星载重力梯度仪的研究发展
世界重力梯度仪的研究现状
但是高精度 重力梯度测量数 据对 于高精度惯性 制
导、 地球科 学 、 空 间科 学 和地质 科 学都 有着 重要 的意 义¨ J , 同时重力 梯度 测 量 已经 被 认 为 是 一 种 资 源 探 测 的有效 手段 之 一 , 是 对基 础 地质 调查 、 基 础地 质研 究, 油气矿 藏 等资 源 勘 查 等 领 域 具 有 重 要 的应 用 价 值 , 航空和卫星重力梯度 测量对 山 区、 无 人 区 和
梯 度测 量惯 性稳 定平 台 和加速 度计 的动态 调整 方法 也 开展 了大 量 的研究 工作 。 笔者 主要 描述 了 目前世 界上 正在研 究 中 的重 力 梯 度仪结 构 和原理 , 同 时对 某 些 样 机 进行 了精 度 描 述 。最后 对 笔者提 出 的基于 激光 干涉 的绝对 重力 梯 度 仪测量 光路 进行 简要 介绍 。
第3 7卷第 5期
2 0 1 3年 1 0月
物
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Vo 1 . 3 7. No . 5 0c t .. 2 0 1 3
GE0 P HYS I C AL & GE OC HE MI C AL E XP L OR AT I ON
DO I : 1 0 . 1 1 7 2 0 / j . i s s n . 1 0 0 0—8 9 1 8 . 2 0 1 3 . 5 . 0 1
研 究 。后 经 德 国 W. S c h w e y d a r 对 E o t v o s的 扭 称 进
义 I _ 。从 1 9 7 1 年 美 国空 军 首 次 提 出 精 度 为 1 E
的移动级重力梯度仪 到现在 , 重力梯度仪虽然得 到
了世界 科 学家 的重 视 , 并 取 得 了迅速 的发展 , 但是 很
航空重力梯度测量技术研究
航空重力梯度测量技术研究航空重力梯度测量作为二十世纪末发展起来的尖端技术,随着测量系统和处理解释方法的逐步完善,在固体矿产和油气资源勘查中发挥着日益重要的作用,并因其快速、高效和高空间分辨率等特点而备受青睐。
航空重力梯度测量技术是目前国际研究热点和难点,成熟的商业勘探技术为美国Lockheed Martin公司垄断,我国在该领域起步较晚,基础相对薄弱。
2006年开始,国家863计划开始支持航空重力梯度关键技术研究,经过十多年的努力,国内多个研究团队在多项关键技术上取得了重大突破,并在“十二五”期间实现了实验室静基座条件下重力梯度效应的测量,加快了该项技术的实用化进程。
本文围绕突破航空重力梯度测量系统研制关键技术及测量结果实际应用开展研究。
首先,系统调研了国外航空重力梯度测量技术研发历程、应用现状和研究动态,详细剖析了旋转加速度计航空重力梯度仪的测量原理和设计思想,梳理了关键技术难点及解决方案,跟踪了系统完善过程中的各项技术改进,为航空重力梯度测量系统自主研制和持续改进提供了参考和借鉴。
立足国内基础,制定了基于石英挠性加速度计部分重力梯度张量测量系统总体研制方案。
突破多项关键技术,研制完成的重力梯度仪用高分辨率加速度计样机分辨率优于1×10<sup>-8</sup>g,重力梯度敏感器实验室测量精度优于70E,重力梯度稳定平台满足载荷要求,性能指标通过飞行测试。
完成航空重力梯度测量系统集成、减震和温控方案设计,为“十三五”航空重力梯度测量系统飞行试验和实用化奠定了基础。
针对航空应用和在研航空重力梯度测量系统特点,优选Y-12飞机平台,开展了典型航空地球物理勘探条件下的飞机振动、姿态、气压、温度和湿度等环境状态参数测量及研究,详细分析了飞机底板振动的频率特征,揭示了振动信号的周期分布及振动周期与螺旋桨转速基频之间倍频关系的基本规律,总结了不同飞行状态下飞机侧滚、侧滑姿态角的变化特点及变化范围,分析了机舱内气压、温度和湿度随飞行过程的变化情况,为航空重力梯度测量系统量程、结构、减震、温控和气密设计及后续改进完善提供了参考和依据。
航天飞行器的导航与定位技术
航天飞行器的导航与定位技术航天飞行器是探索宇宙、推动科学发展和人类文明进步的重要工具。
为了确保航天飞行器的准确导航和精确定位,科学家和工程师们不断研究、开发和改进导航与定位技术。
本文将介绍航天飞行器的导航与定位技术,包括轨道测量、星务相对导航和地球引力梯度测量等。
轨道测量是航天飞行器导航与定位的基础。
通过跟踪航天飞行器在航天器所在轨道上的位置和速度,可以确定其运动状态。
其中一种常用的方法是使用地面追踪站的测量数据来计算航天飞行器的轨道参数。
测量数据包括航天飞行器与地面追踪站之间的时差、频率偏移和方位角等。
通过利用多个地面追踪站进行测量,可以提高定位精度和覆盖范围。
此外,航天飞行器还可以通过星载测量设备进行轨道测量,利用星星的位置信息来计算自身的位置和速度。
星务相对导航是航天飞行器导航与定位中的关键技术之一。
在宇宙中,星星的位置具有稳定性和全球性,可以作为导航标志点。
通过测量航天飞行器和星星之间的相对位置和速度,可以计算航天飞行器的绝对位置和速度。
星务相对导航可以通过天文导航方法和星载导航设备实现。
天文导航方法利用恒星的位置和运动规律来计算航天飞行器的位置和速度。
星载导航设备则是搭载在航天飞行器上的星星相机或激光测距仪,通过测量星星的位置和距离来计算航天飞行器的定位信息。
地球引力梯度测量是航天飞行器导航与定位中的一种高精度测量方法。
地球引力梯度是地球引力场随着空间位置的变化而发生的梯度变化,可以用来确定航天飞行器的位置和姿态。
航天飞行器上的引力梯度探测器可以通过测量重力梯度的微小变化来计算自身的位置和姿态。
由于地球引力场的非均匀性、航天飞行器的结构和姿态对引力梯度的影响,地球引力梯度测量需要进行精确的建模和数据处理,以提高定位精度。
除了上述方法外,航天飞行器的导航与定位还可利用雷达系统、GPS卫星导航、惯性导航等技术。
雷达系统可以通过发射和接收无线电波来测量航天飞行器的距离和速度,从而实现定位与跟踪。
卫星重力测量发展历程
– 激光传播特性,是目前卫星大地测量领域最精确 的观测技术,同时具有获得更高精度观测的潜力
– 卫星寿命长,无需有源元件
• 缺点
– 极依赖于合适的气候条件 – 地面站的建立和维持费用高 – 观测弧段有限,无法连续跟踪
18
测绘学院
卫星精密定轨技术的发展
• 第三代:无线电观测法
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测绘学院
卫星重力测量的发展
• Kaula小传
William M. Kaula,1926.5.19~2000.4.1,空基大地 测量学之父。毕业于西点军校,1951年作为美国
陆军工程兵部队的在编军官获得读研机会,选择
学习大地测量学专业。1952年6月成为Heiskanen
的学生。1957年加入美国陆军地图服务,研究地
卫星重力学
卫星重力测量发展历程 最新重力卫星任务简介 卫星重力测量应用成果 国内相关领域研究概况 未来卫星重力任务构想
研究意义
• 地球重力场模型的基本描述方法
• 几个基本关系
– 分辨率与阶次的关系:Nyquist采样定律
– 阶次与模型参数个数:~Nmax^2,720阶,52万
– 全球覆盖重力测量
次说明地球近似于梨形
• 卫星重力测量的理论基础
– 1966年,Kaula《Theory of Satellite Geodesy》 – 卫星几何轨道与地球重力场物理特征的解析关系
• 卫星重力学:以卫星为载体,利用卫星本身为重力传感器 或卫星所携带的重力传感器测定地球重力场及其时变的理 论、方法和技术。
综合研究大学院大学、国立天文台的名誉教授。
1951年毕业于东京大学天文学科天体力学,次
年在东京大学附属东京天文台工作。1965年受
卫星重力测量系统的发展和测量模式
卫星重力测量系统的发展和测量模式程芦颖【期刊名称】《海洋测绘》【年(卷),期】2012(32)6【摘要】从地球重力场测量要素出发,按照局部重力场模型、区域重力场模型、全球重力场模型求解的发展思路,分析了对地球重力场测量技术手段的要求.根据高—低卫星跟踪卫星的距离和距离变率开展定轨研究的概念,梳理了卫星跟踪卫星重力测量系统的发展.针对卫星跟踪卫星重力测量技术的内涵,分析了高—低卫星跟踪卫星测量模式(SST-hl)和高—低低卫星跟踪卫星测量模式(SST-hll)的地球重力场测量本质.%Based on the earth gravity field measurement element, the technique requirements about the earth gravity field survey are analyzed in accordance with the opinions of the model solution of the local gravity field, the region gravity field, and the global gravity field. In the concept of orbit determination using high-low satellite to satellite tracking distance measurement data and distance variation measurement data, the development about satellite to satellite tracking gravity survey system is described. According to the technique connotation of satellite gravity survey system, the measurement innate characters of the earth gravity field research about high-low satellite to satellite tracking measurement model and high-low-low satellite to satellite tracking measurement model are analyzed.【总页数】5页(P63-67)【作者】程芦颖【作者单位】总参测绘研究所,陕西西安710054【正文语种】中文【中图分类】P223+.4【相关文献】1.卫星跟踪卫星测量模式中关键载荷精度指标不同匹配关系论证 [J], 郑伟;许厚泽;钟敏;员美娟2.精确预测卫星寿命终了时低重力推进剂的测量系统 [J], Chob.,MV;张康华3.低轨道人造卫星(CHAMP、GRACE、GOCE)与高精度地球重力场——卫星重力大地测量的最新发展及其对地球科学的重大影响 [J], 孙文科4.几种新型的航空重力测量系统和航空重力梯度测量系统 [J], 张昌达5.卫星重力梯度测量系统性能分析 [J], 肖云;王云鹏;宋勇;韦建成;;;;;因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
航空重力仪器、技术发展现状及趋势
航空重力仪器、技术发展现状和趋势引语测定地球重力场的传统方法是利用重力测量仪器进行绝对重力测量和相对重力测量。
绝对重力测量虽然能够得到很高精度的绝对重力值,但由于仪器体积庞大、设备复杂、对外界环境条件要求高、观测时间长、成本高等因素,其不宜在地面上进行大规模的采用。
近一百多年来,在地面进行重力测量的主要手段是采用相对重力测量,即通过测定未知点与重力已知点之间的重力值之差,从而得到未知点的绝对重力值。
与绝对重力测量相比,相对重力测量具有仪器体积小、设备简单、对外界环境要求低、测量时间短、成本费用低等优点,适于进行地面大规模的测量。
然而在一些条件恶劣、交通不便、无人居住以及陆海交界等区域进行地面重力测量时,不仅效率低下并且很难达到精度要求,甚至有些地区根本无法进行测量。
传统的地面重力测量无法进行测定占地球面积七成之多的海洋重力场,而船载重力测量技术的出现及逐步发展使开展大面积的海洋重力测量成为可能,然而其由于速度慢并且需要载体行驶在一个平均海面上,其仍是一种效率很低的重力测量手段。
令人振奋的是,卫星测高技术的出现和逐渐成熟很好地解决了获取高精度海洋重力场的问题。
一、航空重力测量基本原理航空重力测量按其复杂程度,可依次分为航空标量重力测量、航空矢量重力测量和航空梯度重力测量。
原理上它们均需解决两个基本问题:①运动状态下,在空中如何稳定传感器的指向? ②如何分离引力加速度和惯性加速度? 为此,一个航空重力测量系统必须包括如下三部分,即用于测量比力的加速度计(或重力仪,称之为重力传感器分系统)、使加速度计保持水平的系统(或计算其姿态,称为平台分系统)和测量飞机惯性加速度的定位分系统。
其中,第二分系统用于解决问题①,第一、第三分系统用于解决问题②。
依据所使用的重力传感器和平台分系统的不同,航空标量重力测量系统又可分为平台式、捷联式和旋转不变式。
平台式是将精密加速度计安装到稳定平台上,定向由稳定平台维持,如UCoset & Rombe飞航空重力仪采用的是两轴阻尼平台。
卫星重力测量技术在地球物理中的应用
卫星重力测量技术在地球物理中的应用地球物理研究是一门涉及地球内部结构和物质运动等方面的学科,同时也具有广泛的应用价值。
然而,由于地球的表面与内部相距甚远,地球物理学研究往往受到观测技术的限制。
而随着卫星重力测量技术的发展,这一局面正在得到颠覆,卫星重力测量技术正在成为地球物理研究中一项重要的手段。
1.卫星重力测量技术概述卫星重力测量技术基于万有引力定律,通过卫星通过地球上空进行重力测量,获得地球重力场的分布情况。
这项技术的主要优势在于,通过卫星精密的轨迹控制和重力测量仪器的装备,对地球重力场的测量达到了高度的准确性和精度。
同时,卫星重力测量技术还具有全球性和连续性的特点,能够提供地球重力场全球范围内的准确数据。
2.2.1 地球形态研究地球的形态呈现为不规则的椭球体,由于地球的离心率和自转引起的地球扁率等因素,地球的形态会受到一定程度的变形。
而卫星重力测量技术能够获得高精度的地球重力场数据,并且能够计算出来地球的形态和动力学变化。
这项技术对于研究地球的形态、内部构造和地震等问题都有重要意义。
2.2 地壳构造研究地球重力场的分布受到地球内部密度分布的影响,在地壳结构复杂的地区,地表重力场会受到下方地壳和上方地表地物的影响。
卫星重力测量技术通过测量地球重力场的变化,能够测定地球内部的密度结构,推测地下的岩石体积和形状,从而揭示地球地壳和上地幔的构造特征和动力学性质,例如板块构造等。
2.3 大地水文研究在地球物理研究中,大地水文是一个十分重要的研究领域。
大地水文的研究目标主要是了解大气、地表、地下之间的水循环以及水在地球系统中的作用。
其中,地下水的分布和运动十分复杂,而卫星重力测量技术提供了一种新的方法来研究地下水的分布以及地下水与地表水之间的关系。
例如,在水资源的开发和管理方面,卫星重力测量技术可以为水文模型提供和验证数据,优化水资源的利用方式。
3.结语随着卫星重力测量技术的不断发展与完善,它在地球物理方面的应用也将更加广泛和深入。
卫星重力学的发展前景
浅谈卫星重力测量在大地测量中的应用摘要重力场的研究历来是大地测量学研究的核心问题,也是现代大地测量发展中最活跃的领域之一。
由于地球重力场是地球的基本物理场之一,它可以反映地球内部物质的分布、运动和变化动态,并制约地球本身及其邻近空间的一切物理事件。
述了地球重力场研究对揭示其运动和时变与地震之间的关系的重要性;本文分别介绍了CHAMP、GRACE和GOCE重力卫星,以及卫星重力测量的原理,及其应用领域。
1 引言研究地球重力场的物理特性,能够充分揭示其运动和时变与地震之间的关系。
上述研究主要是依靠地面重力观测技术来实现,在静态与动态地球重力场的观测与研究方面,均存在技术上的难题。
由于地形的复杂性和局部环境与气候的恶劣性等诸因素,使许多地区难以实施传统意义上的重力测量,致使重力测量的地面覆盖率和分辨率受到极大的限制。
空间技术在重力测量中的应用(例如卫星探测技术)为解决全球高覆盖率、高空间分辨率和高时间重复率重力测量开辟了新的有效途径,不仅弥补了上述不足,而且使动态地球重力场的观测与研究成为现实。
人造地球卫星已经成为地球重力场的探测器与传感器,对卫星的观测并获取与地球重力场有关的观测数据已成为研究地球重力场的新的重要手段,因此而形成具有科学前景的全新的卫星重力学与新的研究热点。
对此,有关学者预言卫星重力学的发展带来的变化将是革命性的,其意义和作用都不亚于GPS[1]。
2 卫星重力探测技术的进展利用卫星技术进行动态地球重力场的研究经历了近30年的发展,目前已进入了实施阶段。
同时也标志着卫星重力学研究也随之进入了一个全新的阶段。
现在,利用卫星跟踪卫星(SST)和卫星重力梯度测量(SGG)技术确定高精度全球重力场的计划已顺利实施,其中包括德国、欧洲宇航局和美国计划从2000年7月起,在5年的时间内相继发射3颗低轨重力卫星(CHAMP、GRACE和GOCE),主要目的是利用目前的GPS连续追踪已发射和即将发射的低轨重力卫星,并由低轨重力卫星精密检测全球范围的地球重力场[2]。
卫星重力测量技术的原理和数据解读方法
卫星重力测量技术的原理和数据解读方法随着现代科学技术的不断发展,卫星重力测量技术逐渐成为地球科学领域的重要研究方法之一。
本文将重点讨论卫星重力测量技术的原理和数据解读方法。
一、卫星重力测量技术的原理卫星重力测量技术是利用卫星携带的高精度重力仪器测量地球表面重力场的变化,从而推断地球内部的密度分布和地壳运动等信息。
1.1 重力测量原理重力,是指地球或其他天体表面对物体吸引的力。
在地球表面上,重力的大小和方向不是一致的,而是会因地球内部的密度分布不均匀而变化。
通过卫星重力测量技术,我们可以获取地表某一点的重力值,并通过对比多个点上的重力值差异,推算出地球内部的密度变化。
1.2 卫星重力测量仪器为了实现卫星重力测量,科学家们研发了一系列高精度的重力测量仪器。
目前常用的卫星重力测量仪器主要有超导量子干涉仪(SQUID),绝对重力仪以及光学干涉测量仪(GIM)。
这些仪器可以测量地球表面的重力值,并将数据传输至地面控制中心进行分析和解读。
二、卫星重力测量数据解读方法卫星重力测量数据是复杂且海量的信息集合,需要进行合理的解读才能获得有价值的地质和地球物理学指标。
下面将介绍几种常见的卫星重力测量数据解读方法。
2.1 重力异常解读重力异常是指相对于参考表面(通常是椭球面)的重力场的偏差。
通过对大量重力异常的分析,可以揭示地球内部的密度梯度。
高重力异常通常对应着密度较大的区域,反之亦然。
这些异常主要与地壳构造、岩石性质和地球动力学等因素相关。
2.2 重力梯度解读在卫星重力测量中,不仅可以获取重力值,同时还可以计算重力的梯度,即重力在空间中的变化率。
重力梯度可以提供更加详细的地下密度变化信息,有助于研究构造和地壳运动等问题。
通过对重力梯度的解读,科学家们可以推测地壳运动引起的地震活动、地热流动以及岩浆活动等。
2.3 反演方法卫星重力测量数据的解读过程中,还常常需要借助反演方法。
反演方法是通过调整模型参数,使得模型产生的重力数据与实测数据拟合得最好。
重力梯度仪原理
重力梯度仪原理重力梯度仪是一种通过测量地球重力场中的局部梯度变化来探测地下物质分布的仪器。
它的原理基于牛顿万有引力定律和高斯定理。
本文将详细介绍重力梯度仪的工作原理和应用。
一、重力梯度概述重力场是指地球为质量吸引物而产生的引力场。
地球重力场在不同地点有不同的大小和方向。
点重力是衡量重力场的基本单元,可以用万有引力定律描述。
在地球表面上,地球引力把物体向下拉,这种向下的力称为重力加速度,通常表示为g。
重力梯度是指重力场大小的空间变化率。
它是指重力加速度的空间梯度。
在地球表面上,重力梯度通常表示为 E ,是三维向量。
在一个给定点上,重力梯度以单位距离的重力变化率来量化。
重力梯度的单位是每千米每gal,gal是一个代表单位面积受到的重力的计量单位。
重力梯度表示的是在给定位置上向任意方向移动单位距离所导致的重力变化。
二、重力梯度仪原理重力梯度仪通过在一定空间范围内测量重力梯度的变化来探测地下物质分布。
它的原理基于牛顿万有引力定律和高斯定理。
假设在坐标系中有一个点P,它周围的重力梯度可以表示为:E = [(∂2U/∂x2),(∂2U/∂y2),(∂2U/∂z2)]U是位势能,x、y、z是独立的坐标。
这个梯度向量是一个三维向量,包括x、y、z方向上的分力。
重力梯度仪通过测量重力梯度的随时间和位置的变化来探测地下物质。
它的工作原理是通过两个或多个相邻的探测器来测量重力梯度的差异。
这些探测器必须具有高精度的感应器和数据采集系统,以便在高噪声环境中捕捉重力梯度的小变化。
重力梯度仪在地下勘探中的应用是通过测量地下物质密度的变化来检测其分布。
地下介质密度与其重力梯度有关,因此重力梯度仪可以使勘探者识别地下物质的位置和形状。
有时还可以推断出地下物质的性质,如含水量、油气含量和岩石类型。
三、重力梯度仪的应用重力梯度仪具有广泛的应用,包括矿产勘探、地震勘探、油气勘探、地质灾害监测和环境监测等方面。
下面分别介绍这些应用的具体情况。
重力梯度仪的现状和前景
中国惯性技术学报JOURNAL OFCHINESE INERTIALTECHNOLOGY1999年第1期No.11999重力梯度仪的现状和前景蔡体菁,周百令摘要:本文论述了重力梯度仪在惯性导航、地球科学、地质科学中的重要作用以及重力梯度仪的现状和前景,着重评述了旋转加速度计重力梯度仪、静电加速度计重力梯度仪和超导重力梯度仪的现状和发展,最后指出了对重力梯度仪的应用和发展需要进一步研究的问题。
关键词:重力梯度仪中图分类号:U666.1 文献标识码:A文章编号:10056734(1999)01003904Status and prospects of gravity gradiometersCAI Tijing,ZHOU Bailing(Department of Instrument Science and Engineering,Southeast University,Nanjing 210096,China)Abstract:The paper discusses the role of gravity gradiometer in inertial navigation,earth science,geological science and status of gravity gradiometers,comments on the status and prospects of rotating accelerometer gravity gradiometer,electrostatic accelerometer gravity gradiometer and superconducting gravity gradiometer,points out some problems which need to be studied further for the application and development of gravity gradiometers.Key words:gravity gradiometer1 引言 在惯性导航中,陀螺稳定平台上的加速度计测量的是比力,即惯性加速度与重力向量之差。
航空重力梯度仪研究现状及发展趋势
航空重力梯度仪研究现状及发展趋势舒晴;周坚鑫;尹航【摘要】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.【期刊名称】《物探与化探》【年(卷),期】2007(031)006【总页数】4页(P485-488)【关键词】旋转加速度计重力梯度仪;航空重力梯度仪;SQUID;OQR【作者】舒晴;周坚鑫;尹航【作者单位】中国国土资源航空物探遥感中心,北京,100083;中国国土资源航空物探遥感中心,北京,100083;中国国土资源航空物探遥感中心,北京,100083【正文语种】中文【中图分类】P631重力梯度张量反应的是重力场(重力加速度矢量)在全空间的变化率。
19世纪末,匈牙利物理学家厄特弗斯制造出了第一台测量重力变化率的扭秤,在随后的几十年时间里,扭秤在金属矿勘查和圈定油气田构造中发挥了重要作用。
20世纪30年代,美国的LaCoste海空重力仪研制成功,并逐渐取代扭秤成为地质勘探和军事应用的主流产品,在以后的40年时间里,重力梯度仪的发展和应用几乎处于停滞。
但对于移动平台的重力测量而言,需要从测量结果中消除载体加速度影响从而得到地球重力场信息,当时较低的定位精度大大制约了重力数据质量的提高。
由于重力梯度仪是测量2点间重力场的变化率,受运动载体加速度的影响较小,20世纪60年代末,美国空军提出了研制移动平台重力梯度仪的想法。
1970年,Thompson 设计了微平衡重力梯度仪;1971年,Hansen设计了灵敏度为10 s-2的水平重力梯度仪;此外,还有专家设计了振动弹簧重力梯度仪。
20世纪70年代中期,美国Hughes公司、Draper实验室和Bell Aerospace Textron公司分别研制出3种不同类型的实验室样机:旋转重力梯度仪、液浮重力梯度仪和旋转加速度计重力梯度仪。
20世纪80年代开始,西方发达国家的多家公司及学术机构开始进行超导重力梯度仪研制,经过20多年的研究,目前超导重力梯度仪基本达到了准实用水平[1]。
卫星重力测量发展及应用
卫星重力测量发展及应用2010286190128 张璇摘要:卫星重力测量在恢复地球重力场方面具有全球高覆盖率、高空间分辨率、高精度和高时间重复率等优点, 为大地测量和地球物理学科的发展开辟了新的途径。
本文简要回顾了卫星重力测量的发展历程, 介绍了四种卫星重力探测技术的原理和发展状况, 最后对卫星重力测量在地球科学中的的应用情况进行了简要总结。
关键词:重力场;地球重力场;重力测量一、研究背景地(月)球重力场及其时变反映地(月)球表层及内部物质的空间分布、运动和变化,同时决定着大地水准面的起伏和变化。
因此,确定地(月)球重力场的精细结构及其时变不仅是大地测量学、海洋学、地震学、空间科学、天文学、行星科学、深空探测、国防建设等的需求,同时也将为全人类寻求资源、保护环境和预测灾害提供了重要的信息资源。
人造卫星是在地(月)球重力场作用下在空间绕地(月)球运动的,要精密定轨,必须知道精确的地(月)球重力场参数,反之,精确测定卫星轨道的摄动,利用这些摄动的跟踪观测数据,又可以提高地(月)球重力场参数的精度,两者相辅相成。
地球重力场是固体地球物理学、海洋动力学、地球动力学、冰川学、海平面变化与分析所需的基本物理量。
在大地测量领域, 地球重力场对研究地球形状和精确求定地面控制点的三维坐标起着重要作用;在固体地球物理学中,基于地球重力场可以研究地球的内部构造和板块运动;在海洋学中,为了研究海面地形,揭示洋流和环流的活动规律也需应用地球重力场数据;在国防建设领域,远程武器的发射和飞行,必须知道精细的局部重力场和全球重力场。
月球重力场的精密测量是国际探月计划的重要组成部分,它不仅决定着月球探测器的轨道优化设计和载人登月飞船月面理想着陆点的合适选取,同时将为全人类开展月体地形地貌和内部结构研究、月壤新能源和资源探测、月面宇宙环境分析(电磁、微粒子、高能等)、月球和地月系统起源和演化历史论证等提供丰富的信息资源。
地(月)球重力场起着双重作用:第一,通过比较实际重力场和理想重力场的差可以得到重力异常,重力异常表明地(月)球内部的质量不平衡状态,并提供地球(月)动力学的重要信息;第二,确定大地水准面(和静止平均海平面相重合的等位面) ,大地水准面是所有地貌(如陆地、冰川、海洋等) 的参考面,而大地水准面仅仅是由重力场来定义的,它可以通过重力场的精化而改善。
重力梯度测量的现状及复兴
第23卷第1期物 探 与 化 探Vol.23,No.1 1999年2月GEOPHYSICAL&GEOCHEMICAL EXPLORA TION Feb.,1999重力梯度测量的现状及复兴曾 华 霖(中国地质大学,北京 100083)摘 要 评述重力梯度测量的发展史,介绍重力梯度的各种应用,预测重力梯度测量的前景。
由于重力梯度值或重力高次导数具有比重力本身高的分辨率,特别适合于探测或研究局部的小地质体及其细节;由于美国海军秘密重力梯度仪技术的公开,并投入工业应用,以及多种新型重力梯度仪正在加速研究,重力梯度测量在石油、金属矿勘探和小地质体探测以及研究方面必将起更重要的作用。
关键词 重力;重力梯度测量;重力梯度仪常规重力测量观测重力位的铅垂一次导数,即Δg或U z。
重力梯度测量可以得到重力位的二次导数,如U x x,U xy,U xz,U yy,U yz和U zz,它们是重力位的一次导数U x,U y,U z在x,y, z方向上的变化率。
例如,U xz,U yz和U zz是重力位的铅垂一次导数U z在x,y及z方向上的变化率;其中,U zz称为重力垂直梯度。
我国在五六十年代使用过的扭称,测量的重力场要素是U xz,U yz,2U xy,UΔ=(U yy-U x x),不能测量U zz。
20年代的美国,扭秤梯度仪是油气普查勘探唯一的有效工具。
由于仪器笨重,效率低,梯度数据的解释方法研究又没有跟上,30年代以来被地震法、重力摆仪及重力仪所取代。
然而,由于重力梯度值具有重力值所没有的独特的优点,重力梯度测量并没有消失,重力梯度值一直以不同的形式得到应用。
70年代,美国海军的1项秘密技术—─新型的重力梯度仪及三维重力梯度测量技术的公开,在海洋石油勘探及航空重力梯度测量领域开始得到应用,已经显示出良好的应用前景。
根据最近的英文资料及国内发表的文献,综述了重力梯度测量的发展史、现状及未来的应用前景。
1 重力梯度测量的优越性首先举一个理论例子〔1〕。
一种新型航空重力梯度装置的研究
技术创新一种新型航空重力梯度装置的研究STATUS OF AIRBORNE GRAVITY GRADIOMETRY(国防科技大学)李纪莲罗诗途张玘LI Ji-lian LUO Shi-tu ZHANG Qi摘要:本文在Bell 宇航公司所开发测量航空重力梯度装置的基础上,构想并推导了一种新型的,由八个加速度计组成的重力梯度装置的结构及其工作原理,并总结指出该装置可以提高航空重力梯度测量的精度。
关键词:重力梯度;重力梯度装置中图分类号:U666.1文献标识码:AAbstracts:Based on the Gravity Gradient Instrument (GGI)which was developed by Bell Aerospace (now Lockheed Martin).We put forward a new GGI which is made up of eight accelerometers,in the thesis,the new GGI ’s structure and principium was discussed.And get the conclusion that it can improve the precision of airborne gravity gradiometry survey.Key words:gravity gradient;Gravity Gradient Instrument1引言重力梯度分布在地球物理学研究、地质勘探、空间技术及军事技术等多方面都有着十分重要的意义。
航空重力梯度仪可以实时测定地球重力梯度值;可以实现大范围的快速搜索测量;可以为惯导系统提供更充分的重力场信息,提高系统的导航精度等。
由于其具有很大的研究和应用价值,近年来在美国、加拿大、澳大利亚、俄国、英国和法国等国都相继掀起了研究热潮。
其中,重力梯度测量装置是研究的基础。
2024年绝对重力仪市场规模分析
2024年绝对重力仪市场规模分析简介绝对重力仪是一种精密仪器,用于测量地球表面的重力加速度。
由于其在地质勘探、石油勘探、矿产资源开发等领域的广泛应用,绝对重力仪市场规模逐年扩大。
本文将对绝对重力仪市场规模进行分析,并探讨其未来发展趋势。
市场规模分析当前市场规模据市场调研公司的数据统计显示,绝对重力仪市场规模在近几年稳步增长。
主要驱动因素包括地质勘探、石油勘探、矿产资源开发等行业的发展以及对高精度测量仪器的需求增加。
当前市场规模已达到数亿元人民币。
市场增长趋势随着科技的发展和应用领域的扩大,绝对重力仪的市场前景十分广阔。
未来几年,绝对重力仪市场预计将保持良好的增长态势。
以下是市场增长的主要趋势:1.技术进步推动市场增长:随着科技的不断进步,绝对重力仪的测量精度和稳定性不断提高,更加适应复杂环境下的测量需求。
这将促进市场的进一步扩大。
2.地质勘探需求增加:地质勘探行业对绝对重力仪的需求持续增加。
随着全球能源需求的不断增长,对于油气和矿产资源的勘探工作也在继续扩大,这将带动绝对重力仪市场的增长。
3.新兴市场需求增长:一些发展中国家的工业化进程加速,对高精度测量仪器的需求也在增加。
这些新兴市场将成为绝对重力仪市场的重要增长点。
市场竞争格局目前,绝对重力仪市场竞争格局较为稳定。
主要厂商分布在欧美地区,其中一些公司在市场上占据较大份额。
市场竞争主要体现在产品质量、价格和技术创新上。
此外,新兴市场的崛起也给竞争格局带来了一定的变化。
一些中国企业开始进入绝对重力仪市场,并通过技术创新和价格优势来争夺市场份额。
这将进一步激活市场竞争,提高产品的质量水平。
发展趋势展望随着国家对地质勘探和矿产资源开发的重视,绝对重力仪市场将保持持续增长的态势。
未来几年,市场发展的主要趋势包括以下几个方面:1.海洋资源开发的需求增加:科技进步和海洋资源的重要性逐渐被认识到,未来绝对重力仪的应用范围将扩大至海洋领域,满足海底资源开发的需求。
卫星重力梯度反演研究进展
卫星重力梯度反演研究进展郑伟;许厚泽;钟敏;刘成恕;员美娟【期刊名称】《大地测量与地球动力学》【年(卷),期】2014(034)004【摘要】对比空域法、时域法、直接法、解析法等卫星重力梯度反演法的优缺点,并综述国内外卫星重力梯度反演法的研究进展,对比了目前国际公布的GOCE地球重力场模型精度.结果表明,在210阶内,GO_CONS_GCF_2_DIR_R4模型精度较GO_CONS_GCF_2_SPW_R1模型精度平均提高8.883倍;在250阶内,GO_CONS_GCF_2_DIR_R4模型精度较GO_CONS_GCF_2_TIM_R1模型精度平均提高4.388倍;由于直接法不依赖于任何先验地球重力场模型,理论框架严密,因此地球重力场反演精度最高.【总页数】8页(P1-8)【作者】郑伟;许厚泽;钟敏;刘成恕;员美娟【作者单位】中国科学院测量与地球物理研究所大地测量与地球动力学国家重点实验室,武汉430077;中国科学院测量与地球物理研究所大地测量与地球动力学国家重点实验室,武汉430077;中国科学院测量与地球物理研究所大地测量与地球动力学国家重点实验室,武汉430077;中国科学院测量与地球物理研究所大地测量与地球动力学国家重点实验室,武汉430077;武汉科技大学理学院,武汉430081【正文语种】中文【中图分类】P223【相关文献】1.基于卫星重力梯度数据的密度反演研究 [J], 叶周润;柳林涛2.基于GRACE Follow-On卫星重力梯度法精确反演地球重力场 [J], 郑伟;许厚泽;钟敏;员美娟3.利用卫星重力梯度恢复局部地球重力场的研究进展 [J], 高春春;陆洋4.卫星遥感反演降水研究进展简述 [J], 刘少军;蔡大鑫;韩静;甘业星5.基于卫星多角度观测的气溶胶遥感反演算法研究进展 [J], 吴孔逸;侯伟真;史正;许华;温亚南因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
卫星重力测量的主要方法和发展现状
卫星重力测量的主要方法和发展现状
翟振和
【期刊名称】《测绘科学与工程》
【年(卷),期】2004(024)003
【摘要】利用卫星跟踪卫星和卫星重力梯度测量技术来测定全球重力场,是近几
年重力场测量领域的一个发展重点。
由这些卫星上的各种数据获得的地球重力场模型在精度和分辨率上都得到了很大程度上的提高。
本文首先以CHAMP、GRACE、GOCE三颗卫星为例,介绍了当前卫星重力测量的主要方法、原则,对三颗卫星
的特点进行了说明。
同时对三颗卫星的组成部分、轨道参数、应用领域进行了介绍。
对于由CHAMP、GRACE卫星数据生成的重力场模型,文中进行了分析、评价和比较。
【总页数】6页(P50-55)
【作者】翟振和
【作者单位】西安测绘研究所助理工程师
【正文语种】中文
【中图分类】P231
【相关文献】
1.卫星重力测量中加速度计在轨参数校准方法研究 [J], 周泽兵;白彦峥;祝竺;张晓
敏
2.卫星测高与船载重力测量数据融合的点质量拟合法 [J], 柯宝贵;张利明;章传银;
党亚民
3.联合捷联式惯性导航与全球导航卫星数据的航空矢量重力测量方法 [J], 王峥
4.新一代重力测量卫星核心指标分析 [J], 肖云;刘晓刚;郭飞霄
5.一种新型重力测量卫星系统确定全球重力场的性能分析 [J], 徐新禹;姜卫平;张晓敏;周晓青;丁延卫;朱广彬
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重力波探测技术的发展历程
重力波探测技术的发展历程随着人类科技的发展,越来越多的新技术被发明出来,而其中,重力波探测技术无疑是最令人瞩目的一项技术。
这项技术的研究一直以来都备受科技界的关注,对于人类对宇宙的深入探索有着不可估量的推动作用。
在本文中,我们将探讨重力波探测技术的历程及其进展。
重力波是什么?首先,我们需要了解什么是重力波。
重力波是由质量分布不均匀的物体在运动时所产生的一种扰动,这种扰动可以在空间中传播,并会在物体上产生拉伸和压缩。
这些扰动会带有极强的能量,足以改变时空结构,并汇聚成强大的引力波,在星系之间传播。
在这些运动中,所产生的引力波可以用来探测宇宙中隐藏的事物。
重力波探测技术的开始重力波的存在在理论上已经被预测了一段时间,但科学家们一直无法直接检测到。
直到上世纪六七十年代,科学家们开始尝试使用激光干涉仪直接检测重力波。
这项技术可以通过激光进入干涉仪,并由两个相交的激光束在干涉仪的接收区域产生干涉效果,从而测量重力波带来的信号变化。
然而,最初的激光干涉仪可检测的范围非常有限,无法探测到远处的宇宙物体,因此科学家们不得不对这项技术进行改进和完善。
LIGO星座的出现到了20世纪90年代,一些新的科学家提出了一些新的想法,并开始构建有一个新的重力波探测机组 - 阿当斯·奇普里斯天文台(LIGO)。
LIGO 设备是一组成新型双闸臂激光干涉仪的设备,它可以测量在引力波中两条激光束被相交产生的强度变化。
在共振腔中内置一个精密光学硅镜面,这个镜面可以成为引力波的“灵敏度”,通过这个就可以直接探测到重力波。
2015年2月,LIGO星座的科学家们宣布首次探测到了重力波,这被誉为天体物理学的重大突破。
他们探测到的重力波信号是来自黑洞(两个激光干涉仪均进行记录)的碰撞,两个黑洞合并并形成了一个质量为29个太阳质量的黑洞。
这次发现标志着人类正式进入了探索宇宙中隐藏的事物的新阶段。
进一步发现自2015年LIGO星座探测到重力波以来,科学家们已经探索到了更多的重力波事件。
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I nd u s t r y Ob s e r va t i o n
产业观察
一
星 载 重 力 梯 度 仪 的 研 究 发 展
王 晓 海
( 空 间电子 信 息 技 术 研 究 院 空 间 微 波 技 术 重 点 实验 室 , 西安 7 1 0 1 0 0 )
摘要: 本 文 首先 阐述 了卫 星 重 力梯 度 测 量 的 实现 与 特 点 , 其 次 介 绍 了重 力 梯度 卫 星G0cE 任 务及 卫 星核 心 载 荷 — —重
i n t r o d u c e d s e c o n dl y, t he r e s e a r c h a n d d e v e l o p me n t p r og r e s s o f g r a v i t y g r a d i o me t e r a r e e x p o u nd e d,t h e a b s o l u t e g r a v i t y g r a di o me t e r - 一 a n e w g r a di o me t e r b a s e d a t o mi c i n t e r f e r o me t r y me a s u r e me n t i s di s c u s s e d e mp h a t i c a l l y . Th e c o nc l us i o n t h a t t he me a s u r e me n t pr e c i s i o n o f a b s o l u t e g r a d i o me t e r i s hi g h a n d t he a p p l i c a t i o n ie f l d o f a b s o l u t e
Re s e a r c h a n d De v e l o pm e nt o f S pa c e bo r ne Gr a v i t y Gr a d i o me t e r
W a ng Xi a o ha i
( Na t i o n a l Ke y L a b o r a t o r y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y o n S p a c e Mi c r o S p a c e E l e c t r o n i c I n f o r ma t i o n T e c h n o l o g y , Xi ’ a n , 7 1 0 1 0 0 )
A bs t r a c t :Th e r e a l i z a t i o n a nd f e a t u r e s / c ha r a c t e r i s t i c s o f s pa c e bo r ne g r a vi t y g r a d i o me t e r me a s u r e me n t a r e
do i : 1 0 . 3 9 6 9 / 1 . I S S N 1 6 7 2 —7 2 7 4 . 2 0 1 5 . 1 0 . 0 0 7
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中图分类号 : TN9 2 7
文献 标识 码 : A
文章 编码 : 1 6 7 2 - 7 2 7 4 ( 2 0 1 5 ) 1 0 — 0 0 2 5 — 0 7
力梯度仪情况, 论 述了重力梯度仪 的研 究发 展 历程 , 重点探讨了一种新的基 于原子干涉测量技 术的绝对 重力梯度仪 , 通过研
究分析得 出了这种绝对 重力梯度仪具 有测量精度 高和应 用领域广的优 越性 , 最后 提 出我国发展 卫星重力测量技术的建议 。
关键 词 : 重 力场 ; 重 力梯度 测 量 ; 重 力梯 度仪 ; 原子干涉测量; 绝 对 重 力梯 度仪
g r a d i o me t e r i s wi d e i s r e a c he d f r o m r e s e a r c h a n d a n a l ys i s . De v e l o p s ug g e s t i o n s o f s pa c e bo r n e g r a vi t y g r a d i o me t e r
i n o u r c o u n t r y a r e p u t f o r wa r d in f a l l y . Ke ywor ds :G r a vi t y Fi e l d ;G r a vi t y Gr a d i e n t Me a s ur e me n t ;Gr a vi t y Gr a d i o me t e r ;At o mi c I n t e r f e r o me t r y Me a s ur e me n t ; Ab s o l u t e Gr a v i t y Gr a d i o me t e r