我国重力基本网若干技术问题

本文介绍我国新的国家重力基本网1985系统(新网)。新网由57个点组成,其中包括6个绝对重力点,用拉科斯特·隆贝格(LCR—G)重力仪进行相对观测,并与国外多个已知重力基准系统作了联测,共获得各类观测数据近万个。新网重力值平均中误差为±8微伽[10~(-8)ms~(-2)],经外部检核,实际精度达20微伽。1985年通过国家鉴定。经过两年来使用证明,新网达到设计要求,具有国际先进水平。本文还讨论了重力网平差、我国旧网精度及转换、LCR—G重力仪的特性和国际重力基准等问题。     

国家1985重力基本网简介

我国原有重力网是1957年苏联航空重力队协助建立的,属波茨坦系统。国务院中央军委1978年84号文决定重建我国高精度重力网和重力基准。国家1985重力基本网共57点,分为6个基准点,46个基本点和5个引点。在6个基准点上以意大利都灵计量研究所的可移式绝对重力仪(或我国计量科学院的绝对重力仪)进行了绝对重力测量。1983—1984年又以9台高精度、大测程的拉科斯特·萨贝格(LCR)—G型重力仪在57个点间进行了高精度相对重力联测。以后,为加强85网与国际重力网的联系,又以6台LCR—G型重力仪从北京出发,联测了巴黎、日本、香港等国家和地区的23个国际重力点。     

拉科斯特-隆伯格G型重力仪仪器参数的测定

本文通过对LCR-920和LCR-922两台G型重力仪在国家重力基本网和北京灵山重力基线场上进行标定,来介绍利用长基线和专用重力标定基线场测定拉科斯特-隆伯格重力仪仪器参数的基本方法。最后,结合两台仪器在北京地区的实际观测值,对其进行了线性项和周期项改正。     

日本四国东南部1973年～1983年的重力变化

为了测定重力长期变化,1973年12月和1983年12月分别用3台和2台拉科斯特重力仪在四国东南地区进行了精密重力测量。所得结果表明,在这一期间重力值增大几十个微伽,而且它的总数比几乎在同一时期用水准测量结果所查明的变化要小。     

2009-07-22湖北地区日全食期间的重力观测

利用武汉市九峰站CWR C032型超导重力仪和沙洋地区的Lacost G型、ET型弹簧重力仪,对2009-07-22发生在长江沿线的日全食进行了重力观测。首先,对超导重力仪在日全食期间的观测数据扣除重力固体潮汐及气压影响后,分析其幅度变化,没有发现日全食期间及前后出现幅度异常的＂重力谷＂。同时,对G型和ET型重力仪观测数据采用数字滤波器法及多项式拟合重力潮汐法扣除固体潮汐影响后,同样也没有发现日全食期间及前后出现幅度较大的异常。重力实测数据处理和分析表明,2009年日全食期间并未发现＂重力谷＂现象。     

中国南极长城站绝对重力基准的建立

2004~2005年南极夏季期间,我国第21次南极科学考察队利用FG5绝对重力仪在长城站两个站点(C001和C002)进行了绝对重力测量,精度在±3×10-8ms-2以内,并同时进行了重力垂直梯度测量和水平梯度测量;利用2台LCR相对重力仪在韩国站、智利机场(2点)和菲尔德斯半岛地区的山海关、盘龙山、香蕉山、半边山等7个站点进行了高精度相对重力测量,精度达±10×10-8ms-2,并进行了相对重力仪比例因子的标定,建立了我国南极长城站地区绝对重力基准。     

重力网平差

使用拉柯斯特G型重力仪施测国家基本重力网，在我国还是第一次。为了确定重力仪的格值函数和完成高精度重力网的平差，我们对代表重力仪性能的数字模型和我国绝对重力测量精度进行了讨论，并且利用重力网的部份观测资料进行了多种方案的平差计算和相互比较，最后提出了一个切合我国实际情况的重力网平差方案。     

关于拉科斯特-隆伯格重力仪标定表的讨论

<正> 将重力仪读数转换为毫伽值,必须用厂家提供的拉科斯特—隆伯格重力仪的标定表进行内插计算。这是一项产生误差的来源,且很难将其编入计算机程序。下面介绍的方法既简便、又减弱了误差,其基本思想为使用固定的标定因子,再给重力仪读数加小改正值。     

相对重力测量的现状

地面作业方式的相对重力测量在一百年来实施期间,精度已提高了三个数量级。在野外正常条件下,目前100毫伽左右的重力差已能以±20～30微伽的精度测定。但由于绝对重力测量用于建立现代重力基本控制网已获得±1～10微伽精度,而且地球动力研究中所提出的问题也要求达到类似的精度,因此,相对重力测量的改进势在必行。通过对拉喀斯特——隆贝格(LCR)重力仪的误差分配表进行探讨,作者发现,使用高精度方法可以减少大部分仪器误差和外部误差,使一次重力差观测的精度达到±10微伽左右。主要的误差源来自至今未能模型化的温度效应和振动效应。用专门的隔离装置能进一步减小这两项误差,但真正的突破也许只有通过把弹簧原理改成无偏移相依系统。如果用几台LCR重力仪重复观测,并采取各种已知的预防措施,地区性重力网的建立可达±3～10微伽的精度,而局部网更可达1微伽级。连测或复测中测站重力的重现力问题,对绝对和相对重力测量是个共同性问题。它意味着需要对局部的近地面质量进行监测并模型化,这点至今仍无法以微伽级的精度解决。     

上越新干线大清水隧道重力测量

为解决铁路通车问题,日本建造了近代世界最长的隧道—大清水隧道。1982年6月4和5日,在大清水隧道内,用两台拉科斯特重力仪进行了重力测量。本文主要叙述重力测量的基本情况及包括地形改正在内的归算处理方法。根据重力和海拔高程的关系,求得地表密度为2.64克/厘米~3。布格异常与地区的地质构造密切相关。在遍布广大山脉的巨大石英长岩上为负异常,而在隧道北半部的基岩上为正异常。     

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。     

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     

卫星重力梯度观测数据的时变信号影响分析

系统地讨论了时变重力中潮汐信号与非潮汐信号对GOCE卫星重力梯度观测数据的影响。结果表明:(1)时变改正的量级为0.1mE,比GOCE卫星设计精度(3.2mE)低,但其为有色噪声,在数据预处理中必须剔除;(2)潮汐影响(0.1mE)比非潮汐影响(0.01mE)要高一个量级,决定着时变重力改正的精度。将本文计算结果与GOCE官方公布结果进行对比,二者具有较好一致性,验证了本文计算方法及结果的有效性。     

正常重力公式

在论述一般正常重力公式的基础上，详细推导了正常重力的泰勒级数展开式，给出了适用于GRS80椭球和WGS84椭球的数值常数。展开式计算的结果，对于至20km的大地高度，精度好于0．1μ4Gal对于至50km和70km，分别好于0．3μGal和1μGal。     

重力矢量及张量信息在地球重力场中的应用

随着重力测量技术日新月异的发展,尤其是空间重力测量技术的发展,使反映地球中、高频信息的重力矢量及张量的获取成为可能.文中建立了基于重力矢量及张量信息求解重力场中扰动场元的数学模型,对于将来重力场的精化及其时变性的研究具有一定的理论意义.     

重力矢量及张量信息在地球重力场中的应用

随着重力测量技术日新月异的发展，尤其是空间重力测量技术的发展，使反映地球中、高频信息的重力矢量及张量的获取成为可能。文中建立了基于重力矢量及张量信息求解重力场中扰动场元的数学模型，对于将来重力场的精化及其时变性的研究具有一定的理论意义。     

卫星重力测量

确定高精度和高分辨率地球重力场模型是现代大地测量的基本目标之一,卫星重力计划就是基于这一目标实施的。文章简单地评述了卫星重力的发展现状,介绍了三颗专用的重力卫星,给出了卫星重力测量的基本原理,最后比较了几种由重力卫星资料得到的地球重力场模型。     

基于信噪比的InSAR干涉图自适应滤波

提出了一种基于信噪比的InSAR干涉图相位噪声抑制算法。该算法对Goldstein滤波方法进行了改进,使Goldstein滤波参数 依赖于局部信噪比,从而实现对低信噪比区域进行强滤波、高信噪比区域弱滤波。采用模拟数据和真实数据进行验证,结果表明新算法能有效抑制InSAR干涉图的噪声。     

利用引力梯度数据计算径向梯度的优化方法

根据重力梯度观测各分量的方差及协方差信息,提出了利用GOCE梯度数据计算径向重力梯度的优化方法。首先给出了径向重力梯度的计算方法,并深入分析了误差传播规律,通过建立相应的条件极值问题,给出了计算径向重力梯度最优组合因子的方法;通过模拟数据验证了本文所提出的优化因子的优越性。实际数据计算表明:相对于传统方法,采用优化组合因子可使反演所得引力位模型的累积大地水准面精度在250阶时提高约2 cm。由于径向重力梯度不仅可以用于地球引力场模型的求解,也可直接应用于地球物理问题的讨论,因此本文所提出的优化方法也可对部分地球动力学问题的讨论提供方便。     

从物理大地测量角度分析重力异常用于重力反演时所存在的误差及其改正

从重力异常△g的原始定义出发，对将其用于反演地球内部密度结构时，本身所存在的不合理性及其造成的误差进行分析和估算，并给出相应的公式。主要内容包括以下3个方面。1．重力异常中所包含的两个界面所造成的物理上的不确定性分析及其所造成的几何差异估计。2．当将实际重力与模型正常重力严格地视作为矢量，传统的重力异常或重力扰动由于未考虑垂线偏差所造成的误差分析和计算。3．对试图以具有确定物理意义的地球物理模型（如PREM）代替大地测量中的正常椭球作为正常场源时，共合理性及存在的问题进行分析，并分析对其对应的正常重力之间的差异进行估算。