 m/s和2 m/s)进行起伏飞行。考察起伏飞行引起的飞机姿态变化对测量数据的影响,以及在航空重力测量中小坡度缓起伏作业的可行性,是笔者的研究目的。试验结果表明,所使用的两种爬升率对航空重力测量数据未有明显影响,GT-1A航空重力系统可以进行缓起伏飞行测量。     

高精度航空重力测量系统分项指标设计分析

为研制高精度航空重力仪,开展了高精度航空重力仪分项指标设计与分析,为高精度航空重力测量系统设计提供依据。笔者基于航空重力测量的数学模型,归纳出影响航空重力测量的主要因素;结合航空重力测量的相关理论公式,使用理论模型,推导出各影响因素的误差模型;开展了各项误差的分析研究,并通过设定合理的分项指标精度来有效地控制分项误差,确保航空重力测量精度优于0.6×10-5m/s2。     

三轴稳定平台式航空重力测量数据处理方法研究与实现

开展航空重力测量数据处理方法研究,提高数据处理的精度,赶超世界先进水平,具有十分重要的意义。本文基于国产三轴稳定平台式航空重力测量系统,开展了航空重力测量数据处理方法研究及相应的软件研制,实现了适用于稳定平台式航空重力数据的卡尔曼平滑算法,在国内首次解算出平台式航空重力空间异常,内符合精度达到0.590×10~(-5)m/s~2,外符合(与GT航空重力测量系统测量数据对比)精度达到0.581×10~(-5)m/s~2,数据处理精度达到国际先进水平。由此表明:数据处理采用的方法可行,解算精度高,提升了我国航空重力测量数据处理技术水平。     

长基线航空重力测量精度分析

针对中远海域航空重力测量过程中由于不易架设GPS基站而导致基线较长的实际,根据航空重力测量原理,基于实际测量数据分析了长基线对航空重力测量精度的影响。综合分析长基线对差分定位精度的影响并结合航空重力异常内符合精度评价,相较于航空重力测量所要求的精度,认为长基线(600～800 km)对航空重力测量精度影响有限且几乎可以忽略不计,为进一步开展中远海域航空重力测量提供了技术支撑。     

斜轴高斯投影在跨带物探长剖面测量中的应用

在高精度物探重力测量中,需要提供高精度的平面位置和高程。在物探长剖面测量中,对东西跨度较大的线路进行控制测量时,高斯-克吕格投影分带和高程引起的投影变形较大,不能满足长距离重力测量对精度的要求。基于高斯-克吕格投影的基本理论,采用斜轴变形椭球高斯投影方法,结合最小二乘法、坐标转换理论及椭球变换,将原始椭球构建斜轴变形椭球,可以减小高斯投影横坐标和高程投影变形的影响,避免高斯投影分带过多对应用的影响。以漠河—呼和浩特物探长剖面测地数据为例,利用GPS快速静态测量获得平面和高程位置,测点距离约1km,通过斜轴高斯投影进行投影,最大平面精度为67.87mm/km,最大高程精度为53.039mm/km,最大投影综合变形的中误差为88.51 mm/km,大大减小了投影变形,提高了地图投影精度。因此,该投影在跨度物探长剖面测量中的应用具有一定优势。     

航磁重复线内符合精度计算方法

为了评价航磁测量数据的质量,通常采用重复线飞行,计算重复线测量值均方差内符合精度的评价方法,而计算内符合精度,最重要的是准确建立测线和重复线公共线段上的对应测点。笔者研究并采用了最小距离法,计算测线和重复线公共线段上测点对应关系,经过位置改正、磁场水平调整等处理,完成重复线上对应点测量值均方差的计算,获得准确的内符合精度计算结果。     

航磁重复线测量数据质量评价方法研究

为了量化评估航磁测量系统的动态性能指标,通常采用多次往返的重复线测量方式,来测试系统的工作稳定性和一致性,但现有规范中对重复线测量数据质量没有明确的量化标准,笔者对造成重复线磁场测量值偏差的原因进行了客观的分析,研究总结了航磁重复线测量数据均方差精度计算方法,并编写了相应的计算软件,依据重复线测量数据均方差内符合精度计算结果,客观地评估仪器的动态测量精度指标和工作状态。     

航磁测量系统的外符合精度评估

航磁测量系统的精度评估是磁测工作的一个重要内容。在内蒙古某测区开展了飞行实验,获得了航空和地面磁力测量数据,利用插值—迭代法和等效源法,将地面高精度磁力测量数据延拓到空中,通过与航空磁测数据进行比较,完成了航磁测量系统的外符合精度评估。两种延拓方法的精度评估结果均优于5 nT,真实反映了航磁测量系统的实际精度水平。本文研究方法不仅可以为航磁测量系统的外符合精度评估提供参考,也可以应用于新研航空磁力仪的尺度因子、偏差等参数的在线标定。