航空重力测量系统研究进展_王静波

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国外航空重力测量在地学中的应用

国外航空重力测量在地学中的应用周坚鑫1,2,刘浩军1,2,王守坦2,安战锋2,余学中2,张玉君2(1.中国地质大学,北京　100083;2.中国国土资源航空物探遥感中心,北京　100083)摘要: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。

关键词:航空重力;航空重力梯度;地球物理勘探中图分类号:P631.1 文献标识码:A 文章编号:1000-8918(2004)02-0119-04 航空重力测量是将高灵敏度航空重力仪装载在飞机上,在空中实现地球重力场的快速测量,与地面重力测量相比,具有快速、经济、灵活等特点。

它不仅在大地测量方面具有重要的作用,作为一种重要的地球物理勘探手段,在基础地质研究、石油、天然气及固体矿产资源勘探等方面具有广泛的应用。

航空重力测量的研究可追溯到20世纪50年代末。

1958年,美国空军使用LaCoste &Romberg 公司S 26型重力仪进行了第一次航空重力测量试验,用摄影经纬仪来提供导航数据,用高灵敏的气压测高仪测量飞机高度,测量结果与地面重力数据进行对比,精度为10×10-5m/s 2。

随后,美国和俄罗斯有关机构相继开展了大量的航空重力测量试验。

试验大部分是在固定翼飞机上进行的,飞机高度一般在几千英尺,试验的精度达到n ×10-5m/s 2,异常分辨率为30mile (50km )。

但当时测定载体速度和加速度的精度较低,制约了该技术的进一步研究和应用。

直到上世纪80年代中期,由于航空重力在大地测量方面的特殊作用,国际上有许多国家的研究机构开展了这方面的工作,对航空重力测量的仪器、原理和数据处理方法等做了大量的研究和试验,随着雷达测高技术和高稳定度平台的发展及应用,使得航空重力测量技术重新得到发展。

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。

国外航空重力测量与数据处理最新进展

国外航空重力测量与数据处理最新进展摘要：随着国际科学技术的发展，地球物理勘查技术也取得了巨大进步，尤其是航空重力测量技术受到了广泛关注，了解和借鉴国外航空重力测量技术，对于我国进行航空重力测量工作，创新技术具有重要指导意义和现实意义。

本篇文章简要论述了航空重力综合发展现状，并对国外航空重力测量方法和技术进行了分析，系统的介绍了航空重力数据处理技术发展，希望能够推动我国航空重力测量与数据处理技术的创新发展。

关键词：航空重力；测量方法；数据处理技术引言：航空重力测量是将仪器设备安装在飞机上进行连续测量的新型技术，近几年受到广泛关注和应用，特别是在发达国家。

国外的飞机重力测量大多数应用Canada SGL机构的AIRGrav，以及俄罗斯GT机构的1A/2A勘测系统，借助小型机翼位置、后掠角等参数固定不变的飞机和直升机等形成集航空重力、航空重、磁为一体的多样化勘测体系，提高测量质量及效率。

平均每年进行飞机重力勘测任务为35-45万公里长测，基本用在地质环境研究、石油矿物质的勘探、地理勘测以及军事建设等项目，发展前景较大，而且取得了有效成果，为全球的航空重力测量工作开展奠定了有利基础。

1航空重力综合现状1.1航空重力勘查系统发展现状当前飞机重力检测体系包含重力仪、差分GPS以及数据处理等设备。

目前国外的飞机重力仪主要分为三类：①GT-1A/2A；②AIRGrav；③TAGS。

而飞行平台软件则相对多样化，其中最具有代表性的是中小型机翼位置、后掠角等参数固定不变的飞机和直升机两种，国外飞机重力检测体系现已逐渐发展成多样化固定翼飞机重力检测系统以及逐渐完善的直升机重力检测系统，现全力发展推行小型飞机重力勘测系统。

1.2航空重力测量方法发展现状因为飞机重力检测系统逐渐强化其抗震动性能，致使航空重力系统能够在不同检测环境下开展检测工作，例如在高低起伏的海岸带，无论是高度起伏条件下，还是在极度颠簸条件下，都能够实时的开展测量工作[1]。

海空重力测量数据处理关键技术研究

随着大数据时代的到来，分布式数据处理已成为各类应用领域的必要技术手段。本次演示将概述分布式数据处理若干关键技术的发展现状、应用场景以及未来研究方向。
分布式数据处理关键技术
分布式数据处理的关键技术包括数据存储、数据备份和数据挖掘等方面。数据存储技术主要解决大规模数据的存储和访问问题，如Google的GFS和Hadoop的 HDFS等；数据备份技术则以保证数据的可靠性和完整性为目标，如基于RAID 的存储备份技术等；数据挖掘技术则从大规模数据中提取有价值的信息，如关联规则挖掘、聚类分析等。
然而，海空重力测量数据处理关键技术的研究仍存在一定的差距。国内外的学者们虽然已经取得了一定的研究成果，但在实际应用中仍存在诸多挑战和问题。例如，如何提高数据处理的速度和精度，如何解决复杂环境下重力测量的稳定性问题等。
海空重力测量数据处理关键技术的挑战与解决方案
当前，海空重力测量数据处理关键技术面临的主要挑战包括以下几个方面：
未来，可以进一步深入研究海空重力测量数据处理关键技术，以提高处理速度和精度、增强数据稳定性、促进多源数据融合和模型优化等方面为出发点，为海空重力测量提供更为精准、可靠的数据处理方法和技术支持。
参考内容
引言
车载测量系统在车辆监控、导航、自动驾驶等领域发挥着越来越重要的作用。随着车载测量系统的不断发展，数据处理技术成为了制约其性能和精度的关键因素。本次演示将围绕车载测量系统数据处理的关键技术进行深入探讨，旨在提高车载测量系统的性能和精度，促进车辆智能化发展。
此外，随着量子计算等新型计算模式的出现，分布式数据处理技术也将面临新的挑战和机遇。
结论
分布式数据处理若干关键技术的研究现状和应用前景表明，这些技术在大数据时代具有广泛的应用价值和重要性。目前，这些技术已经应用于云计算、大数据处理和物联网等领域，并取得了显著的成果。然而，随着应用需求的不断增长和技术的发展，分布式数据处理若干关键技术的研究仍然需要进一步加强和深入，以适应未来更广泛的应用场景和挑战。

航空重力数据样条平滑滤波试验研究

获得与ｒ－１Ａ系统滤波结果几乎同样满意的滤波效果，二者滤波结果差值的标准偏差可达 ± ０．４ｍＧａ１．关键词Ｇｒ＿１Ａ航空重力，Ｂ样条，平滑，滤波中图分类号Ｐ６３１，Ｐ３１２文献标识码Ａｄｏｉ：１０．６Ｏ３８／ｐｇ２Ｏ１３０２（１７
ＫｅｙｗｏｒｄｓＧＴ．１Ａａｉｒｂｏｒｎｅｇｒａｖｉｍｅｔｒｙ，Ｂ－ｓｐｌｉｎｅ，ｓｍｏｏｔｈｉｎｇ，ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ
ｐｇ２０１３０２０７．
ＷＡＮＧＪｉｎｇ－ｂｏ，ＸＩＯＮＧＳｈｅｎｇ－ｑｉｎｇ，ＧＵＯＺｈｂｈｏｎｇ，ｅｔａ１．Ｓｐｌｉｎｅｓｍｏｏｔｈｉｎｇｆｏｒａｉｒｂｏｒｎｅｇｒａｖｉｔｙｄａｔａ．ＰｒｏｇｒｅｓｓｉｎＧｅｏｐｈｙｓ．
ａｎｄｇｅｔｓｏｍｅｍｅａｎｉｎｇｔｕｌｒｅｓｕｌｔｓ．Ｂｙｓｅｌｅｃｔｉｎｇｐｒｏｐｅｒｐａｒａｍｅｔｅｒｓｓｕｃｈａｓｓｐｌｉｎｅａｄｎｓｍｏｏｔｈｉｎｇ，ｔｈｅｓｅｓｐｌｉｎｅｓｍｏｏｔｈｉｎｇｆｉｌｔｅｒｓｏｒｆａｉｒｂｏｒｎｅｇｒａｖｉｔｙｄａｔａｃａｎｇｅｔｓａｔｉｓｆａｃｔｏｒｙｆｉｌｔｅｒｉｎｇｅｆｆｅｃｔａｌｍｏｓｔａｓｇｏｏｄａｓＧＴ－１Ａｒｅｓｕｌｔ，ａｎｄｔｈｅｓｔａｎｄａｒｄｄｅｖｉａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｄｉｓｃｒｅｐａｎｃｙｉｓｗｉｔｈｉｎ± Ｏ．４ｅＧａｒｌｉｎｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｗｉｔｈＧＴ－１Ａｒｅｓｕｌｔ．

航空重力异常估计方法研究

航空重力异常估计方法研究王静波;熊盛青;郭志宏;周锡华【摘要】This paper discusses methods of estimating airborne gravity anomalies. Based on the Kalman smoothing techniques, the authors developed the software for estimating airborne gravity anomalies. Research shows that, if this software is used to estimate airborne gravity anomalies, the standard deviation of the discrepancy is within 1 mGal in comparison with the data processing results by the imported GT-1A system software.%探讨、研究了航空重力异常估计方法,基于卡尔曼滤波平滑技术,研制了航空重力异常估计软件.研究表明:采用该软件进行重力异常估计,与引进的GT-1A系统软件的数据处理结果相比,其差值的标准偏差在1 mGal之内.【期刊名称】《物探与化探》【年(卷),期】2011(035)004【总页数】6页(P493-498)【关键词】航空重力测量;卡尔曼滤波;GT-1A;异常估计方法;测量数据处理【作者】王静波;熊盛青;郭志宏;周锡华【作者单位】北方工业大学理学院,北京 100144;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】P631.1航空重力测量始于20世纪50年代末，由于受当时重力仪、导航系统的定位精度限制，飞行载体的扰动加速度难以精确确定，航空重力测量只能达到10 mGal的实际精度［1］。

DGP S在航空重力测量中的应用

DGP S在航空重力测量中的应用罗锋;李冰;姜作喜;屈进红;王志博【摘要】基于DGPS在GT⁃1A型航空重力系统测量中的应用，针对GPS基站的位置精度和选择展开探讨，并对计算获得的空间重力异常结果进行对比分析。

对比结果表明GPS基站所用位置值不同会引起测线空间重力异常的水平误差，相同测线经过水平调整后基本保持一致。

GPS基站和移动站的距离长短对测线空间重力异常的局部细节幅值有影响，进行水平调整后相同测线间的内符合总精度为0．3 mGal左右。

%Based on the application of DGPS in GT⁃1A airborne gravity measurement system, the authors discussed the selection and precision of GPS stations, and analyzed a variety of calculated free air anomaly results in detail. The final results indicate that the dif⁃ferent values of GPS basic station position induces the horizontal error of free air anomaly on survey lines, and the results on the same survey line can almost reach the same precision after horizontal adjustments. In addition, the distances between GPS basic stations and rover stations have impacts on the locally detailed amplitudes of free air anomaly. After horizontal adjustments, the internal accord accu⁃racy on the same survey line can reach almost 0.3.【期刊名称】《物探与化探》【年(卷),期】2014(000)006【总页数】7页(P1212-1217,1221)【关键词】航空重力;DGPS;基站;移动站【作者】罗锋;李冰;姜作喜;屈进红;王志博【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;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航空重力测量是以飞机为载体，搭载重力仪、GPS(global positioning system)和测高等设备测定近地空间重力加速度的测量方法。

重力波探测技术研究进展

重力波探测技术研究进展在宇宙中，质量凝聚形成的恒星、星系、黑洞等天体的形成与演化，与其相互作用的、被宇宙中的各种物质所占据的空间，所有这些物质，都会对周围的时空结构产生扭曲，就像石头投入水中，所造成的涟漪。

这种涟漪或者说“重力波”，是爱因斯坦广义相对论所预言的基本物理现象。

重力波和电磁波类似，都遵循波动性质，但与前者不同的是，后者是以光速在真空中传播，而前者则是以真空最高速度传播的物质所产生的物理扰动。

虽然重力波的产生在理论上已被证实，但直至上世纪，由于重力波的检测难度极大，人们对其的第一次直接探测仍需要耗费相当大的精力。

那么，重力波探测技术又是如何实现的呢？历程回顾2000年的5月，美国宙斯试验平台的首席科学家Kip Thorne教授在宣布即将启动重力波探测器后，曾在伦敦的帝国理工学院发表演讲，他表示：“重力波探测器不仅是科学家的梦想，而且是目前物理学领域的一个非常重要的新工具。

”3年后，在众多国家尝试研制重力波探测技术的过程中，宙斯试验碰到了巨大的困难。

这是因为它的敏感仪器容易受到大气压力、地球震动、微弱干扰等多方面的影响。

在2004年，它要重新设计一款更为敏感的器械，这款器械就是LIGO Detecter.LIGO是美国建筑物与城市规划协会授权Ligo Science Education Center添加的“ 企业的名字以及发音的指导”之一，而Ligo又在2001年成为了义务研究合作伙伴（LSC）成员之一。

同年，LSC还加入了黑洞反射天线（TAMA）和欧洲重力波研究器（GEO）等国际项目。

LIGO是全球第一台能够直接探测到重力波的观测设施。

其实验室设在美国路易斯安那州巴吞鲁日市和华盛顿州利文沃思，由美国国家科学基金会、加州理工学院（Caltech）和麻省理工学院（MIT）等机构联合建造。

在2015年9月14日，当地时间早晨5:51左右，LIGO在观测到了一束来自合并黑洞的重力波。

在这一事件中，LIGO测到了一道极为弱小的信号，而这个信号来自13.8亿年前的合并黑洞的碰撞，由此揭开了人类探测重力波的新篇章，标志着人类对重力波物理的探索进入了全新的时代。

航空重力测量的分辨率和精度分析

Ｃｈｎｓ）００５３：９～７８，ｉｅｅ，２１，２（）７５９Ｄ０Ｉ１．９９ｊｉｓ．０４２０．０００．０．：０３６／．ｓｎ１０ — ９３２１．３０８
航空重力测量的分辨率和精度分析
ｂｅｏｅｅｙａｒｏｎｒｖｍｅｒｅｈｌｈｅｏｉｓ３０ｋｈａｄｔｅｆｉｈｅｇｔａｏｅｔｅｇｏｎｓ２ｅｒｃｖｒｄｂｉｒｅｇａｉｔｙｗｈｎｔｅｆｇｔｖｌｃｔｉ０ｍ／ｎｈｌｔｈｉｈｂｖｈｒｕｄｉ．ｂｉｙｇ
５ｋ．Ａｎｎｔｉｃｓｈｔｅｕｔｎｆｃｏｆｇａｉｙａｏｌｓｉａｏｔ５．Ｍｏｅｖｒｈｆｅｔｆｔｅｃｔｆ— ｍｄｉｈｓａｅｔｅａｔｎａｉａｔｒｏｒｖｔｎｍａｉｓｂｕ０ｏｅｒｏｅ，ｔｅｅｆｃｓｏｈｕｏｆ
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（ ’ ｎＲｅｅｒｈＩｓｉｔｏｕｖｙｎｎｐｉｇ。Ｘｉａ１０４ｈｎ）ｘｉａｓａｃｎｔｕｅｆＳｒｅｉｇａｄＭａｐｎｔ ’ ｎ７０５。Ｃｉａ

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。

基于冷原子干涉原理的机载绝对重力测量

计测技术动态信息基于冷原子干涉原理的机载绝对重力测量赵远，郭梅影，许云鹏，胡栋，王宇，杨永军*（航空工业北京长城计量测试技术研究所计量与校准技术重点实验室，北京 100095）重力场测量在地质勘查、灾害预报、测绘与导航等领域均具有重要的意义，其中，航空重力测量因全地域、快速、成本低等优势而被广泛应用［1-8］。

目前，航空重力测量所采用的仪器均属于相对式重力仪［4，6-7］，而冷原子航空绝对重力仪具有无漂移、高精度等优势［9-11］，因此成为未来航空重力测量的重要发展方向，受到国际资源勘查与自主导航领域的高度关注。

在国际上，目前只有法国实现了基于冷原子干涉的机载重力测量实验验证，国内尚未有相关实验研究报道［12-17］。

航空工业北京长城计量测试技术研究所针对航空重力测量的特殊要求完成系统性的技术攻关，现已利用自主研制的冷原子干涉原理航空重力仪成功的开展了飞行距离超过600 km 的机载重力测量实验研究，首次飞行测量实验获得了原子干涉条纹，初步评估单组干涉条纹的分辨力已经达到十毫伽量级，本次飞行实验验证的成功为我国开展航空绝对重力测量研究跨出了重要的一步，对我国的战略资源勘查保护、大地测绘、自主导航等领域的发展具有重要意义。

航空工业北京长城计量测试技术研究所围绕航空绝对重力测量的特殊要求与技术挑战，系统地梳理了其中的科学问题，分解了相应的关键技术，开展了长期的技术攻关［18-20］。

针对航空重力测量高航速、强振动、高动态等特点，解决了强振动条件下原子干涉失效规律与动态还原机理、高航速下原子重力仪运动效应分离方法等科学问题。

针对特殊环境挑战与具体技术难点，采用单激光器方案，解决了传统空间光路复杂、可靠性低等问题；研制快速跳频锁频系统，大幅压缩频率再锁定时间，极大提升了原子干涉仪在航空高速、高动态环境下的可靠性；研制航空环境专用探测系统，解决了航空大起伏、强振动环境下原子干涉信号起伏问题；研制自适应快速学习和环境干扰补偿系统，解决高动态环境干扰引入相位噪声的问题，最终完成冷原子干涉航空绝对重力仪（如图1所示）的自主研制，并成功开展试飞验证研究。

利用Kalman平滑技术估算航空重力测量中的载体垂直加速度

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（．ｃｏｌｆＧｅｐｙｉｓｎｎｏｍａｉｎＴｃｎｌｇＣｉａＵｉｅｓｔｆＧｏｃｎｅ，Ｂｉｉｇ１０８，ｈｎ１ＳｈｏｏｏｈｓｃａｄＩｆｒｔｅｈｏｏｙ，ｈｎｎｖｒｉｏｅｓｉｃｓｅｎ００３Ｃｉａｏｙｅｊ２ＣｉａｒｅｐｙｉｌｕｖｙａｄＲｍｏｅＳｎｉｇＣｎｅｏａｄａｄＲｅｏｒｅ，ｅｉｇ１０８，ｈｎ；．ｈｎｏＧｏｈｓａｒｅｎｅｔｅｓｅｔｒｆｒＬｎｎｓｕｃｓＢｉｎ００３ＣｉａＡｅｃＳｎｊ
中图分类号
Ｐ１，６１３２Ｐ３

文献标识码Ａ
Ｅｓｉａｉｎｏｈｅｔｃｌａｃｌｒｔ０ｏｈｉｂｒｅｔｍｔｏｆｔｅｖｒｉａｃｅｅａｉｎｆｒｔｅａｒｏｎｇａｉｅｒｓｎｇＫａｍａｍｏｔｉｇｒｖｍｔｙｕｉｌｎｓｏｈｎ
３ｏｌｇｆｓｉｎｅ，ｒｈＣｉａＵｎｖｒｉｆＴｃｎｌｇＢｉｉｇ１０４，ｈｎ）．ＣｌｅｅｃｓＮｏｔｈｎｉｅｓｙｏｅｈｏｏｙ，ｅｊｎ０１４Ｃｉａｅｏｃｔ
ＡｂｔａｔＡｌａｉｔｒｎｇｍｏｌｗｉｈｍｏｄｅｒｏｏｒｅｔｏｎｉｅｅｅｉｈｓｐｐｅ．ＢａｅｈｓｍｏｄｌｎｓｒｃＫａｍｎｆｌｅｉｄｅｔｌｅｒｒｃｒｃｉｓｐｒｓｎｔｄｎｔｉａｒｓｄｏｎｔｉｅ，ａｅｔｍａｔｏｍｅｈｏｏｆｏ — ｓｖｒｉａａｃｌｒｔｏｎｏｔａｒｏｒｅｒｖｍｅｒｕｓｎｇＫａｍａｌｎｅｏｐｔｍａｓｉｉｎｔｄｍｖｅｂａｅｅｔｃｌｃｅｅａｉｆｒｈｅｉｂｎｇａｉｔｙｉｌｎｉａｒｉｌｓｏｈｎｓｉｃｓｄＴｈｓｅｈｄｓｕｐｒｏｔｔａｏｇｅｒｌｙｓｎｄｇｉａｄｆｅｅｅｎｄｍｏｔｉｇｉｄｓｕｓｅ．ｉｍｔｏｉｓｅｉｒｏｈｔｆｎｅａｌｕｉｇｉｔｌｉｆｒｎｃａＦＩＲｌｗ — ａｓｏｐｓｆｌｅｉ．ｈｅｕｌｓｆｏｉｒｎｇＴｅｒｓｔｒｍｓｍｕａｉｎｎｃｔｔｔｈｃｕａｙｏｈｅｅｔｃｌａｃｌｒｔｏｎｃｎｒａｈ＋ｔｉｌｔｏｉｄｉａｅｈａｔｅａｃｒｃｆｔｖｒｉａｃｅｅａｉａｅｃ－１～２ｏＧａｔｌ

航空重力测量数据的小波滤波处理

航空重力测量数据的小波滤波处理摘要：航空重力测量数据的小波滤波处理在提高地质数据质量、解释地质特征、降低不确定性以及多领域应用方面具有重要的研究意义，为地球物理勘探提供了一种强大的数据处理工具，有助于更好地理解地下地质现象，并为资源管理和环境保护提供了支持。

与传统的滤波方法不同，小波滤波能够将信号分解成不同尺度和频率的子信号，同时处理各个子信号，从而更好地捕捉信号中的细节和特征。

文章介绍了航空重力测量数据的小波滤波处理原理以及小波低通滤波器设计的具体方法，以期为相关工作人员提供参考借鉴。

关键词：航空；重力测量；数据；小波滤波处理引言：航空重力测量是一种重要的地球物理勘探技术，广泛应用于地质勘探、矿产资源勘察、地下水资源管理和环境监测等领域。

通过航空搭载的重力仪器，可以获取地球表面下方不同深度处的地下密度分布信息，这对于揭示地下地质构造和资源分布非常重要。

然而，航空重力测量数据通常受到噪声、干扰和随机误差的影响，这些因素可能掩盖真实的地质信号，降低了数据的质量和可解释性，所以需要开发有效的数据处理技术来提高数据的准确性和解释能力。

一、航空重力测量数据的小波滤波处理原理航空重力测量数据的小波滤波处理原理基于小波分析，这是一种强大的信号处理技术，可用于改善数据的质量和提取有用的地质信息。

这个原理的核心思想是将复杂的测量数据分解成不同频率和尺度的信号组件，以便更好地理解和分析地下地质结构。

在小波滤波处理过程中要选择适当的小波基函数，这是一个数学函数，用于分析信号的不同频率成分。

不同类型的小波基函数适用于不同类型的信号和地质结构。

然后需要将航空重力测量数据通过小波变换进行分解，这一步骤将数据分解成多个频率范围内的子信号，其中包括高频和低频成分，这种分解使我们能够同时捕捉数据中的细节和整体趋势。

接下来，通过滤波操作，可以选择保留或移除特定频率范围内的子信号，这可以用于去除噪声、减少干扰或突出感兴趣的地质特征。

新型高精度航空重力勘察系统研制

科技资讯2016 NO.12SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION 科技报告导读175 科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION 新型高精度航空重力勘察系统研制吴美平1 张开东1 曹聚亮1 洪华杰1 周锡华2(1.国防科学技术大学;2.中国国土资源航空物探遥感中心)摘要：航空重力测量是以飞机为载体确定区域和局部重力场的方法，由于其测量速度快、范围广、成本低，且几乎可到达任何地区，是区域范围内获取高精度、中高分辨率重力场信息的有效手段，可覆盖卫星重力测量和地面重力测量之间的频带。

基于捷联惯导的航空重力测量系统由于具有体积小、重量轻、功耗小、成本低、可靠性高、操作简单等优点，是近十几年的研究热点之一，代表了航空重力仪的发展方向。

经过“十一五”期间的技术攻关，国防科学技术大学在捷联惯导式航空重力测量系统硬件设计、软件开发、系统集成、数据处理以及成果应用等方面积累了丰富经验，研制的捷联惯导式航空重力测量系统原理样机的精度达到同类系统国际先进水平。

该研究的总目标是，在“十一五”突破捷联惯导式航空重力仪关键技术的基础上，进一步突破制约高精度航空重力测量系统的关键技术，研制新型实用化的航空重力勘查系统，技术指标达到国际商用产品的先进水平，实现国产航空重力勘查系统在油气和矿产资源勘查中的实际应用。

课题的预期指标是在异常半波长分辨率3km时，系统测量精度优于1mGal,并完成不少于10000km测线的示范性生产。

该报告介绍了项目的背景、研究基础，以及该项目的技术方案。

关键词：航空重力惯性技术加速度计稳定平台Developing of the New Type High Accuracy AirborneGravimetry SystemWu Meiping 1 Zhang Kaidong 1 Cao Juliang 1 Hong Huajie 1 Zhou Xihua 2（1.National University of Defense Technology;2.China Aero Geophysical Survey and Remote Sensing Center for Land and Resources）Abstract :Airborne gravimetry is the method to map the regional and local gravity field on airplane, it can map the gravity field of a big area rapidly and continuously for its increased speed, greater range, significantly low cost and the potential to reach anywhere, and can fill the frequency gap between land gravimetry and satellite gravimetry. Strapdown airborne gravimeter is the next generation gravimeter for its much smaller size, lighter weight and lower power consumption, and is one of the research area in gravimetry in recent 10 years. Through the rearch work in “11.5” , National University of Defense Technology(NUDT) had accumulated much experience on the hardware design, software desigh, system integration, data processing and applications of strapdown gravimetry, the principle prototype designed by NUDT has rearched the advanced level among the same type gravimeters. The goals of this project include that breaking through the key technologies restricted the high accuracy gravimetry, and developing the airborne gravimetry system that can meet the requirement of the reconnaissance of oil and mine, and the accuracy reaching the advanced level of commercial products. The anticipate accuracy is better than 1mGal at the resolution of 3km, and we also need to fullfill demonstrate production more than 100,000km.This report introduced the background of the project, foundation, and the scheme to realize the goal.Key Words :Airborne Gravimetry;Inertial Technology;Accelerometer;Stabilized platform阅读全文链接（需实名注册）：/xiangxiBG.aspx?id=65480&flag=1. All Rights Reserved.。

航空重力测量进展和应用

航空重力测量进展和应用
李晓斌;刘寅彪
【期刊名称】《中国矿业》
【年(卷),期】2010()S1
【摘要】航空重力测量具备在一些人类罕至的山地、海洋、沼泽等复杂地区作业
的优势。

本文介绍了航空重力测量系统的进展,并阐述了其在资源勘探领域的应用。

在未来的海洋资源勘探、地球观测与全球变化、环境检测等领域,航空重力亦将有
广阔的发展空间。

【总页数】4页(P199-201)
【关键词】航空重力;资源勘探;DGPS;进展与应用
【作者】李晓斌;刘寅彪
【作者单位】煤炭科学研究总院;内蒙古自治区地质调查院
【正文语种】中文
【中图分类】P223
【相关文献】
1.极地航空重力测量及其应用进展 [J], 高晟俊;郝卫峰;李斐;郭井学;崔祥斌
2.航空重力测量系统研究进展 [J], 王静波;熊盛青;周锡华;郭志宏
3.航空重力测量技术的新进展 [J], 朱庚
4.国外航空重力测量与数据处理技术最新进展 [J], 张虹; 周能; 邓肖丹; 王萌; 李行
素
5.航空重力测量研究进展 [J], 孙中苗;夏哲仁;石磐
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关于动态航空重力测量中的理论模型的研究

关于动态航空重力测量中的理论模型的研究申文斌;宁津生;刘经南;晁定波【期刊名称】《测绘与空间地理信息》【年(卷),期】2004(27)5【摘要】当一个载体(比如飞机)处于一般运动状态时,它不仅"感受"到引力,同时还"感受"到惯性力.因此,在动态航空重力测量中(载体是飞机),为了提取出重力(或引力)信息,关键的问题是解决如何有效地将引力与惯性力分离开来.引力与惯性力的分离涉及到内部分离(不借助外部观测信号)和外部分离(仅利用外部观测信号).本文的研究仅限于内部分离问题.本文以广义相对论为基础,在仔细研究了受力质点的世界线偏离方程之后得出结论,纯引力场信息可通过黎曼张量反映出来,而黎曼张量可以用重力梯度仪加惯性平台(惯性陀螺)来测定.同时,本文还讨论了黎曼张量与牛顿引力理论中的重力梯度之间的关系并建立了仅用内部观测手段实施航空重力测量的模型.【总页数】5页(P1-5)【作者】申文斌;宁津生;刘经南;晁定波【作者单位】武汉大学,测绘学院,地球空间环境与大地测量教育部重点实验室,武汉,430079;武汉大学,测绘学院,地球空间环境与大地测量教育部重点实验室,武汉,430079;武汉大学GPS工程技术中心,武汉,430079;武汉大学,测绘学院,地球空间环境与大地测量教育部重点实验室,武汉,430079【正文语种】中文【中图分类】P223【相关文献】1.航空重力测量中GNSS动态定位与测速研究 [J], 贺凯飞2.基于经验模态分解的航空重力测量动态误差分离 [J], 邹欣蕾;蔡劭琨;吴美平;曹聚亮;张开东3.经济学理论模型研究下的石油地质储量经济评价方法综述——评《石油储量动态经济评价研究》 [J], 孙建成4.航空重力测量中垂直加速度改正的固定区间平滑算法研究 [J], 郑崴;魏辉;陈学锋;闫雷兵5.航空重力测量中垂直加速度改正的固定区间平滑算法研究 [J], 郑崴;魏辉;陈学锋;闫雷兵因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

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图 4 安装在机舱中的 GT-1A型重力仪
地进行了多次飞行试验。与地面重力测量值相比 , 该系统精度可达到 0.5 mGal、分辨率 1.5 ～ 2.75 km[ 8] 。该系统的原理与 AIRGrav类似 , 也是采用三轴平台惯导系统结构 , 同样对加速度计和相关电子设备采取了温控措施。
世界上只有少数几个发达国家能够生产出航空
实线表示实用状态图 1 航空重力测量系统的发展历史示意
收稿日期 :2009 -01 -12 基金项目 :“ 863”计划重大项目课题 (2006AA06A202)资助
重力测量系统 , 并且由于航空重力能够用于军事目的 , 存在着技术封锁。不管是何种场合 , 都无法获得航空重力仪的制造技术和相关资料 (均为保密 )。为了发展我国的航空重力测量事业 , 必须依赖进口的方式解决国内无航空重力仪的问题。显然 , 在此基础上 , 吸收先进技术 , 自主研发我国的航空重力测量系统具有重大意义。
1 航空重力测量的基本原理
航空重力测量是以飞机作为运载平台 , 利用航空重力仪在空中测量地球重力场的一种测量方法。根据牛顿第二定律 , 在惯性坐标系 i中 , 质点的动力学方程为 :
¨ri=fi+Gi, 式中 :¨r为质点的惯性加速度 ;G为引力加速度 ;f 是比力 , 为重力传感器的观测值。
从 1992年到 1998年 , LIGS与加拿大 Calgary大学合作 , 对采用三轴平台惯导系统的航空重力测量系统进行了研究和试验。该系统采用俄罗斯生产的航空惯导系统 I-21, 为了满足重力测量的要求 , 还专
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物探与化探
33卷
门设计了一个高灵敏度的加速度计。从 1993年至 1997年共进行了约 5万千米测线的飞行试验 , 这些试验在不同地区、不同气象条件以及采用不同飞机的条件下进行 , 试验表明该系统精度可达 1 mGal、分辨率为 3 km[ 6] 。
控制平台的稳定 , 允许工作于较恶劣的天气。工作
GT-1A重力仪稳定平台由两个陀螺仪和两个水范围为中、低纬度地区 (75°S～ 75°N)。
平加速度计组成。另一个陀螺仪进行方位控制 , 第
目前 AIRGrav和 GT-1A这两个系统均已达到
三个加速度计获取垂向加速度的变化。三轴陀螺稳商业实用的水平 , 并已经为多家客户进行了石油、天
对于静态重力测量 , 此时惯性加速度 ¨r=0, 通过调整可使得重力仪保持水平 , 从而使重力仪敏感轴对准重力矢量方向 , 如果不考虑测量误差 , 则重力仪的观测量就是重力加速度的大小。虽然静态重力测量比较简单 , 精度却可以很高。对于动态下的航空重力测量 , 情况就要复杂得多。一方面由于航空重力测量惯性加速度 ¨r不再为零 , 此时重力传感器的观测量是惯性加速度和引力加速度的共同影响 ; 另一方面重力传感器敏感轴的指向难以保持稳定。因此 , 原理上航空重力测量需要解决两个基本问题[ 2] :①运动状态下如何保持重力传感器的稳定指向或精确地获得重力传感器的指向值 ? ②如何分离出引力加速度和惯性加速度 ?
图 2 L＆RⅡ 型航空重力仪
图 3 TAGS型航空重力仪
力测量系统 (图 3), 并完成了飞行测试 , 内符合精度达到 0.93 mGal, 异常半波长分辨率为 5.0 km。
LaCoste＆Romberg的 Ⅱ 、Ⅲ型海、空重力仪采用零长弹簧原理 , 漂移小 , 精度高。该系统工作范围可覆盖全球 , 包括北极和南极。其 GPS主要为重力仪提供高精度的时标为进行同步和数据处理时解算重力场。正如 Peters和 Brozena所指出的那样[ 5] , 平台稳定性是航空重力测量系统的精度和分辨率进一步提高的主要障碍。 2.2 三轴稳定平台型航空重力测量系统
航空重力测量的概念最早出现在 20世纪 50年代末 , 但是由于受当时重力仪、导航定位设备以及垂直加速度测量精度的影响 , 当时得到的精度为 10 mGal, 不能满足实际应用要求。在随后近 30年的时间里 , 尽管对航空重力测量能否达到实用精度一直存在争议, 但是人们并没有放弃对其进行研究 [ 1] 。海洋重力测量技术在 20世纪六七十年代已经是一种比较成熟的技术 , 在海洋重力测量技术成熟后的数十年间 , 航空重力测量一直未能投入实用。 20世纪 90年代初期至今 , 航空重力测量技术试验获得成功 , 并逐步实现了商业化运行。这主要归功于动态差分 GPS定位 (DGPS)技术的发展 , 实现了高精度飞机导航定位 , 使航空重力测量所必需的垂直扰动加速度修正精度和厄特渥斯改正的精度 , 有可能达到或好于 1 mGal的量级 , 航空重力测量的精度有可能达到或好于 1 mGal。从而航空重力测量在地球物理勘探方面得到了广泛应用 , 服务领域涉及到基础地质研究、石油、天然气及固体矿产资源勘探以及大地测量等方面 (图 1)。
4期
王静波等 :航空重力测量系统研究进展
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2.3 捷联式航空重力测量系统在 SchwarzK.P.教授的带领下 , 加拿大 Calgary
大学率先于 20世纪 90年代初开展了基于捷联惯导系统的航空标量重力测量系统 SISG(strapdowninertialscalargravimetry)的研究 (图 6)。该系统采用惯性级的 HoneywellLASEREFⅢ型激光陀螺捷联惯导系统。在 1995年 6 月、1996年 9月和 1998年 6 月共进行了三次飞行试验 [ 10 -11] 。试验结果表明 :重复线内符合精度达到 2 ～ 3 mGal、分辨率 5 ～ 7 km。
4期
王静波等 :航空重力测量系统研究进展
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按照引力加速度和惯性加速度的分离方法 , 航空重力测量分为航空重力梯度测量和航空重力测量。 ①重力梯度测量 :将两个共基线的加速度计的输出求差 , 以共模方式消除载体运动加速度 v﹒ 的影响 , 如果共用基线是旋转稳定的 , 则由该差值观测量可得到重力梯度分量。 ②航空重力测量 :采用两个不同的加速度测量系统 , 其中一个系统的输出含有引力加速度 , 也就是测量的是比力 , 而另一个系统输出的是不含引力的加速度 , 于是在同一个坐标系内对两组加速度输出进行求差 , 即可消除共有的载体运动加速度。剩下的差值中包含引力加速度和传感器的系统误差。
2 国外航空重力测量发展现状
就实用型的航空重力测量系统来说 , 国际上航空重力测量系统主要为三种类型 :两轴阻尼惯性稳定平台型航空重力测量系统、三轴惯性稳定平台型航空重力测量系统和捷联式航空重力测量系统。 2.1 两轴阻尼惯性稳定平台型航空重力测量系统
各国从 20世纪 30年代开始设计了几十种重力仪。经过几十年的应用 , 目前广泛使用的重力仪以美国生产的 LCR(LaCoste＆Romberg)重力仪、Bell重力仪和德国生产的 KSS-31 重力仪为主。美国 LaCoste＆Romberg公司从 1939年开始制造高精度的重力仪 , 1955年首次用于海洋重力测量 , 1958年美国空军测试用该重力仪进行航空测量的可能性 , 并于 1965年生产出了世界上第一台带动态稳定平台的重力仪。 1998年 12月在法国和瑞士的 Alps完成了 1万千米的航空重力测量任务 [ 3] , 2002年研制出两轴阻尼惯性稳定平台 L＆RⅡ型海、空重力仪 (图 2)[ 4] 。在此基础上对该系统进行了升级 , 于 2005 年 9月研制出两轴阻尼惯性稳定平台 TAGS航空重
摘要 :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。关键词 :航空重力仪 ;航空重力测量 ;DGPS;惯导系统 (INS) 中图分类号 :P631.2 文献标识码 :A 文章编号 :1000 -8918(2009)04 -0368 -06
俄罗斯莫斯科国立技术大学的 LIGS(Laboratory ofInertialGeodeticSystems)、加拿大的 SGL(Sander GeophysicsLtd.)公司以及俄罗斯莫斯科重力测量技术公司 (GravimetricTechnologiesLtd)等研究单位 , 分别对基于三轴平台惯导系统的航空重力测量系统进行了研究。
按照测量对象的不同 , 又可以将航空重力测量分为航空标量重力测量和航空矢量重力测量。航空标量重力测量只需要测量重力扰动矢量垂直分量的大小 (重力异常 );航空矢量重力测量需要测量重力扰动矢量所有的三个分量。通常航空重力测量指的就是标量重力测量。
目前国际上航空重力测量、航空重力梯度测量均已进入实用阶段。由于航空重力梯度测量对重力异常的高频分量非常敏感 , 因此在资源勘探等领域具有广阔的应用前景。但是 , 航空重力梯度测量技术属西方国家限制出口的尖端技术 , 技术难度大 , 短期内难以掌握。因此 , 笔者着重讨论航空重力标量测量系统的研究进展。
第 33卷第 4期 2009年 8月
物探与化探
GEOPHYSICAL＆ GEOCHEMICALEXPLORATION
Vol.33, No.4 Aug., 2009
航空重力测量系统研究进展
王静波 1, 3 , 熊盛青 2 , 周锡华 2 , 郭志宏 2
(1.中国地质大学地球物理与信息技术学院 , 北京 100083;2.中国国土资源航空物探遥感中心 , 北京 100083;3.北方工业大学理学院 , 北京 100144)