基于BP神经网络的重力仪高机动状态快速调平修正技术

针对平台式重力仪大机动状态后测量能力恢复慢的问题,提出一种基于BP神经网络的重力仪稳定平台快速调平修正技术。首先,针对动态重力测量在测量平台大机动状态后调平能力不足的问题,研究了基于BP神经网络的平台姿态高效、准确解算方法;其次,利用惯性元件和卫星导航系统(GNSS)的信息优化BP神经网络,形成不同条件的平台姿态提取优化模型;最后,利用模拟仿真实验和实际机载动态重力测量数据验证所提方法的有效性和准确性。实验结果表明在大机动的动态条件下采用所提方法可以扶正重力仪稳定平台,将机动后重力仪稳定平台稳定时间缩短83.3%以上,提升动态重力测量效率。

蓟县地震台gPhone、DZW和GS-15重力仪重力噪声水平对比

选取蓟县地震台同址观测的3台不同型号重力仪(gPhone、DZW和GS-15)2022年全年的连续观测数据,研究不同类型仪器对环境噪声的响应,计算3种重力仪的重力噪声水平,同时计算地震频段(200~600 s)的地震噪声等级,并与全国gPhone重力仪的地震噪声等级进行对比。结果表明:1)在频率低于10-3 Hz时,扣除固体潮和气压改正可以明显改进重力噪声水平;2)相同台站不同仪器重力噪声水平不同,gPhone型重力仪的背景噪声水平低于DZW型重力仪和GS-15型重力仪,其SNM值为3.355;3)2022年全国gPhone重力仪的地震频段噪声水平均值为5.418,蓟县台的噪声水平平均值为3.465,低于全国的噪声水平。研究结果可为3类重力仪观测数据的研究应用提供参考。

自由落体绝对重力仪中参考棱镜振动测量技术

精确测量绝对重力仪参考棱镜的振动信号并将其用于补偿绝对重力测量值是提高绝对重力仪测量精度的一种解决方案。对此,本文介绍了参考棱镜振动测量的原理,设计了参考棱镜振动加速度测量装置,推导参考棱镜振动测量装置的传递函数。研究表明,可以将测量装置等效为加速度计,通过成熟的加速度计测量方法,可获得等效的加速度计传递函数参数,从而得到测量装置输出电压对参考棱镜振动加速度的传递函数,该函数能够解算出参考棱镜的振动加速度,以补偿绝对重力测量值。在实验室测得的数据与理论数据相符的基础上,通过在北京国家地球观象台做垂直振动摆的振动实验得出,实验曲线与理论模型公式刻画的幅频特性曲线重合,验证了参考棱镜振动测量装置在实际中使用的可靠性。

绝对重力仪落体光心质心距调校方法研究

为了最小化激光干涉式绝对重力仪中落体旋转引入的重力加速度测量误差,提出了一种基于落体悬吊的光心质心间距调校方法,结合落体的外部结构,搭建了一套简易高效的落体调校装置。该装置采用光电自准直仪测量落体悬吊状态下的俯仰角,可实现对落体质心位置的高准确度调节,进而完成对落体光心质心距的调校。对装置的测量不确定度进行了评估,得到落体光心质心距测量的合成标准不确定度为18.85μm。最后在NIM-3A型绝对重力仪上进行实验验证。结果表明,悬吊法调校落体的光心质心距优于20μm。若落体旋转角速度控制在0.02 rad/s以内,则落体引入的重力加速度的误差优于1μGal。

CHZ-Ⅱ海洋重力仪研制与实践

海洋重力仪是获取高精度高分辨率海洋重力场的重要仪器,主要应用于资源勘探、大地水准面精化、海洋科学研究和重力辅助惯性导航等领域。我国现有的海洋重力仪主要依靠国外进口,不仅价格高,而且在仪器的引进、维护等方面存在诸多的不便。在科技部首批重大科学仪器专项的支持下,基于CHZ海洋重力仪成功研制出具有完全自主知识产权的CHZ-Ⅱ弹簧式海洋重力仪。该新型重力仪采用金属零长弹簧作为测量元件,其独特的轴对称垂直悬挂结构可克服交叉耦合效应;高精度伺服控制技术及强阻尼的应用可克服载体扰动的影响,确保仪器在不同海况下保持测量精度;高精度恒温技术及温度补偿技术可消除环境温度波动对仪器测量精度的影响。本文介绍了该仪器的工作原理、系统构成、技术特点及测试结果。静态试验表明其月漂移优于3 mGal;码头系泊试验表明其动态精度达到0.2 mGal,能清晰反映海潮的重力变化特征;总航程超过5万海里船载试验表明其综合测量精度优于1 mGal。仪器在精度和稳定性上达到与国内外同类仪器并跑水平,可替代当前国外进口的海洋重力仪。

流动式相对重力仪的研制与应用

地球重力场信息是进行地球物理研究的重要基础数据,对我国具有重要意义。作为陆上高精度重力测量的核心仪器,流动式相对重力仪因其技术门槛高,国内市场长期被国外产品所垄断。天津航海仪器研究所依托掌握的金属零长弹簧制备核心技术,成功研制出流动式相对重力仪,成为国内极少数掌握该项技术的单位,可全面满足包括陆上重力基线场在内的野外测量作业要求。由天津航海仪器研究所研制的流动式相对重力仪通过了国内最具权威用户组织中国地震局的入网测评,实测重复性标准差为3.1μGal,精度为3.5μGal,分辨力优于1μGal,整体性能达到国际先进水平。

CG-6型相对重力仪比例因子比对分析

对5台CG-6型相对重力仪长基线标定比例因子及基准解算比例因子进行比对分析,并利用不同比例因子对2022年、2023年中国大陆构造环境监测网络贵州测区重力观测资料进行处理。结果表明,CG-6型相对重力仪比例因子随时间推移不断变化,利用基准解算的比例因子的计算结果精度更高。

CG-6重力仪的性能分析及在工程测量中的应用

为保证CG-6重力仪在复杂艰险地区进行不同精度的重力测量,对CG-6重力仪进行了多种研究试验。结果表明其静态、动态零漂率和测量精度均满足厂家的技术指标。利用CG-6重力仪的测量结果对测段高差进行重力异常改正,其闭合差可以满足一、二等水准测量的精度要求,证明了CG-6重力仪在复杂艰险山区进行重力测量的可靠性与适用性。

海洋重力仪金属零长弹簧的性能研究及研制

揭示海洋重力仪金属零长弹簧的物理特性,阐述基于Fe-Ni系恒弹性合金研制金属零长弹簧的工艺,并系统总结关键研制过程及研制难点,研制出一批性能优异、零长状态佳的海洋重力仪金属零长弹簧。

全球超导重力仪地震频段背景噪声

详细研究了超导重力仪台站背景噪声水平的评估方法;基于该方法,选取了2010智利地震、2011Tohoku地震和2015智利地震前后多台超导重力观测数据,评估其在地震频段的背景噪声水平,得到了不同台站的地震噪声等级SNM;对不同超导重力仪记录背景噪声水平最低的5天进行统计分析,得出包含大震事件的多台站连续超导重力数据求取最平静期时段,大震发生前5天至大震发生后10天可不予考虑,为多台站的地震平静期时段选取提供参考。

ZSM型重力仪仪器性能试验精度分析研究

在野外项目开展之前,必须对仪器的性能进行全面测试。这些仪器需要进行性能试验,包括静态试验、动态试验、多台仪器一致性试验,以检验仪器弹性系统的稳定性,以确保野外项目开展过程的顺利进行。该文主要针对ZSM型重力仪的性能测试情况进行分析,使用一代ZSM-6和二代ZSM-6型相对重力仪,在相同的时间段和地点进行静态、动态和一致性试验,并对观测数据进行精确的处理和计算。通过绘制曲线图深入分析仪器性能,确定试验精度是否符合规范和设计要求,以验证是否适合混合投入野外施工使用。

DGS-AT1M型海洋重力仪静态观测结果分析与评估

海洋重力仪的性能直接决定测量数据的质量,而海洋重力仪稳定性则是反映仪器性能的关键性指标。本文结合DGS-AT1M型海洋重力仪静态试验,分析了静态试验过程中影响观测结果的主要因素,研讨了海洋重力仪静态试验稳定性评估方法及流程,对该型海洋重力仪稳定性进行了分析与评估。首先,计算了理论固体潮重力值变化,改正了固体潮对静态观测结果的影响;然后,对单日观测数据以及整体数据进行分析;最后,根据稳定性评估流程,利用固体潮改正后的剩余观测值计算了仪器的零漂率、月漂以及准确度。计算表明,该型重力仪试验月漂值为-1.020 mGal,零漂线性良好且漂移率为-0.034 mGal/day,设备的测量准确度为0.085 mGal,符合重力测量的规范要求,可用于高精度海洋重力测量。

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。

CHZII动基座重力仪及其与载体运动相关的误差分析和在海洋重力测量中的性能

动基座重力测量在大地测量和地球物理领域扮演重要角色。已有实践表明,基于陀螺稳定平台和精密机械重力敏感结构的动基座重力仪具有良好的抑制载体运动相关误差的能力。过去的几年里,一种新的基于二轴陀螺稳定平台和弹簧型轴对称重力敏感探头的动基座重力仪(CHZII)得以构建和试验。本文主要介绍了上述新式重力仪,分析了与载体相关的误差模型,并在实验室和海洋测量中对其性能进行了测试分析。试验表明,在工作状态下该系统的与载体运动相关的残余误差小于1mGal(~1×10^(-5)m/s^(2))。2016-2017年间,CHZII工程样机在海上进行了重复性测试及和KSS32重力仪的同船对比测试,表明该仪器的重力测量精度达到1.1mGal,符合设计预期。

CG型重力仪格值系数时空变化特征分析

对12台CG型重力仪格值系数的时空变化特征进行分析,结果表明,在同一读数范围内不同时间段所标定的格值系数会发生变化,在同一时间段内不同读数范围所标定的格值系数也存在差异。应用实例表明,利用测区内重力基准点间的数据来标定CG型重力仪的格值系数,其精度优于在国家基线场标定格值系数的精度。

泉州地震台g-Phone重力仪观测资料干扰因素分析

通过对泉州地震台g-Phone重力仪自正式运行以来观测资料的干扰因素进行总结,发现数采死机对数据影响较小,但断电造成的仪器内部温度的改变会导致原始数据漂移,从而降低数据的内在质量,建议应尽量避免人为操作如断电等造成的内部温度变化;台风影响使得数据噪声变大,表现为观测曲线变粗,呈纺锤状。希望研究结果可以为进一步利用重力资料提取地震前兆信息提供一定的参考。

重力仪基准棱镜的高精度电磁悬浮控制及前馈补偿方法

在地面绝对重力仪或空间微重力测量仪中,需要完成检测质量或基准棱镜无接触连续释放回收以及隔振控制。基于此设计了一种用于重力仪基准角锥棱镜的电磁悬浮控制系统,采用洛伦兹力电磁执行器,实现六自由度的电磁捕获释放控制及隔振。基于地面三自由度闭环控制下实测数据,拟合建立了输出力非线性模型,在传统PID控制的基础上,设计了前馈补偿与负刚度相结合的控制算法。在地面重力环境下进行实验,结果表明,与未加入前馈补偿控制相比较,系统启动时间从7 s缩短到4 s,系统带宽从2.5 Hz增加到4.3 Hz,加入负刚度控制使系统竖直方向振动扰动频点从7.2 Hz降低到6.2 Hz,有效提高了重力仪棱镜控制系统的控制效果和隔振性能。

自由落体式绝对重力仪(A10型)测量关键技术与拉力调试方法

绝对重力仪是目前用于获得重力加速度,并服务于国家重力基准网建设的主要技术力量。综合考虑野外流动绝对重力测量环境和条件要求,A10型绝对重力仪正成为FG5型绝对重力仪由室内扩展室外观测的重要帮手;为保证仪器正常运行且观测数据可靠,开展A10型绝对重力仪调试与维护关键技术研究十分必要。本文基于A10型绝对重力仪与CG5型相对重力仪在三峡库区七个测点的联测段差对比、数据处理过程中固体潮与高度改正、计量参数激光频率变化、新旧测时卡替换中参数设置变化等重要环节,探讨了A10型绝对重力仪野外观测效率、数据处理与仪器校准等关键问题,并且根据使用与测试经验,给出了由于使用年限增加而经常出现落体拉力的调试流程,以上技术总结能够对该仪器长期维护与准确测量等方面提供重要的保障。

以潮汐模型为约束的gPhone重力仪格值系数标定方法改进

以观测数据与DDW潮汐模型之差的均方根和重力残差为约束,对基于M2潮波标定gPhone重力仪格值系数的方法进行改进。利用改进方法对连续重力台网内的9台gPhone重力仪格值系数进行标定,基于M2潮波相对误差、残差振幅谱均方根等指标对标定结果进行精度评定,并与FG5绝对重力仪比测法、M_(2)潮波标定法进行比较。结果表明,改进方法的M2潮波潮汐因子与理论固体潮模型平均相对误差提高到0.2152%,残差振幅谱均方根平均达到1.6902μGal,与FG5比测法精度相当,优于M2潮波标定法。最后,讨论格值系数分布规律以及重力残差矢量与台站所在位置的经度依赖关系。

绝对重力仪落体光心与质心空间距离测量

为了准确测量重力仪落体光心与质心距离,减少落体光心与质心不重合引起的旋转对重力加速度测量的影响,设计了落体光心与质心空间距离测量装置。提出了1种光心与质心间距的计算方法,并仿真验证了计算方法的可行性。使用设计的测量装置对落体进行测试,结果表明:激光干涉仪在信号频率为0.3~0.5 Hz时的测量精度为0.1 nm,提出的计算方法可以使测量系统的A类不确定度优于10μm,最大调校测量误差为1μm。