航空重力向上延拓的外部精度评估

分别采用基于梯度、基于泊松积分和基于快速傅里叶变换（FFT）的地面重力向上延拓方案,并提出交叉检验方法估计地面重力数据误差及其空中误差传播,对毛乌素测区GT-2A航空重力测量系统采集的空中测线数据进行外符合精度评价。对比结果表明：地面重力格网插值误差和代表性误差对空中点的影响达到0.66~0.92 mGal（1 Gal=1×10^-2 m/s²）,航空重力数据误差估计必须扣除这一影响;基于泊松积分和基于FFT的地面重力向上延拓方法能够客观评价航空重力观测值的外符合精度,二者表现相当;扣除地面重力误差影响后,在包含残余边界效应的情况下,毛乌素测区GT-2A航空重力空中测线重力扰动的外符合精度优于1.42 mGal。     

地球外部扰动引力场确定的数据空间分布结构

在对各类平均重力异常的谱特征分析的基础上，通过对积分区外高频谱误差的估计，给出了在一定精度指标下各类平均重力异常数据积分区的分布；提出了一种反映局部重力场特征的重力异常阶方差模型。讨论了平均重力异常的重点力布设。本文研究的主题虽然是空中扰动引力确定的数据结构问题，但对于地面上的高程异常和垂线偏差确定具有相类似的参考作用。     

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。     

联合卫星测高技术的船载声呐测深测线密度设计

针对目前船载声学海深测量技术应对大面积海域海底地形数据获取效率仍然较低的问题,提出了联合卫星测高技术的船载声呐测深测线布设技术方案;并结合目标海域重力数据复杂程度,给出了满足海底地形模型构建精度需求的测线密度布设指标.首先利用导纳函数反演方法恢复实验中16块海域海底地形;然后联合水深测量控制点,应用自适应测线密度计算方法得到各区域的最佳测线布设密度指标;最后选择目标海域7个重力异常特征参量为参考,引入主成分分析法探讨了各区域的重力数据复杂程度.实验结果表明,目标海域重力数据复杂程度与最佳船测海深测线密度存在较强的相关性.在三等海道测量精度标准下,不同复杂程度区域的测线密度存在1'～9'的较大差别,复杂区域需要布设的测线明显较密.     

线性插值的海洋磁力测量测线布设评价方法

测线布设是海洋磁力测量海区技术设计的核心内容,针对目前我国海洋磁力测量测线布设中存在的问题,提出了利用相邻测线插值精度评价海洋磁力测量测线布设合理性。理论推导和仿真计算表明,利用相邻测线插值精度可以有效分析测线布设方式对海洋磁力测量的影响,评价测线布设的合理性,进而为海洋磁力测量测线布设的优化提供依据。     

国产零长弹簧原理动态重力仪首次飞行试验及精度评估

CHZ-Ⅱ重力仪是首套完全国产零长弹簧原理航空重力仪,2018年4月在陕西渭南地区进行了首次飞行试验,共完成4个架次24条测线的有效飞行,标志着我国航空重力仪在自主研发的道路上又取得了长足的进步。利用飞行地区地面重力数据对CHZ-Ⅱ重力仪的测线扰动重力和格网扰动重力数据进行精度评估,其中空中测线在10 km分辨率条件下,精度达到1 mGal。采用地形辅助法对测量形成的5'测格网重力数据进行向下延拓,经延拓至地面后精度优于5 mGal,基本满足平原地区的测量需求。     

海洋磁力测量中测线方向的选择方法

采用测线间磁异常插值精度分析了测线方向对磁测的影响;探讨了测线方向的选择方法,结合我国不同海区磁异常分布特征给出了不同海区测量时测线方向的选择详细方案.结论表明:海洋磁力测量中,测线方向对磁异常插值精度的影响不大,但是为了获得更高的磁异常插值精度,测线方向应尽量沿磁异常梯度方向布设.给出的测线方向的选择方法和我国不同海区测线方向选择详细方案可供作业人员参考.     

海洋磁力测量中测线方向的选择方法

采用测线间磁异常插值精度分析了测线方向对磁测的影响;探讨了测线方向的选择方法,结合我国不同海区磁异常分布特征给出了不同海区测量时测线方向的选择详细方案。结论表明:海洋磁力测量中,测线方向对磁异常插值精度的影响不大,但是为了获得更高的磁异常插值精度,测线方向应尽量沿磁异常梯度方向布设。给出的测线方向的选择方法和我国不同海区测线方向选择详细方案可供作业人员参考。     

海空重力测量关键技术指标体系论证与评估

技术规程是开展海空重力测量作业的重要依据。针对我国现行海空重力测量规范或标准缺乏现势性的问题,开展了海空重力测量测线布设密度、测量精度、空间分辨率、海空重力仪零点漂移与动态重复性等关键性指标分析和论证,提出了由测点重力中误差、系统差和平均误差3个指标组成的测量精度评估体系,以及由格值标定相对精度、零点月漂移量、月漂移非线性变化中误差和月漂移非线性变化限差4个指标组成的海空重力仪稳定性评估体系,给出了相关技术指标的验证和评估方法,同时对涉及船载重力测量测点归算、航空重力测量厄特沃什改正、测量平台倾斜改正及海空重力测量精度评估等关键性数学模型进行了分析和改进,旨在为下一步启动军民融合海空重力测量作业规程编制工作提供技术支撑。     

航空重力测量中基准站与测线的距离对精度的影响

简要介绍了航空重力测量中基准站的布设原则,结合2010年某地区的实际测量数据分析了基准站与测线的距离对航空重力测量的精度的影响。实际数据验证表明,基准站距离测线360km时,其交叉点重力异常不符值标准差可以达到±2．0816mGal,其精度符合规范要求,所以在GPS基准站布设困难的地区,可以依据测区的具体情况适当地放宽GPS的布设位置和距离。     

快速确定扰动引力的广域多项式逼近方法的模拟实验

飞行器在飞行过程中时刻受到地球重力场的作用,地球外部空间扰动引力会对飞行器的运行轨迹和姿态等方面产生影响,因此,研究地球重力场信息并实时快速的计算出飞行器运行处的扰动引力,对飞行器轨迹和姿态等方面的调节具有重要的作用。利用模拟数据,本文基于广域多项式逼近方法来快速逼近扰动引力,该法在单元边界点上满足插值条件,而又利用插值单元周围节点信息,实现拟合过程。试验表明,这一方法在高度方向的步长为30km的条件下可达到1mgal的计算精度。     

重力异常阶方差模型精度及其截断误差分析

在评估重力场模型计算空间扰动引力精度时,对模型截断误差常采用阶方差方法。文中将6种经典的重力异常阶方差模型与现有超高阶重力场模型的阶方差进行比较,TSD模型与重力场模型的差值最小。根据重力异常阶方差模型TSD,文中分析不同高度、不同阶次利用重力场模型计算空中扰动引力时截断误差的影响。实验结果表明:36阶模型截断误差最大径向和水平方向分别为26.455 1mGal、25.946 3mGal;360阶模型截断误差最大径向和水平方向分别为9.969 0mGal、9.960 9 mGal;2160阶模型截断误差最大径向和水平方向分别为2.538 5 mGal、2.538 1mGal;2160阶模型计算空中扰动引力时,即使在低空附近,截断误差在2.5mGal以内,计算高度超过5km,截断误差可以忽略;超过400km的高度,都可以用36阶模型计算,截断误差在1mGal以内。     

高斯积分在地球重力场数值计算中的应用

高程异常、垂线偏差及空中扰动引力矢量是大地测量和空间技术最常用的一组重力场参数,本文在分析了以上三种参数的计算误差源以后,详细论证了计算这些参数对积分面积元的不同要求。在此基础上,本文尝试将高斯积分应用于地球重力场数值计算中,试验结果表明,这样做不仅提高了计算速度和精度,而且能够在一定程度上克服重力场元数值积分的奇异性。     

海空重力测量及应用技术研究若干进展

总结分析评述了海军重力研究团队在海空重力测量及应用技术研究领域取得的一些有理论意义和实用价值的研究成果,主要涵盖需求论证与顶层设计、观测数据归算与精度评估、测量误差分析处理与分离补偿、地表观测重力向上延拓、航空观测重力向下延拓、海域重力数据模型构建、地球外部重力场逼近和大地水准面精化等8个研究方向,重点从各项关键技术的研究背景、研究思路、难点突破、成果应用前景等几个方面进行了分析和总结,回答了该研究领域涉及理论方法和工程应用的一系列科学问题,为该领域未来发展提供借鉴和参考。     

高度计测距精度对沿轨迹重力异常反演的影响

应用求解沿轨迹重力异常的垂线偏差法以及求解空间分辨率的交叉谱分析法,建立了高度计测距精度与沿轨迹重力异常反演精度以及空间分辨率的关联性模型。首先依据卫星测高原理,给出了沿轨迹重力异常的误差传播公式,然后以此为基础通过推导交叉谱分析中一致性系数与信噪比的数学表达式,建立了高度计测距精度与空间分辨率的解析关系。数值仿真结果表明:雷达高度计测距精度与沿轨迹重力异常反演精度成正比关系,与空间分辨率成幂函数关系,即高度计测距精度提高m倍,沿轨迹重力异常反演精度提高m倍,全球海域平均空间分辨率提高m0.464 4倍。将数值仿真结果与相关文献中对实际测高数据的处理结果进行比较,验证了理论分析及模型的正确性。     

重力异常阶方差模型的构建及在扰动场元频谱特征计算中的应用

利用最新的全球引力位模型-EGM2008对经典的重力异常阶方差模型进行了分析比较,分析表明,经典的阶方差模型由于限于当时的观测条件,已经不能准确地描述扰动场元在各个频段的频谱分布。在Moritz阶方差模型基础上,利用EGM2008位模型获得的2160阶阶方差重新构建了新的分段重力异常阶方差模型-TSD模型,该模型与EGM2008位模型计算的阶方差比较其标准差和均值分别为0.25mgal2 、0.0 。利用TSD模型计算了不同频段内大地水准面高、重力异常、扰动重力、垂线偏差四个重力场扰动场元的频谱特征,计算结果表明：扰动场元频谱分布较之传统分析结果有较大的变化,其中重力异常、扰动重力及垂线偏差在中、低频部分的能量有明显的增加而高频及甚高频部分的比重有明显的减少。     

FG5X-246绝对重力仪准确度测试

利用最新研制的一套弱力测试平台,对FG5X-246绝对重力仪观测值准确度指标进行了测试试验。通过弱力测试平台升降装置改变扰动质量体与测量点之间的距离,从而改变测量点处叠加的扰动引力场大小。通过比较FG5X-246绝对重力观测值变化量与理论扰动引力场变化量之间的差异,从而确定FG5X-246绝对重力观测值的准确度。测试结果显示当扰动质量体从1.810 4 m高度降到1.409 9m高度时,外部扰动引力场变化了48.81 μGal(1Gal=1cm/s~2),FG5X-246绝对重力仪感应到48.0 μGal的重力变化,FG5X-246绝对重力仪测量值与理论值之差为0.81 μGal。当扰动质量体从1.810 4m降到1.010 1m高度时,外部扰动引力场变化了-15.44 μGal,FG5X-246绝对重力仪感应到-16.20 μGal的重力变化,测量值与理论值之差为0.76 μGal。当扰动质量体从1.409 9 m降到1.010 1m高度时,外部扰动引力场变化了-64.20 μGal,FG5X-246绝对重力仪感应到-64.25 μGal的重力变化,测量值与理论值之差为0.05 μGal。上述测量结果表明,此次FG5X-246绝对重力仪感应到外部引力变化的误差均不超过1 μGal,即其测量值准确度优于1 μGal。