航空重力数据样条平滑滤波试验研究

采用B样条平滑滤波技术,对GT-1A航空重力勘查系统的测量数据进行了滤波试验研究,结果表明,通过选择合适的样条、平滑等参数,B样条平滑滤波技术在航空重力数据的低通滤波数据处理中可以发挥重要作用,获得与GT-1A系统滤波结果几乎同样满意的滤波效果,二者滤波结果差值的标准偏差可达±0.4 mGal.     

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.     

航空重力数据无限脉冲响应低通数字滤波器设计与试验研究

采用巴特沃思(Butterworth)和切比雪夫(Chebyshev)逼近,设计无限脉冲响应(Infinite Impulse Response, IIR)低通数字滤波器,对GT-1A航空重力勘查系统的测量数据进行了滤波试验研究,结果表明,通过选择合适的通带和阻带衰减等滤波参数,IIR低通数字滤波器在航空重力数据的低通滤波处理中可以发挥重要作用,获得与GT-1A系统滤波结果几乎同样满意的滤波效果.     

航空重力测量数据的小波滤波处理

构造三类连续小波函数对航空重力测量数据进行小波滤波处理. 三类连续小波函数分别用于对测量数据在某一空间尺度（或时间尺度）上的低通,一阶求导和二阶求导滤波. 着重介绍三类连续小波函数的构造原理与过程,并说明其相对于传统的数字滤波器的优势. 对系统的技术参数（滤波器窗口宽度参数δ 和尺度参数s）进行了调试实验. 实算结果显示了方法的可行性和有效性.     

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.

     

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.     

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.     

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200 s的滤波长度小于0.5 mGal.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200 s和300 s的滤波长度,SISG的内符合精度分别为1.06 mGal和0.80 mGal.     

引入最优自适应因子的状态模型法航空重力测量

引入最优自适应比例因子以改善状态模型法航空重力测量的精度,并尝试将其应用到我国困难地区的重力测量.把重力扰动当作状态量引入Kalman滤波进行最优估计,并引入最优自适应因子调节状态信息的权阵,提高重力扰动的最终解算精度.利用新疆地区不同航次和航高的实测数据,计算了垂直向下方向上的重力扰动.与全球重力场模型EGM2008的对比分析表明,差值中误差在10 mGal左右,接近国家在困难地区重力测量精度的限差要求.     

全张量重力梯度数据滤波处理(英文)

在石油和金属矿勘探中,相对于重力数据,重力梯度张量数据含有高频的信号成分,能更好的描述小的异常特征。然而,全张量重力梯度仪测量值中含有高频随机噪声。从高频信号成分中分离出噪声将是处理重力梯度张量数据的一个挑战。本文在拉普拉斯方程约束条件下推导了重力梯度张量的笛卡尔方程和位场的表达式,然后应用笛卡尔方程通过最优线性反演方法拟合测量的重力梯度张量值。从而去除测量值中的噪声。通过模型实验,证明了这种方法不仅能很好的去除高频的随机噪声,而且能增强被噪声淹没的弱异常信号。与传统的低通滤波方法相比,避免了通过牺牲分辨率来达到去除噪声的缺点。最后将该方法应用到Bell Geospace在Vinton Dome测得的Air-FTG梯度张量数据中,并取得了很好的效果。     

A geoid solution for airborne gravity data

Airborne gravity data is usually attached with satellite positioning of data points, which allow for the direct determination of the gravity disturbance at flight level. Assuming a suitable gridding of such data, Hotine’s modified integral formula can be combined with an Earth Gravity Model for the computation of the disturbing potential (T) at flight level. Based on T and the gravity disturbance data, we directly downward continue T to the geoid, and we present the final solution for the geoid height, including topographic corrections. It can be proved that the Taylor expansion of T converges if the flight level is at least twice the height of the topography, and the terrain potential will not contribute to the topographic correction. Hence, the simple topographic bias of the Bouguer shell yields the only topographic correction. Some numerical results demonstrate the technique used for downward continuation and topographic correction.     

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1 mGal.     

Local geoid determination based on airborne gravity data

A mathematical model used for determination of a local geoid model by combining airborne gravity disturbances and the Earth Gravitational Model 2008 (EGM08) is shortly reviewed. The precision of the estimated local geoid model of Taiwan is tested by its comparison with the “real” geoid at Global Satellite Navigation Systems (GNSS)/levelling points. The same comparison at GNSS/levelling points is done for the geoid evaluated only by using EGM08. Conclusions concerning a rate of improvement of the “global” geoid from EGM08 using the “local” geoid from airborne gravity data are presented.     

海域航空重力快速构建区域大地水准面

我国在海域开展了大规模的航空重力勘探,这些资料对构建高精度大地水准面具有重要价值.基于此,本文提出一种利用海域航空重力测量数据快速构建大地水准面的方法.该方法基于移去-恢复法思想,利用位场最小曲率方法对航空重力数据进行高精度向下延拓并获取相应的扰动位,实现航空重力测量快速构建海域大地水准面.与斯托克斯积分计算相比,采用了处理效率更高的频率域位场转换,解决了向下延拓及垂向积分时航空重力异常数据空白及扩边问题,具有较高的位场转换精度.本文应用EGM2008模拟航空重力数据进行模型验证,计算结果与其给出的水准面的精度相当;同时,也选取GRAV-D计划的航空重力数据进行实际验证,计算结果与xGEOID18B水准面模型精度基本一致.模型验证和实际应用验证了本方法的实用性.

     

融合多源数据构建区域航空重力梯度扰动全张量

通过联合全球重力位模型（EGM2008）、航空重力扰动数据和剩余地形模型（RTM）数据,基于频谱域（二维FFT变换）和空间域（Stokes数值积分）算法对毛乌素测区GT-2A航空重力测量系统采集的空中测线后处理重力扰动数据进行解算,构建了该地区的航空重力梯度扰动全张量.（1）残余航空重力扰动延拓结果表明：残余航空重力扰动经向下延拓至大地水准面,再向上延拓至航空高度后与原数据差值的标准差为1.0078 mGal,考虑边缘效应后,内缩计算范围得到的差值标准差减小至0.1269 mGal.（2）基于残余重力扰动数据（原航空高度数据及向下延拓数据）,通过不同方案解算得到的梯度扰动结果表明：两种方案得到的研究区域重力梯度扰动各分量之差的最大标准差为6.4798E（Γ_yz分量）,最小标准差为2.6968E（Γ_xy分量）,内缩计算范围后得到的差值标准差最大值为1.8307E（Γ_zz分量）,最小值为0.7223E（Γ_yz分量）.本文的思路和方法可为未来我国自主构建航空重力梯度标定场提供参考.

     

空-地-井重力异常正则化协同密度反演方法

围绕综合利用空-地-井多源重力异常联合反演提升精度的目标,提出正则化协同密度反演方法,从而有效利用多维数据的横向和纵向变化特征提高反演精度,且无需先验信息的约束.此外,还提出利用奇异值谱和深度分辨率工具评价航空数据观测高度和层数对反演分辨率的影响.通过理论模型试验本文方法在空-地、地-井等不同情况下的应用效果,结果表明空-地-井重力异常正则化协同密度反演方法能获得更高分辨率、高精度的反演结果,且证明不同的钻孔位置对反演结果有较大的影响,从而可指导实际的空-地-井联合勘探.最后,利用文顿盐丘实际勘探数据进行空地和空地井重力数据协同反演,反演结果垂向分辨率明显优于地面观测数据反演结果,盐盖的顶面及中心埋深与前人研究和地质资料解释相吻合,验证了方法正确性及实用性,为推进我国空-地-井立体重磁勘探提供了重要的技术手段.

     

Allowance for the vertical gradient in an airborne gravity survey

When processing the results of an airborne gravity survey flown in the Arctic at flight heights of 2000 to 3000 m, the authors encountered conditions, when the values of the free-air anomaly of gravity exceeded the values taken from the anomaly map, with a trend towards “heavier” values. The formula for calculation of the vertical gradient as a function of the latitude of the locality has been refined. The tentative calculations reported in the paper also indicate that a free-air gravity anomaly above the mountainous areas will contain additional positive systematic components, since only the effect of the vertical gradient of the normal gravity field is taken into account here, and the flight’s height during an airborne gravity survey, above a mountainous area, should be held constant, otherwise it would be necessary to take into account additional systematic biases, obtained in different flights, which are caused by the different values of the vertical gradient at different heights.