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.

航空重力梯度试验标度场的建立方法研究

航空重力梯度测量受飞行区气流及飞机加速度等因素的影响,需要选择异常较弱的高度进行补偿飞行。为评价梯度仪测量效果和确定补偿飞行高度,需要建立相应高度的标准梯度场作为参考。笔者研究了利用地面重力数据通过曲面延拓和梯度转换建立标度场的方法,并开展了模型验证。利用该方法建立了吉林—黑龙江某航空重力梯度试验区在精度试验飞行高度和拟补偿飞行高度处的标度场,并确定了拟补偿飞行高度选取的可行性。此外,笔者还将延拓转换建立的重力梯度场和起伏地形正演场进行了比较。结果表明,两种方法建立的标度场均可用于梯度仪的测量精度评价和补偿飞行高度的选择。

航空重力梯度仪研究现状及发展趋势

简要介绍了重力梯度仪的发展历程,重点叙述了旋转加速度计航空重力梯度仪的工作原理及研发过程,系统调研了航空重力梯度仪的仪器现状,跟踪了航空重力梯度仪的研究动态。

航空重力梯度测量之地形改正方法及讨论

本文简要介绍了航空重力梯度测量中地形改正的基本原理及其地改公式,并采用基于质量线和质量棱柱两种地形模型的数值积分公式进行了一些简单模拟试算.在研究航空重力梯度测量的精密地形改正方面,作者首次将考虑地球曲率影响的质量棱柱体模型用于梯度数据的地改.文章最后对所有结果做了一些必要统计分析.

航空重力梯度仪研究现状

本文给出了重力梯度的具体涵义,重点介绍了目前正在使用和处于研发阶段的4种航空重力梯度仪的原理及存在的问题。并总结指出在航空重力梯度仪的研发过程中的一些关键技术及后续研究中需要注意的一些问题。

航空重力梯度数据向下延拓的正则化方法及参数选取研究

围绕航空重力梯度测量数据处理的向下延拓问题,利用不同的正则化算法和参数选取方法对向下延拓的数学模型分别求解。通过梯度数值的模拟,联合EGM2008位系数计算的大地水准面上的重力场参数,对向下延拓结果进行检核。模拟数值计算结果表明,截断奇异值正则化(TSVD)方法结合广义交叉验证(GCV)参数选取方法能够实现稳定的重力场信号向下延拓,精度和稳定性都优于其他几种方法的组合。

航空重力测量和航空重力梯度测量问题

引入并讨论了航空重力测量和航空重力梯度测量的原理。描述并评论了各国研究和开发的上述两类测量系统。这些国家包括美国、俄罗斯、加拿大、澳大利亚、中国、德国和英国。本文涉及的大多数系统,如AirGRAV(加拿大),ZLSUltraSys(美国),SINS/DGPS(加拿大),AG(俄罗斯),GT-1A(俄罗斯),CHAGS(中国),SAGS-2.2(德国),Falcon(澳大利亚)和AirFTG(美国)是比较成熟的技术并在实际中使用。少数系统,如AGGOQR(加拿大)和EGG(英国),准备进行飞行试验。

航空重力梯度测量的基本理论及应用

文章由重力和重力梯度的基本理论出发,讨论了重力分量和重力梯度张量分量的2-D傅立叶变换与重力位的傅立叶变换之间的关系。推导了航空重力梯度仪的测量原理,并对航空重力梯度测量的应用做了简要的介绍。

航空重力梯度测量系统及数据预处理方法

简要回顾了重力勘探及重力梯度测量的发展历史,介绍了重力梯度的基本概念和特点,接着阐述了航空重力梯度测量的基本原理和航空重力梯度仪的发展情况,讨论了傅里叶变换的在全张量测量系统(FTG,Full Tensor Gravity)数据预处理方法的应用,即利用傅里叶变换计算出重力梯度张量各分量和相应的重力位,同时可以实现坐标系间的变换。

基于多元线性回归的航空重力梯度测量自身梯度校正

航空重力梯度勘探中,载体自身产生的重力梯度效应对于超高精度的重力梯度仪而言是一种严重的干扰。由于载体结构复杂,用常规的载体建模并正演难以精确去除这种干扰。本文从统计学角度出发,用多元线性回归来处理自身梯度效应,不需要对载体模型做出任何假设与近似,用纯数据驱动的方式来校正自身梯度的干扰。回归诊断与模型仿真验证了这种校正方式有较高的准确性,并且当实际的转角落在地面标定的范围内时具备预测能力。

航空重力梯度测量飞行姿态影响及误差校正

在石油和金属矿勘探中,相对于重力异常数据,航空重力梯度数据含有更多的高频信号成分,能更好的描述小的异常特征。为了得到地下异常体的真实重力梯度数据,需要全张量梯度测量数据中有效地去除飞机自身梯度值的影响。针对这一影响,提出线性的校正方法。考虑飞行姿态的改变引起的空间坐标系的变化,在校正过程中给出旋转矩阵和张量转换矩阵来实现坐标系的统一。通过模型实验分析了自身梯度值随姿态角变化情况,用实际梯度数据计算证明了该方法能够减小几个E的姿态误差,有效提高数据的精度。

基于因子克里金分析方法的航空重力梯度降噪

针对航空重力梯度测量数据降噪处理中,传统低通滤波器存在需要选择最优滤波参数和对原始数据网格化的问题,提出应用地质统计学中的克里金分析方法进行重力梯度测量数据降噪。首先对重力梯度这一区域化变量进行结构分析,确定其变异函数是否具有各向同性的性质。接着采用加权最小二乘法对各向同性的变异函数套合拟合,分解出不同参数的变异函数。最后利用因子克里金方程组将不同参数的变异函数转换成不同尺度的因子,从而实现重力梯度的多尺度分析,进而达到降噪的目的。模拟数据试验表明,因子克里金降噪法非常适用于地质特征明显区域的梯度场降噪,相对于传统的低通滤波器,重力梯度各分量精度平均提升了36%,而垂直梯度分量尤为显著达到了42%。降噪后的实测航空重力梯度也呈现出明显的地质走向特征。

航空重力梯度测量系统发展及现状

简要回顾了航空重力测量的发展动态,首先介绍了航空重力测量的基本理论,进一步阐述了航空重力梯度原理,然后系统叙述了航空重力测量系统的研究现状及发展趋势,即航空重力梯度测量技术具有更高的分辨率,能够在任何地区进行作业,除了能在精细地质勘探领域有着广泛的应用前景以外,也能应用于军事和国防现代化建设,最后阐述发展航空重力梯度仪需解决的几项关键技术。

基于正则化等效源模型的航空重力梯度测量信息降噪方法

航空重力梯度测量能获取重力梯度的多个分量,在保证各梯度分量内部固有约束条件下降低测量噪声,是一个巨大的挑战。为提高航空重力梯度测量精度,提出一种基于正则化等效源模型的测量降噪方法。根据矩形棱柱体与重力梯度之间的关系构建了等效源线性方程组,针对该方程组可能存在病态性的问题,引入截断奇异值TSVD和Tikhonov正则化的方法,对等效源模型进行正则化改造。模拟试验表明,正则化方法能够有效抑制病态系数矩阵小奇异值放大噪声对未知参数的污染,提高反演的精度和稳定性,其中基于L曲线确定正则化参数的截断奇异值TSVD法精度较高。实测数据表明,利用正则化等效源滤波转换的垂直梯度与利用傅里叶变换转换的结果吻合。可见,正则化等效源是重力场滤波和分量转换的有效工具。

航空重力梯度的多参量位场转换

目前广泛使用的非全张量航空重力梯度测量系统,不能测量重力梯度全部张量,限制了航空重力梯度的应用。因此,需要研究航空重力梯度不同分量之间的位场转换。根据重力梯度与扰动重力位内在的频率微分关系,联合多参量在拟合观测参量最优的条件下反演扰动重力位,实现了联合多参量的位场转换。实验表明,相对于传统的单参量位场转换,多参量位场转换能降低观测信号的噪声,有效地提高转换精度。

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。

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。

航空重力梯度数据的模拟研究

针对提高模拟航空重力梯度的精度研究不足的现状,文章运用地球重力场模型构建了计算单点的扰动重力梯度分量的数学模型,推导了Legendre函数及其导数的无奇异性递推计算公式,克服了计算高阶次Legendre函数Pnm(cosθ)的下溢问题,随之对数学模型进行优化;最后利用EGM2008地球位模型模拟生成4km飞行高度处的扰动重力梯度张量作为航空重力梯度观测值。模拟试算表明,该模型能够满足当前航空重力梯度测量的精度要求。

利用航空重力梯度反演Kauring试验场三维密度结构

相对于传统的重力测量手段,重力梯度测量能够以更高的灵敏度和分辨能力反映出地下密度异常体的结构特征。由于拉格朗日经验参数在实测数据反演中存在不确定性,对预条件共轭梯度反演算法加以改进,利用L曲线的拐点值代替原反演算法中的拉格朗日经验参数作为正则化参数;为改善反演中存在的病态性问题并减弱核函数的快速衰减,将地下模型改进为不等间隔模型;为改善反演中解的非唯一性,利用重力梯度的5个独立分量进行联合反演;通过对澳大利亚Kauring试验场航空重力梯度张量进行联合反演,得到该地区异常体的三维密度分布,将重力梯度联合反演结果与之前的重力反演结果对比分析,发现在中心异常体附近沿线还分布着多个异常块体。结果表明,改进后的算法能够有效地利用实测重力梯度数据反演出密度异常体的分布信息。

航空重力梯度标定场无人机精细地形测量

面向我国黑龙江五大连池航空重力梯度标定场建设对高分辨率、高精度地形数据的需求,采用无人机摄影测量与机载激光扫描手段对标定场核心区域老黑山、笔架山、卧虎山附近约33 km~2区域进行了精细地形测量.详细介绍了无人机任务规划、控制点设置、影像与激光的原始数据处理,以及点云滤波、数字地形模型生成步骤,并通过检查点验证正射影像与数字高程模型的绝对精度.结果表明:本项目正射影像平面、高程最大均方根误差分别为16.7和13.8 cm,数字高程模型最大高程中误差为4.6 cm,符合航空重力梯度标定场建设要求.生成的数字地形模型可为后续高精度地形改正的计算与分析提供重要的基础产品.