eview綜述文章( Reviews)Science& Technoogy Review: 2007 Vol 25. No. 17(Sun No. 2基于捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)/差分全球定位系統(tǒng)的航空重力測量技術(shù)吳美平,張開東國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)機電工程與自動化學(xué)院,長沙410073綸要]地球重力場資源對促進大地測最學(xué)、空間科學(xué)、地球物理學(xué)、地球動力學(xué)海洋學(xué)、資源勘探以及現(xiàn)代軍事學(xué)的發(fā)展具有重要作用。在闡述了航空重力測量基本原理基礎(chǔ)上,詳細分析了基于捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的航空重力測量原理及其關(guān)鍵技術(shù),以及我國航空重力測量技術(shù)發(fā)展的技術(shù)基礎(chǔ)[關(guān)鑣詞]航空重力測最;捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)(S|NS};差分全球定位系統(tǒng)DGPS);關(guān)鍵技術(shù)中圖分類號】P2234[文獻標(biāo)識碼A[文章編號]1000-7857(2007)17-0074-07Technology of Airborne gravimetry Based on SINS/DGPSWU Meiping, ZHANG KaidongMechatronics and Automation School, National University of Defense Technology, Changshu 410073, ChinaAbstract: The gravity field resource of the Earth is very important to the advancement of geodesy, space scicnce, geophysics,geodynamics, oceanography, resource exploration and modern military science. With an introduction to the theory of airbornegravimetry, the principle and key technologies of airbome gravimetry based on strapdown inertial navigation system are reviewed.and the technological basis of airbome gravimetry in China is specially addressedKey Words: airborme gravimetry; SINS(Strapdown Interial Novigation); DGPS( Differential Global Posilion System); key technologyCLC Number: P223+ 4Document Code: AArticle ID:1000-7857(2007)17-074-070引言度要低于絕對重力測量。前地球重力場的測量手段地球重力場是地球的一種基本物理場。地球重力有地面重力測量海洋重力測量、航空重力測量以及衛(wèi)場的確定對大地測量學(xué)、空間科學(xué)、地球物理學(xué)、地球星重力測量等。動力學(xué)、海洋科學(xué)、資源勘探以及現(xiàn)代軍事等學(xué)科具有傳統(tǒng)的靜態(tài)地面重力測量雖然可以獲得地球重力重要意義山習(xí)。場的高頻分量,但是需要作業(yè)人員逐點測量,因此是個按照重力測量物理量的不同,重力測量可分為絕費時又艱苦的工作,而且在深山、密林、沙漠等人燃難對重力測量和相對重力測量,其中,絕對重力測量測的及地區(qū)難以實施。海洋重力測量是一種低動態(tài)的重力是重力的絕對數(shù)值相對重力測量測的是某點相對另一測量方法,是近20年來采集海洋局部重力數(shù)據(jù)的主要重力基準(zhǔn)點的重力差值。絕對重力儀的原理主要是基于方法,其特點是載體運動速度低且在一個平均海面上,自由落體運動,精度可達到Cal(1Gal=10m/3級。因此僅靠測量系統(tǒng)硬件方面的阻尼和低通濾波技術(shù)就絕對重力測量主要用于建立高精度的重力基準(zhǔn)網(wǎng)、監(jiān)可達到要求的精度,但對于大面積的陸地重力測量卻測地球動力學(xué)現(xiàn)象、環(huán)境變化及地震和火山等引起的無能為力。衛(wèi)星重力測量技術(shù)提供了一種可獲蓋全球重力場效應(yīng):與絕對重力測量相比,實施相對重力測量的高效率的重力測量手段。目前國際上正在進行和即就簡便易行些,更適合于大范圍的重力測量,但是其精將開展的多項衛(wèi)星重力測量計劃,如 CHAMP, GRACE,收稿日期:2007-07-09作者苘介:吳美平,湖南長沙國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)機電工程與自動化學(xué)院,副教授,研究方向為飛行器導(dǎo)航制導(dǎo)與控制技術(shù);E-mail:meipingwu@26.3.neteview綜述文章( Reviews)s4飛m科技導(dǎo)報207年第25卷鶉訂7海《總第239期)GOCE,可使重力場的精度達到幾個mCa、分辨率達到度的大小。雖然靜態(tài)重力測量比較簡單,而且精度可00km兩。雖然衛(wèi)星重力測量可以提供仝球重力場信以達到很高,但是人們更希望在動態(tài)下進行測量,也息,但是在中高分辨率重力場測量中無能為力,提供的即開展動態(tài)重力測量,這不僅是因為測量速度更快重丿場信息不能滿足資源勛探、地球物理研究等領(lǐng)域!而且測量范圍更廠。不過對亍動態(tài)下的航空重力測的要求。航空重力測量是以飛機為載體確定區(qū)域和局部質(zhì)量,情況要復(fù)雜得多。這主要是由于慣性加速度r不冉為零。愛囚斯坦廣義相對論中的等效原理指出:在一力場的方法,巾于其測量速度快范圍廣、成木低,且?guī)讉€封閉系統(tǒng)內(nèi)的觀測者不能區(qū)分作用于它的力是引乎可到達任何地區(qū),因此可快速、連續(xù)、精確地測量大:力還是它所在的系統(tǒng)正在作加速運動,也就是說,慣面積的地球重力場。航空重力測量技術(shù)在20世紀(jì)50性加速度所造成的“重量感”和牛頓萬有引力的效應(yīng)年代末已出現(xiàn),但直到20世紀(jì)80年代末90年代初,是完全一樣的。在運動載體上,重力儀就是這個封閉隨著GIS動態(tài)定位技術(shù)及航空用重力儀的逐漸成熟系統(tǒng)內(nèi)的觀測者,它感受引力和慣性力的作用,但不航空重力測量技術(shù)才得到迅速發(fā)展,成為任區(qū)域范圍能對二者進行區(qū)別。內(nèi)獲取高精度、中高分辨率重力場信息的有效手段,且為了將引力加速度和慣性加速度進行分離,有以下可以覆蓋衛(wèi)星重力測量和地畝重力測量之間的頻帶兩種途徑。①將2個共基線的加速度計的輸出求差,以美國、加拿大、俄羅斯、德國、丹麥、瑞士、日本等網(wǎng)先后開展了航空重力測量技術(shù)研究,并進行了大量飛行試共模方式消除載體運動加速度的影響,如果共用基線驗。試驗結(jié)果表明,航空重力測量已進入實用階段。但是旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定的,則由該差值觀測量可得到重力梯度分是,為了滿足資源勘探、地球物理研究等高精度應(yīng)用的量,這就是重力梯度測量的基本原理。航空重力梯度測要求,進一步提高測量精度和分辨率仍然是當(dāng)前航空量對重力異常的高頻分量非常敏感,因此在資源勘探等重力測量技術(shù)的重要任務(wù)。領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。但是由于重力梯度測量對加我國對航空重力測量技術(shù)的研究起步較晚,已取速度計的精度要求非常高,此其技術(shù)難度很大。②采得的成果目前還很難滿足高精度應(yīng)用的需要。我國從用2個不同的加速度測量系統(tǒng)其中一個系統(tǒng)的輸出含1974年開始了仝國規(guī)模的重力測量、地球形狀及重力有引力加速度,而另一個系統(tǒng)的輸出不含引力加速度場的研究工作。但是,由于我國幅員遼闊地形極其復(fù)是在同個坐標(biāo)系內(nèi)對2組加速度輸出進行求差即雜,因此全面實施地面重力測量異常困難。目前,大約可消除共有的載體運動加速度,剩下的差值中包含引力不到一半的回土面積完成∫120萬的重力測量,另有加速度和傳感器的系統(tǒng)誤差這就是航空重力測量的基不到一半的網(wǎng)土面積完成了1:50萬和1:100萬的重力測量。在青藏高原、新疆天山地區(qū)存在近200萬km2的按照測量對象的不同,又可以將航空重力測量分為重力測量空白區(qū)在其他沙漠、沼澤、森林覆蓋及海陸航空標(biāo)量重力測量和航空久量重力測量啊。航空標(biāo)量重交錯地K還存在許多盲區(qū)η這些地區(qū)的重力資料無力測量只需要測量重力擾動矢量重直分量的大小(重力論是在基礎(chǔ)科學(xué)研究、礦產(chǎn)資源勘查,還是在大地測異常),航空矢量重力測量需要測量重力擾動矢量所有量、軍事應(yīng)用方面都有極其重要的作用,但遠不能滿足的3個分量。目前航空標(biāo)量重力測量已經(jīng)進入實用階國民經(jīng)濟發(fā)展和軍事建設(shè)的需求。而航空重力測量是段,通常航空重力測量指的就是標(biāo)量重力測量。航空矢解決這些地區(qū)重力測量的最佳途徑之一。因此,開展航量重力測量需要進步獲取重力擾動欠量的2個水平空重力測量技術(shù)研究對于國民經(jīng)濟和國防現(xiàn)代化建設(shè)分量,這有以下兩種方法。①間接估算法。間接估算法都具有重要的意義。是目前通常采用的方法,其基本原理是首先進行航空標(biāo)量重力測量,然后利用測得的廣大地區(qū)的重力異常數(shù)1航空重力測量基本原理據(jù),按費寧一梅內(nèi)斯( vening- Meinesz)公式計算垂線偏根據(jù)牛頓第二定律,在慣性坐標(biāo)系i中,質(zhì)點的動差(即重力擾動的水平分量)。間接估算法的缺點在于費力學(xué)方程為寧-梅內(nèi)斯公式理論上要求全球重力覆蓋,巾于覆蓋不完全引起的誤差將疊加在數(shù)據(jù)噪聲對估算的垂線偏差的影響中,特別是在測區(qū)邊緣F圖。②直接測量法,即直式中,r為質(zhì)點的慣性加速度;G為引力加速度;∫為比接利用觀測儀器同時獲取重力擾動矢量的3個分量雖力,為重力儀或加速度計的觀測值。然直接測量法不存在間接估算法的缺點,但是與標(biāo)量重力測量相比,其對穩(wěn)定平臺的姿態(tài)保持精度提出了更高對于靜態(tài)熏力測量,此時加速度r=0,通過調(diào)整水的要求,因此技術(shù)難度更大,目前仍然處于研究探索階準(zhǔn)氣泡可使得重力儀的敏感軸對準(zhǔn)重力矢量方向,如段。Reeview綜述文章( Reviews)Se7Q月e20西好(SmN2392國內(nèi)外研究現(xiàn)狀Technologies Ltd)和加拿大的 Sander Geophysics Ltd21國外航空重力測量的研究現(xiàn)狀(SGL)公司等研究單位,分別對基于三軸平臺慣導(dǎo)系統(tǒng)航空重力測量是從重力儀或加速度計測得的比力的航空重丿測量系統(tǒng)進行了研究。俄羅斯莫斯科重力巾扣除載體的運動加速度,得到重力值。因此,航空重測量技術(shù)公司研制的CTA航空重力測量系統(tǒng)精度可力測量系統(tǒng)一般包括2個基本部分:載體運動加速度1達到0.5mal、分辨率1.5-2.75km。加拿大SCL研制測量子系統(tǒng)和比力測量子系統(tǒng)。的航空重力測量系統(tǒng) AIRGrav的測量重復(fù)性精度達到20世紀(jì)50年代末網(wǎng),由于受當(dāng)時重力儀、導(dǎo)航定位|1mCal,分辨率為20km明。目前 aIRGrav和CT-1A這設(shè)備以反垂直加速度測量精度的影響,得到航空重力2個系統(tǒng)均已達到商業(yè)實用的水平,并已經(jīng)為多家客戶測量的精度為10mGal左右,不能滿足實際應(yīng)用要求。|進行了石油、天然氣等資源勘探航空重力測量。與?？盏?0世紀(jì)80年代末90年代初,由于載波相位差分重力儀相比,采用三軸平臺慣導(dǎo)系統(tǒng)的主要優(yōu)點是姿GPS(DGS)技術(shù)以及新型重力儀的出現(xiàn),才使得航空態(tài)更加穩(wěn)定,受水平加速度的影響更小車力測量得到突飛猛進的發(fā)展。由于GP的高精度21.3基于捷聯(lián)慣導(dǎo)的航空重力測蛋和可靠性,日前各類航空重力測量系統(tǒng)都普遍采用在 Schwarz教授的帶領(lǐng)下,加拿大 Calgary大學(xué)率GFS進行定位和測量載體的加速度。先于20世紀(jì)90年代初開展了基于捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的航各類航空重力測量系統(tǒng)的主要區(qū)別是比力測量系空標(biāo)量重力測量系統(tǒng)( Strapdown Inertial Scalar統(tǒng):比力測量系統(tǒng)需要完成兩個功能①測量比力的大Gme,s的研究。該系統(tǒng)采用慣性級的Hm小;②將比力測量系統(tǒng)保持在當(dāng)?shù)氐乩碜鴺?biāo)系內(nèi)。在各「。 well laSereDⅢ型激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng),在1995類比力測量系統(tǒng)中,基于?？罩亓x的比力測量技術(shù)年6月、1996年9月和1998年6月共進行了3次飛行最為成熟,在20世紀(jì)90年代后又出現(xiàn)了基于三軸平試驗,并與LCR重力儀、 AIrgray和SIsG3種航空重臺慣導(dǎo)系統(tǒng)( Gimbaled Inertial Navigation System,|力測量系統(tǒng)進行性能比較,結(jié)果顯示SC達到了ARGINS)、捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)( Strapdown Inertial Navigation Grav和LCR重力儀的航空重力測量系統(tǒng)的精度,這表Systen,sSNs)以及三軸加速度計的比力測量技術(shù)明,采用SNS的航空重力測量系統(tǒng)可用于中高分辨率21.1基于海/空重力儀的航空重力測量的重力測量。月前廣泛使用的重力儀以美國的LCR2001年起,在BMBF- Geotechnologien- Programm( LaCoste& Romberg)重力儀、Bl重力儀和德國的KSS-;項目的資助下、德國3家科研單位開展了新型航空31重力儀為主。美因 Lacoste&romberg公司經(jīng)過9年重力測量系統(tǒng)的研究叫,該項目的最終目標(biāo)是使航空的精心設(shè)計,于2001年推出了新一代動態(tài)重力儀重力測量達到資源勘探的要求,也就是要達到航空海洋重力儀Ⅱ(Air- Sea gravity System IItm),該,1mGal∥lkm的水平。參與單位包括巴伐利亞白然科學(xué)重力儀代表了當(dāng)今世界海空重力儀的最高水平。其實與人文科學(xué)學(xué)院( Bavarian Academy of Sciences and驗室靜態(tài)重復(fù)性達到005midl(1mcal=10m3),動| humanities)的BEk( Bayerische Kommission fiir die態(tài)重復(fù)性達到0.25mial,月漂移率小于3mCal。為了 Internationale Erdmessung)小組、慕尼黑國防軍大學(xué)保持重力儀的水平,通常將重力儀安裝在雙軸阻尼平( niversity of the Federal Armed Forces Muich)的測地臺上,但是這種穩(wěn)定方式不能完全消除水平加速度對與導(dǎo)航研究所( Institut fur Erdmessung und Navigation,重力儀輸出的影響。 Peters和 Brozena指出門,平臺穩(wěn)定N)、不倫瑞克技術(shù)大學(xué)( Technical University of性是采用?？罩亓x的航空重力測量系統(tǒng)的精度和分| Braunschweig的飛行導(dǎo)航與控制研究所( (Institute of辨率進一步提高的主要障礙。Flight Guidance and Control,IFF)其中IF以俄羅斯產(chǎn)美國海軍研究實驗室(NRL)丹麥國家測量與地政的 CHEKEN-A雙軸平臺重力儀為基礎(chǔ),通過添加-個局(KM、德因波茨坦地學(xué)研究中心(GFE瑞土蘇黎|激光陀螺來保持方位穩(wěn)定將其改造成平臺慣導(dǎo)系統(tǒng)。世T學(xué)院(ETHZ)等研究單位對采用重力儀的航空重力IEN采用法國sgma30型激光陀螺捷聯(lián)系統(tǒng),并嘗試測量技術(shù)進行了研究-,并從1991開始先后在格陵進行矢量重力測量。蘭島、北極、南極等地進行了大量飛行試驗。月前網(wǎng)外基于捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的航空重力測量系統(tǒng)具有的優(yōu)采用?？罩亓x的航空重力測量系統(tǒng)已完全可用并作點主要包括以下幾方面四2為一種標(biāo)準(zhǔn)方法來獲取中、低分辨率的重力場信息。至1)由于捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)省卻了復(fù)雜的機械結(jié)構(gòu),因2001年,采用改進后的LCR海洋重力儀的航空重力測|此體積小重量輕成本低可靠性高、功耗小。這使得量系統(tǒng)的精度達到1mGal、分辨率達到6km系統(tǒng)可安裝在小飛機或直升機上,也使得有可能將重212基于三軸平臺慣導(dǎo)的航空重力測量力測量系統(tǒng)、地磁測量系統(tǒng)、電磁測量系統(tǒng)等同時安裝俄羅斯莫斯科重力測量技術(shù)公司( Gravimetric在飛機上進行綜合地球物理勵探,這將成倍地降低測Reeview綜述文章( Reviews)量成本。據(jù)采集等部件組成。系統(tǒng)丁2002年3-4月采用安-302)釆用捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)在飛行測量過程中不需要復(fù)飛機在山西大同地區(qū)進行了3次飛行試驗,飛行高度雜的操作過程,與采用重力儀的系統(tǒng)相比,其測量成本為2800~3400m、飛行速度400km/h,測線間距要低、效率更高。5~10km,測定山區(qū)平均重力異常的內(nèi)符合精度為3)采用捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)既可進行標(biāo)量重力測量,也:3.32mCal,分辨率為10km,與地面重力測量數(shù)據(jù)的比可以進行矢量重力測量,其提供的測量信息更加豐富。對精度優(yōu)于±5mGal為檢驗 CHAGS對輕小型固定翼但是,采用捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的航空重力測量系統(tǒng)需飛機的適應(yīng)性以及驗證 CHAGS在嚴(yán)寒氣候條件下的要進一步突破的關(guān)鍵技術(shù)主要有以下幾點作業(yè)性能,2003年11月采用國產(chǎn)某新型航測機在哈爾1)捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)中內(nèi)于將慣性傳感器直接固聯(lián)濱進行了試驗∞。試驗結(jié)果表明,交叉點重力異常不符在載體上,其承受的動態(tài)環(huán)境更加惡劣,因此要求慣性伯的標(biāo)準(zhǔn)差為1mCa,相應(yīng)的半波長分辨率約為傳感器要有更好的性能,如大的動態(tài)范圍刻度因子穩(wěn)9km。日前該系統(tǒng)已經(jīng)基木可以滿足大地水準(zhǔn)血測量定性等。等應(yīng)用的要求,但是還不能達到地質(zhì)調(diào)查、資源勘探等2)提高利用載波相位DCFS測量載體運動加速度高精度應(yīng)用的要求的精度仍然是提高航空重力測量精度的一個關(guān)鍵。3)由干飛機不規(guī)則運動和振動等因索產(chǎn)生的擾動3基于 SINS/DGPS航空重力測量系統(tǒng)的組成加速度可達10mGal,而重力異常值通常只有100mGa根據(jù)航空重力測量原理,基于SNs/DGPS的航空左冇,極低的信噪比使得提取微弱重力異常信號的難重力測量系統(tǒng)除了飛機以外,主要有以下分系統(tǒng)組成度很大,囚此濾波器設(shè)計是系統(tǒng)的關(guān)鍵任務(wù)之1)捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)。捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)主要山3只高精22我國航空重力測量的研究現(xiàn)狀度的石英撓性加速度計、3只高精度陀螺儀以及相應(yīng)我網(wǎng)在20世紀(jì)80年代末開始航空重力測量技術(shù)的電路系統(tǒng)組成。捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)在航空重力測量系統(tǒng)的研究。1989年,中國科學(xué)院測量與地球物理研究所采|中主要有兩個功能:①測量比力;②測量載體的姿用國產(chǎn)第三代重力儀CHZ,成功地在Z8直升機上進態(tài)。行了首次空中懸停重力測量試驗,在5個不同高度測2)減振系統(tǒng)。機載環(huán)境下,由于《機發(fā)動機等引得的重力平均值經(jīng)歸算后與地面重力值的偏差為:起的高頻加速度經(jīng)常大于所需要確定的重力異常的-04mCl,標(biāo)準(zhǔn)差為±23mCal大小,在高頻環(huán)境下,慣性器件的性能會降低,同時導(dǎo)200年11月,由總參西安測繪研究所等單位研航計算的壓力也會大幅度增大。為了提高重力的精度制的我國首臺航空重力測量系統(tǒng) CHAGS( Chinese和分辨率,一般采用減振系統(tǒng)來削弱高頻加速度的影Airbome Gravimetry Systen)通過鑒定。該系統(tǒng)由ICR響。航空重力儀、GPS接收機、高度傳感器、姿態(tài)傳感器、數(shù)3)GPS系統(tǒng)。該子系統(tǒng)包括機載GF接收機和地重力儀二”1加速度計、陀螺原光陀蝶聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)減震系統(tǒng)GPS接收機被相位原始數(shù)據(jù)1B激光高度計LHZ天線雷達高度計載波相位原始數(shù)據(jù)GPS接收機數(shù)據(jù)記錄圖1航空重力測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖Fig. 1 Structure of airbome gravimetry system綜述文章( Reviews)eviewScience& Technology Review 2007, Vof. 25 No. 17 (Sum No 239)面cPS接收機兩部分,主要用于獲取時間、空間三維位|通常利用卡爾曼濾波器進行 SINS/DGPS5組合,以DcPS置、速度、加速度等信息,同時利用GS接收機的秒脈測得的高精度位置、速度為觀測量,對慣導(dǎo)系統(tǒng)的位沖信號1Pps進行各傳感器之間的時間同步。置、速度、姿態(tài)以及慣性器件誤差進行估計四。4)高度傳感器。用于測定飛機至地面的垂直距離42載體運動加速度測量技術(shù)和垂直加速度,以便將空中重力異常歸算到地面。載體運動加速度測量精度是航空重力測量技術(shù)發(fā)5)數(shù)據(jù)采集、記與控制分系統(tǒng)。完成所需數(shù)據(jù)的展歷史上的主要障礙,直到20世紀(jì)80年代末、90年代采集、記錄功能,并對系統(tǒng)的進行狀態(tài)作監(jiān)測和控制。初載波相位差分CPS動態(tài)定位技術(shù)的出現(xiàn),才使得航6)事后處理軟件。航空重力測量采用事后處理的空重力測量技術(shù)得到突破性的發(fā)展由于GPS的高方法精度、高可靠性,目前航空重力測量系統(tǒng)普遍采用載波基于捷聯(lián)慣導(dǎo)的航空重力測量系統(tǒng)的組成如圖1相位差分CPS來測量載體的運動加速度。需要指出的所小。是,雖然載波相位差分GKS使得航空重力測量重新煥發(fā)了生機,但是載體運動加速度測量仍然是提高航空4航空量力測量中關(guān)鍵技術(shù)分析重力測量精度和分辨率的主要障礙,因此提高加速度航空重力測量中包含的主要技術(shù)有比力測量載測量精度和分辨率仍然是航空重力測量中的一項重要體運動加速度測量數(shù)字濾波、PS高精度定位、重力任務(wù)叫。數(shù)據(jù)的向上向下延拓、重力異常數(shù)據(jù)的解釋及應(yīng)用等。43數(shù)字濾波方法對于GFS高精度定位,目前的技術(shù)已經(jīng)非常成熟,市場在航空重力測量中,由于動態(tài)環(huán)境的影響及傳感上已經(jīng)有多種商業(yè)GPS事后處理軟件,如 Waypoint器測量噪聲,使得直接得到的重力擾動測量值含有大Granny,CPSY, Bernese等。重力數(shù)據(jù)的向上/向下延量的測量噪聲。這些測量噪聲主要集中在高頻段,而重拓、數(shù)據(jù)解釋及應(yīng)用等是重力學(xué)中的內(nèi)容,本文不作論力擾動信號又主要集中在低頻段,因此,消除這些噪聲的主要手段是采用低通濾波器。但事實上,設(shè)計一個性4.1比力測量技術(shù)能良好的低通濾波器并不是一件很容易的事,這是由利用慣導(dǎo)系統(tǒng)測量比力的基本原理是將重力傳感于:一方面有用的重力擾動信號的幅值很小,通常不足器(加速度計)穩(wěn)定在當(dāng)?shù)氐乩碜鴺?biāo)系,重力傳感器可100nGl,而噪聲的幅度可能比重力擾動信號高出百測得比力的3個分量。對于平臺慣導(dǎo)系統(tǒng),采用的是物倍甚至上千倍,極低的信噪比使得信號的提取顯得異理平臺,通過反饋控制直接使平臺穩(wěn)定在當(dāng)?shù)氐乩碜＠щy;另一方面,信號比噪聲大的頻帶集中在低頻端標(biāo)系。對于捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)采用的則是數(shù)學(xué)平臺重力很窄的部分,而噪聲占據(jù)了相當(dāng)寬的頻帶而且信號和傳感器固聯(lián)在載體上,因此需要利用系統(tǒng)測得的載體噪盧之間并沒有明確的過渡帶。因此,要有效地消除幾姿態(tài)將重力傳感器測得的比力值投影到當(dāng)?shù)氐冂碜鴺?biāo)乎遍布整個頻帶的嗓聲,其難度是不言而喻的。系44溫度控制技術(shù)比力測量誤差來自加速度計的測量誤差和姿態(tài)測航空重力測量中要求加速度計的測量精度達到量誤差。對于航空標(biāo)量重力測量,水平姿態(tài)誤差對測量1mGal的水平。研究表明,加速度計的測量誤差主要受精度的影響較小,而加速度計的測量誤差是主要的誤溫度的影響,因此需要對加速度計表頭及采樣電路進差源。在SiSG系統(tǒng)中,采用的是石英撓性加速度計行溫度控制。為了使常用的石英撓性加速度計達到航QA2000其隨機零偏受溫度的影響很大,最大可達到空重力測量的要求,一般有以下2種方法叮供選擇200mGdl左右訓(xùn)。為了消除/削弱加速度計的測量誤差,①直接對加速度計進行精密溫度控制,控制精度需要Glennie最初嘗試對加速度計的隨機零偏進行建模,以達到001℃,加拿大SC公司研制的航空重力測量系期望通過爾曼濾波對加速度計的隨機零偏進行估統(tǒng) AIRGrav即采用這種方法;②另一方法同樣是進行計,但沒有取得成功。最后,Ceme交差點平差法雖然溫度控制,但是溫控精度要求較低,只需要達到0℃取得了一些有意義的結(jié)果,但是并不能滿足工程實用的左右,在這樣的溫控精度下加速度計測量精度達不到要求。因此,提高加速度計的測量精度是研制實用型航要求,因此還需要對溫度誤差進行建模并補償。這種方空重力測量系統(tǒng)的關(guān)鍵,比如德國BEK最新研制的航法的優(yōu)點是對溫控的精度要求較低,因此實現(xiàn)起來難空重力測量系統(tǒng)SACS4采用了高精度的溫度控制四,度較低,成本也較低,由丁溫度變化范圍很小,因此相使慣性級石英撓性加速度計達到了航空重力測量的精對于全溫度范圍的誤差建模的精度要高。度要求。4.5減震技術(shù)由于慣導(dǎo)系統(tǒng)的誤差隨時間積累,因此需要采用由于飛機發(fā)動機等引起的高頻干擾會嚴(yán)重影響重外部觀測量來提高平臺的穩(wěn)定性。對于捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng),力傳感器的測量精度,因此不論是采用雙軸平臺的傳eview綜述文章( Reviews)&aksay科導(dǎo)報2007年第25卷第17期(總第239海統(tǒng)航空重力測量系統(tǒng)還是采用軸平臺慣導(dǎo)的航空重的啟動與穩(wěn)定問題,激光陀螺啟動后可短時間內(nèi)(3力測量系統(tǒng)都采用了復(fù)雜的減震措施比如在L&R海/8)輸出有用信息空重力儀屮就綜合采用了氣墊減震、液壓阻尼減震和7)數(shù)字量輸出,無需模數(shù)轉(zhuǎn)換彈簧吊裝減震等措施。相關(guān)文獻表明,減震系統(tǒng)的截止激光陀螺構(gòu)成的捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的慣性敏感元件直頻率需要達到10H左右由于在捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)中沒有接與載體固聯(lián),省去了結(jié)構(gòu)復(fù)雜的機械平臺,因而較平了機被平臺的阻尼作用,其受高頻干擾對傳感器的影臺慣導(dǎo)系統(tǒng)體積、重量減小,可靠性提高更適合于高響會更大,同時高頻運動會引起較大的導(dǎo)航計算誤差動態(tài)環(huán)境,在軍川、民用方面被廣泛應(yīng)用,因此在現(xiàn)在(比如圓錐運動誤差),因此減震系統(tǒng)對捷聯(lián)系統(tǒng)的意和未來一段時間里,中等精度的激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系義更大。統(tǒng)只有廣闊的市場4.6測量數(shù)據(jù)校正技術(shù)目前,網(wǎng)內(nèi)二頻機抖激光陀螺已有成熟產(chǎn)品,所在航空重力測量所得到的原始數(shù)據(jù)校正包括偏心構(gòu)成的激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的精度已達到美國改正和水平加速度改正。偏心改正指的是GPS天線與 Honeywell LASEREF II型激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的重力傳感器空問不一致所帶來的誤差,當(dāng)前采用的改技術(shù)指標(biāo),通過努力,可以解決航空重力測量中的關(guān)正算法通常將兩者之間的空間距離看成是常值,事實鍵技術(shù)。上該距離是時變的。這有2個原因:①緣于飛機本身是彈性體;②由于釆用減震系統(tǒng)后捷聯(lián)系統(tǒng)不再直6結(jié)論接固連在機體上。因此需要對空間距離進行建模以提航空重力測量由于其測量速度快、范圍廣、成本高偏心改正的精度。水平加速度改正指的是當(dāng)平臺(機低,且?guī)缀蹩傻竭_任何地區(qū),因此可快速、連線、精確地械平臺或數(shù)字平臺偏離當(dāng)?shù)厮矫鏁r,軾體水平加速測量大面積的地球重力場。目前我國已有的航空重力度所帶來的比力測量誤為。水平加速度改正是提高系測量系統(tǒng)還不能滿足地質(zhì)調(diào)查、資源勘探等高精度應(yīng)統(tǒng)測量精度的重要方法,例如在俄羅斯的GT-1A系統(tǒng)用的要求國外研究現(xiàn)狀表明,基于慣導(dǎo)技術(shù)的航空重中,平臺的水平姿態(tài)誤差可以達到1ma,但是通過事力測量系統(tǒng)更有潛力提高測量精度和分辨率。本文研后處理可以達到5a,因此水平加速度改正是一種關(guān)究了基于 SINS/DGPS的航空重力測量的原理及關(guān)鍵鍵技術(shù)。技術(shù),并分析了目前國內(nèi)的技術(shù)基礎(chǔ),在后繼研究屮,需要針對關(guān)鍵技術(shù)進行攻關(guān)?；赟NS/DGPS的航空5國內(nèi)技術(shù)基礎(chǔ)重力測量技術(shù)的發(fā)展,將為我國的重力測量提供高效實現(xiàn)基于捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的航空重力測量技術(shù)的關(guān)技術(shù)手段,對國民經(jīng)濟和國防現(xiàn)代化建設(shè)都具有重要鍵技術(shù)中,高精度捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)是實現(xiàn)高精度比力測意義。量的關(guān)鍵部件。由于高精度捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)產(chǎn)品為美國等美歐國家的管制產(chǎn)品,我國要引進滿足航空重力測參考文獻( References量要求的產(chǎn)品是極其困難的?！?]王諫身.重力學(xué)M北京:地震出版社,200320世紀(jì)60年代,美國研制成功激光陀螺,其具有WANG Qianshen Gravimetry [M. Beijing: Seismic Press的優(yōu)良特性,使得其替代機械陀螺組成捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)2003成為可能。激光陀螺是迄今為止在慣性技術(shù)領(lǐng)域唯2]黃謨海,翟岡君,管錚.海洋蕈力場測定及其應(yīng)用[M.北京矧繪出版社,2005真正獲得實際應(yīng)用的非機電式中高精度慣性敏感儀HUANG Motao, ZHAI Guojun, GUAN Zheng. Measuring表。and application of ocean gravity field[M]. Beijing: Survey與傳統(tǒng)的積淀陀螺相比,激光陀螺具有下列優(yōu)點。ing and Mapping Press, 20051)性能穩(wěn)定,抗干擾能力強,抗強沖擊振動。[3] TORGE W. Gravimetry [M]. New York: Walter de gruyter.2)精度高。美國的高精度激光陀螺的精度達到00005°/h,中等精度產(chǎn)品的零漂在0.001-0.01h之間。 SNEEUW N. GERLACH C. MULLER J.etra, Fundamen-3)動態(tài)范圍寬,可測動態(tài)轉(zhuǎn)速范圍達10。tals and applications of the gravity field mission GOCE[C]4)壽命長,可靠性好。國外產(chǎn)品的壽命已經(jīng)達到l Towards an Integrated Global Geodetic Observing Sys-10萬h以上,平均無故障時間(MTBF)優(yōu)于1萬htem(IGGOS), Proceedings of the lAG Section II Sympo-sium. Munich, Germany, 1998: 205-208令5)標(biāo)度因數(shù)穩(wěn)定。國外激光陀螺的標(biāo)度因數(shù)穩(wěn)定1周堅鑫,劉浩軍,王守坦,航空重力測量在我國地球物理物探高達1ppm(1pm=ll0°),國內(nèi)激光陀螺的標(biāo)度因中的應(yīng)用展望[C∥中閫地球物理學(xué)會第十九屈年會論文集數(shù)穩(wěn)定度也已達到10ppm南京,2003:173.6)啟動迅速。由于沒有像機電陀螺一樣存在馬達ZHOU Jianxin, LIU Haojun, WANG Shoutan. Prospect ofeview綜述文章( ReviewsScience& Technology Review 2007 Vol, 25: No. 17(Sum No. 2the appfication of airborne gravimetry in Chinese geo-(17] WILLIAMS S. Development of a versatile, commerciallyphysical exploration [C] /Proceedings of the 10th Annualproven, and cost-effective airborne gravity system [J]Meeting of Chinese Academy of Geophysics, NanjingThe Leading Edge, 2001(6): 651-6542003:173[18] GABELL A. The GT-1A mobile gravimeter [C] //ASEG[6]陳勇,文漢江,程飛,中國大地測量科學(xué)發(fā)展的若于問題PESA Airborne Gravity 2004 Workshop, Sydney, 2004]地球科學(xué)進展,2001,16(5):681-68855-61CHENG Junyong, WEN Hanjiang. CHENG Pengfei. 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