基于航空重力梯度数据重建高分辨率局部重力场的径向基函数方法

基于径向基函数技术,研究了利用航空重力梯度数据重建局部重力场模型的方法,建立了泊松小波径向基函数和航空重力梯度张量之间的解析关系.以频率域变换和等效源方法为例讨论了不同梯度分量转换方法对重力场建模的影响,分析了基函数埋深深度对建模的影响.以澳大利亚珀斯Kauring试验场为例,采用实测航空重力梯度垂直分量构建了高分辨率重力场模型.结果表明,局部地形扰动对建模的影响较大,即使在平原或丘陵区域,也要考虑其影响.此外,不同梯度分量转换方法对于区域重力异常恢复的影响较小.再者,基函数埋深深度对建模影响较大;相比于采用重力数据建模而言,基于航空重力梯度数据求解时,基函数的适宜埋深深度更浅.联合航空重力梯度数据求解能显著提高重力场模型在高频和甚高频波段的分辨率和精度.与实测航空重力数据对比表明,利用航空重力梯度数据可构建分辨率约为0.15 km、精度优于1 mGal的重力场模型.

平台式航空重力仪研制及测试

以某型国产航空重力仪为例,介绍了三轴惯性稳定平台式航空重力仪的工作原理、设备组成,以及外场性能测试方法。通过误差模型分析,指出高精度水平姿态保持是进一步提高航空重力测量精度的关键因素之一,并建立了惯性稳定条件下平台旋转结合Kalman滤波误差估计的旋转组合标定方法,在保持惯性元件标校精度的基础上,提高了外场实施的效率。另外,根据航空重力测量的特点,总结了一套包括静态精度测量和动态精度测试在内的外场正式作业前仪器性能评价方法。测试结果显示,该型航空重力仪的静态精度达到0.14×10^(-5)m/s^(2),动态内符合中误差优于0.63×10^(-5)m/s^(2),系统差优于0.23×10^(-5)m/s^(2),达到国外高端航空重力仪指标水平。未来,随着仪器和差分GNSS精度的进一步提高,将开拓其在地震科学领域的应用。

GT-3A航空重力仪稳定性测试及精度分析

航空重力测量是快速获取重力加速度的重要技术手段,GT-3A航空重力仪是在GT-2A航空重力仪基础上改进的最新型号,其稳定性对重力测量结果的精确性有直接影响,因此,对GT-3A航空重力仪开展静态和动态测试十分必要。为更好地测试GT-3A航空重力仪稳定性,本文在动态测试中,同机搭载同型号航空重力仪共飞测线,并与已有的GT-2A测线数据结果进行比对。测试结果表明,本文测试的GT-3A航空重力仪静态观测数据标准差为0.22 mGal,满足其标称精度要求;动态测试其东西及南北向重复测线调平后精度分别为0.728 mGal和0.692 mGal,与同机共飞的同型航空重力仪测线数据调平后的结果符合程度高,与GT-2A测线结果的一致性较好,综合验证了GT-3A航空重力仪的稳定性。

航空重力测量技术的现状及应用

回顾了国内外航空重力测量的发展历程,简要阐述了航空重力测量的方法原理及应用。讨论了平台式、捷联式和旋转不变式3种航空重力标量测量系统和航空重力梯度测量技术的方法、原理及其现状。对航空重力测量在大地测量和地球物理勘探中的应用作了归纳和概括,并举例说明了其应用效果。最后对航空重力测量技术的发展趋势作了简要的总结和展望。

航空重力梯度地形改正

地形改正是航空重力梯度数据处理的重要环节,其改正精度不仅取决于地形精度和分辨率,还与改正模型有关。本文基于棱柱积分公式研究了地形精度和分辨率、观测点高程误差对地形改正的影响,导出了一种量化评估模型。为了在不降低改正精度的前提下提高计算效率,设计了一种基于CUDA的棱柱积分并行算法,在GPU端实现了地形改正分量的快速计算。分别在地形起伏平缓和剧烈区域进行模型验证,结果表明,当测量高度大于40 m时,精度优于0.5 m的10 m分辨率地形数据可使地形改正精度优于1 E,验证了本文量化评估模型的有效性。棱柱积分并行算法在普通GPU显卡上实现了15倍以上的效率提升,在NVIDIA TiTan V专业计算显卡上效率提升了150倍以上,完全能够满足大范围高精度地形改正应用需求。本文的量化评估模型和并行算法可为航空重力梯度测量任务设计和数据处理提供参考。

最小曲率模型的航空重力数据噪声压制方法研究

航空重力是近几十年来快速发展起来的一种地球物理勘探方法,在数据采集时会受到飞机震动、颠簸以及气流变化引起的飞机高度变化等因素产生的噪声影响,使得采集的重力数据中由地质体引起的重力异常远远小于噪声,对后续的处理和解释带来了很大困难.航空重力数据噪声压制一直是航空重力数据处理的难题,也是地球物理学家一直致力研究的课题.本文将最小曲率方法用于航空重力数据噪声压制,在已有显式和隐式单步长、叠加步长、多重单步长和多重叠加步长迭代的基础上,提出了松弛迭代技术,解决了显式单步长和显式多重单步长迭代不收敛的问题.利用Fourier频谱分析理论,研究了松弛迭代格式的收敛性,并给出了松弛因子选择方法;通过仿真数据和实测数据测试了最小曲率方法在航空重力数据噪声压制的效果.研究结果表明,最小曲率方法是一种有效的航空重力数据噪声压制方法,能够提高航空重力数据的质量,也为进一步处理和解释提供了可靠的数据.最小曲率噪声压制方法还可用于地面、船载以及卫星重力数据的噪声压制以及其他数据的噪声压制,具有广泛的推广应用前景.

航空重力测量系统研究进展

简要回顾了航空重力测量的发展过程,在介绍了航空重力测量基本原理的基础上,系统地叙述了航空标量重力测量系统的研发历程、研究现状及发展动态。最后,阐述了我国航空重力测量的研究现状和未来的发展方向。

国外航空重力测量在地学中的应用

介绍了20世纪美国、加拿大、澳大利亚等国家航空重力测量的应用情况,分析了目前国外航空重力测量技术应用于我国中西部艰险、复杂地区及沙漠、沼泽等困难地区的区域地球物理勘探和基础地质研究的适用条件。

航空重力与重力梯度测量对惯性稳定平台的需求分析

从航空重力与重力梯度测量原理出发,先后导出航空重力与重力梯度测量的观测方程和测量误差方程,然后依据地球重力场特征和功率谱的相关理论,结合航空重力与重力梯度测量中的GPS定位、惯性稳定平台的指向和稳定性、加速度计和梯度仪的误差模型,分析了航空重力与重力梯度测量对稳定平台的需求,在此基础上以航空重力测量中国外常用的双水獭(Twin-Otter)固定翼飞机的实际飞行参数为例,通过数值计算给出了航空重力测量分辨率达到1 mGal时,对惯性稳定平台的角度指向精度、稳定性和随机漂移的要求分别为0.0005°、0.006°/h/Hz和0.0003°/h;航空重力梯度测量分辨率1 E时,对稳定平台对应的指标要求分别降低为0.5°、0.01°/hr/Hz和0.01°/hr。

航空重力仪发展现状和趋势

航空重力仪的持续发展使航空重力测量的分辨率和精度得以不断提高.本文较全面地介绍了国外多个型号航空重力标量测量仪的发展历程,比较分析了其主要技术指标和应用特点;同时简要介绍了国外航空重力梯度仪的现状和发展趋势,对我国航空重力仪的研制现状作了扼要评述.

航空重力测量中水平加速度改正的计算与频域分析

基于扰动水平加速度的正弦运动模型 ,对平台失准角和水平加速度改正的频谱特性进行了分析。利用某航空重力测量试验的实测数据 ,计算了平台失准角和水平加速度改正。

航空重力仪的动态检测

20 0 0年 3月 ,我们引进了国内首套 L acoste&Romberg航空重力仪。为检测其动态测量精度 ,研制了“正弦式航空重力仪检测平台”。在对该平台的设计原理作简要介绍后 ,详细讨论了检测数据的处理方法 ,然后对该航空重力仪的动态检测数据作了分析和比较。检测结果表明 。

LaCoste & Romberg航空重力仪的交叉耦合改正

基于最小二乘原理,分别利用地面重力测量数据、交叉点重力异常不符值对CC(cross-coupling)监视项系数进行了重新标定,同时给出了CC监视项系数和摆杆尺度因子的联合标定方法。试验结果表明,采用新系数显著地降低了空中重力异常估值的系统误差,对于大同航空重力测量,系统误差从4.8 mGal减小至1.8 mGal。

LCRⅡ型和Ⅰ型航空重力仪的同机飞行试验

为检验和评价LCRⅡ型航空重力仪的精度和性能,与LCRⅠ型航空重力仪进行了同机飞行试验。试验结果表明,Ⅱ型与Ⅰ型航空重力仪相比,采样点重力异常之差值的标准差为4.0×10-5ms-2,单套重力仪的测量精度约为2.8×10-5ms-2;5'×5'格网平均重力异常之差的标准差为4.9×10-5ms-2,每套系统获得的5'×5'格网平均重力异常的精度为3.5×10-5ms-2,剔除两个可疑值后,精度为2.9×10-5ms-2。总体上,LCRⅡ型航空重力仪与Ⅰ型精度相当,但具有更快的仪器稳定速度。

LaCoste & Romberg航空重力仪的零点漂移

概述LaCoste&Romberg(L&R)航空重力仪零点漂移的计算方法。以连续48天的实验室观测数据分析SA-1航空重力仪零点漂移的特点,以野外实测数据计算SA-1和SA-2两套航空重力仪的零点漂移。最后,简要给出航空重力测量数据处理中零点漂移的顾及方法。

航空重力测量技术及其应用

近十几年来,航空重力测量技术的研究和应用日趋活跃,业已成为地球重力场研究中最为热门的领域之一。本文介绍了国外航空重力测量技术及其应用情况,概述了我国首套航空重力测量系统CHAGS的试验、作业和应用现状,对航空重力测量发展趋势作了展望。

L&R航空重力仪摆杆尺度因子的确定与分析

讨论了K因子的实验确定方法 ,基于重力仪检测平台的检测数据和航空重力测量实测数据 。

LaCoste&Romberg航空重力仪K因子的动态标定及其特性研究

摆杆尺度因子（K因子）是反映LaCoste＆Romberg航空重力仪线性响应特性的最重要参数．利用基于地面参考数据的外部标定法和基于交叉点不符值的内部标定法分别对其进行了标定，实测数据分析表明，K因子的内、外部标定结果非常一致，且利用新K因子计算的空中重力扰动，其精度较采用出厂值提高了0．2-0．4mGal．内部标定法具有较好的实际应用价值．研究了K因子与滤波尺度的相关性，表明重力仪可能为一非线性响应系统，即K因子的大小与摆杆速度的变化有关．

L&R航空重力仪的水平加速度改正

L&R(LaCoste&Romberg)航空重力仪是我国首套航空重力测量系统的核心,主要由高精度的垂直加速度计和稳定平台组成。前者用于测量总加速度,后者使加速度计保持精确的垂直指向。飞行测量时,由于水平加速度的存在,稳定平台难以精确维持水平从而使加速度计偏离正确指向,由此产生了水平加速度改正。介绍了水平加速度计算的两种基本方法,即两步法与一步法,从理论上导出了其在平台倾角较小情况下的等价性。为有效地减弱因水平加速度改正不完善产生的系统性误差,提出了水平加速度改正的预滤波方法。通过平台倾角的谱分析,确定了预滤波尺度,即采用与平台稳定周期相当的低通滤波器进行预滤波。最后利用实测数据对此进行了验证和分析。结果表明,利用预滤波尺度,航空重力测量值与地面向上延拓参考值的系统差由5×10-5m.s-2减小至0.5×10-5m.s-2。

LaCoste＆Romberg航空重力仪的格值标定

LaCoste&Romberg航空重力仪是我国航空重力测量系统的核心。根据航空重力测量的特点,讨论了航空重力仪格值的标定方法,导出了格值计算公式。基于实际标定数据,计算获得了新格值。利用大同航空重力测量实测数据对新格值的有效性进行了验证。结果表明,利用新格值可以使空中重力扰动与参考值之间的系统误差减小约1×10-5ms-2。