基于捷聯(lián)慣導系統/差分全球定位系統的航空重力測量技術(shù)

eview綜述文章( Reviews)Science& Technoogy Review: 2007 Vol 25. No. 17(Sun No. 2基于捷聯(lián)慣導系統/差分全球定位系統的航空重力測量技術(shù)吳美平,張開(kāi)東國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)機電工程與自動(dòng)化學(xué)院,長(cháng)沙410073綸要]地球重力場(chǎng)資源對促進(jìn)大地測最學(xué)、空間科學(xué)、地球物理學(xué)、地球動(dòng)力學(xué)海洋學(xué)、資源勘探以及現代軍事學(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上,詳細分析了基于捷聯(lián)慣導系統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[關(guān)鑣詞]航空重力測最;捷聯(lián)慣導系統(S|NS};差分全球定位系統DGPS);關(guān)鍵技術(shù)中圖分類(lèi)號】P2234[文獻標識碼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(chǎng)的測量手段地球重力場(chǎng)是地球的一種基本物理場(chǎng)。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場(chǎng)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(dòng)力學(xué)、海洋科學(xué)、資源勘探以及現代軍事等學(xué)科具有傳統的靜態(tài)地面重力測量雖然可以獲得地球重力重要意義山習。場(chǎng)的高頻分量,但是需要作業(yè)人員逐點(diǎn)測量,因此是個(gè)按照重力測量物理量的不同,重力測量可分為絕費時(shí)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難以實(shí)施。海洋重力測量是一種低動(dòng)態(tài)的重力是重力的絕對數值相對重力測量測的是某點(diǎn)相對另一測量方法,是近20年來(lái)采集海洋局部重力數據的主要重力基準點(diǎn)的重力差值。絕對重力儀的原理主要是基于方法,其特點(diǎn)是載體運動(dòng)速度低且在一個(gè)平均海面上,自由落體運動(dòng),精度可達到Cal(1Gal=10m/3級。因此僅靠測量系統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網(wǎng)、監可達到要求的精度,但對于大面積的陸地重力測量卻測地球動(dòng)力學(xué)現象、環(huán)境變化及地震和火山等引起的無(wú)能為力。衛星重力測量技術(shù)提供了一種可獲蓋全球重力場(chǎng)效應:與絕對重力測量相比,實(shí)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(jìn)行和即就簡(jiǎn)便易行些,更適合于大范圍的重力測量,但是其精將開(kāi)展的多項衛星重力測量計劃,如 CHAMP, GRACE,收稿日期:2007-07-09作者苘介:吳美平,湖南長(cháng)沙國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)機電工程與自動(dòng)化學(xué)院,副教授,研究方向為飛行器導航制導與控制技術(shù);E-mail:meipingwu@26.3.neteview綜述文章( Reviews)s4飛m科技導報207年第25卷鶉訂7?！犊偟?39期)GOCE,可使重力場(chǎng)的精度達到幾個(gè)mCa、分辨率達到度的大小。雖然靜態(tài)重力測量比較簡(jiǎn)單,而且精度可00km兩。雖然衛星重力測量可以提供仝球重力場(chǎng)信以達到很高,但是人們更希望在動(dòng)態(tài)下進(jìn)行測量,也息,但是在中高分辨率重力場(chǎng)測量中無(wú)能為力,提供的即開(kāi)展動(dòng)態(tài)重力測量,這不僅是因為測量速度更快重丿場(chǎng)信息不能滿(mǎn)足資源勛探、地球物理研究等領(lǐng)域!而且測量范圍更廠(chǎng)。不過(guò)對亍動(dòng)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域和局部質(zhì)量,情況要復雜得多。這主要是由于慣性加速度r不冉為零。愛(ài)囚斯坦廣義相對論中的等效原理指出:在一力場(chǎng)的方法,巾于其測量速度快范圍廣、成木低,且幾個(gè)封閉系統內的觀(guān)測者不能區分作用于它的力是引乎可到達任何地區,因此可快速、連續、精確地測量大:力還是它所在的系統正在作加速運動(dòng),也就是說(shuō),慣面積的地球重力場(chǎng)。航空重力測量技術(shù)在20世紀50性加速度所造成的“重量感”和牛頓萬(wàn)有引力的效應年代末已出現,但直到20世紀80年代末90年代初,是完全一樣的。在運動(dòng)載體上,重力儀就是這個(gè)封閉隨著(zhù)GIS動(dòng)態(tài)定位技術(shù)及航空用重力儀的逐漸成熟系統內的觀(guān)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,成為任區域范圍能對二者進(jìn)行區別。內獲取高精度、中高分辨率重力場(chǎng)信息的有效手段,且為了將引力加速度和慣性加速度進(jìn)行分離,有以下可以覆蓋衛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(gè)共基線(xiàn)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(kāi)展了航空重力測量技術(shù)研究,并進(jìn)行了大量飛行試共模方式消除載體運動(dòng)加速度的影響,如果共用基線(xiàn)驗。試驗結果表明,航空重力測量已進(jìn)入實(shí)用階段。但是旋轉穩定的,則由該差值觀(guān)測量可得到重力梯度分是,為了滿(mǎn)足資源勘探、地球物理研究等高精度應用的量,這就是重力梯度測量的基本原理。航空重力梯度測要求,進(jìn)一步提高測量精度和分辨率仍然是當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(mǎn)足高精度應用的需要。我國從用2個(gè)不同的加速度測量系統其中一個(gè)系統的輸出含1974年開(kāi)始了仝國規模的重力測量、地球形狀及重力有引力加速度,而另一個(gè)系統的輸出不含引力加速度場(chǎng)的研究工作。但是,由于我國幅員遼闊地形極其復是在同個(gè)坐標系內對2組加速度輸出進(jìn)行求差即雜,因此全面實(shí)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(dòng)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(wàn)的重力測量,另有加速度和傳感器的系統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(wàn)和1:100萬(wàn)的重力測量。在青藏高原、新疆天山地區存在近200萬(wàn)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在其他沙漠、沼澤、森林覆蓋及海陸航空標量重力測量和航空久量重力測量啊。航空標量重交錯地K還存在許多盲區η這些地區的重力資料無(wú)力測量只需要測量重力擾動(dòng)矢量重直分量的大小(重力論是在基礎科學(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(dòng)矢量所有量、軍事應用方面都有極其重要的作用,但遠不能滿(mǎn)足的3個(gè)分量。目前航空標量重力測量已經(jīng)進(jìn)入實(shí)用階國民經(jīng)濟發(fā)展和軍事建設的需求。而航空重力測量是段,通常航空重力測量指的就是標量重力測量。航空矢解決這些地區重力測量的最佳途徑之一。因此,開(kāi)展航量重力測量需要進(jìn)步獲取重力擾動(dòng)欠量的2個(gè)水平空重力測量技術(shù)研究對于國民經(jīng)濟和國防現代化建設分量,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(jìn)行航空標量重力測量,然后利用測得的廣大地區的重力異常數1航空重力測量基本原理?yè)?按費寧一梅內斯( vening- Meinesz)公式計算垂線(xiàn)偏根據牛頓第二定律,在慣性坐標系i中,質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)差(即重力擾動(dòng)的水平分量)。間接估算法的缺點(diǎn)在于費力學(xué)方程為寧-梅內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據噪聲對估算的垂線(xiàn)偏差的影響中,特別是在測區邊緣F圖。②直接測量法,即直式中,r為質(zhì)點(diǎn)的慣性加速度;G為引力加速度;∫為比接利用觀(guān)測儀器同時(shí)獲取重力擾動(dòng)矢量的3個(gè)分量雖力,為重力儀或加速度計的觀(guān)測值。然直接測量法不存在間接估算法的缺點(diǎn),但是與標量重力測量相比,其對穩定平臺的姿態(tài)保持精度提出了更高對于靜態(tài)熏力測量,此時(shí)加速度r=0,通過(guò)調整水的要求,因此技術(shù)難度更大,目前仍然處于研究探索階準氣泡可使得重力儀的敏感軸對準重力矢量方向,如段。Reeview綜述文章( Reviews)Se7Q月e20西好(SmN2392國內外研究現狀Technologies Ltd)和加拿大的 Sander Geophysics Ltd21國外航空重力測量的研究現狀(SGL)公司等研究單位,分別對基于三軸平臺慣導系統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進(jìn)行了研究。俄羅斯莫斯科重力巾扣除載體的運動(dòng)加速度,得到重力值。因此,航空重測量技術(shù)公司研制的CTA航空重力測量系統精度可力測量系統一般包括2個(gè)基本部分:載體運動(dòng)加速度1達到0.5mal、分辨率1.5-2.75km。加拿大SCL研制測量子系統和比力測量子系統。的航空重力測量系統 AIRGrav的測量重復性精度達到20世紀50年代末網(wǎng),由于受當時(shí)重力儀、導航定位|1mCal,分辨率為20km明。目前 aIRGrav和CT-1A這設備以反垂直加速度測量精度的影響,得到航空重力2個(gè)系統均已達到商業(yè)實(shí)用的水平,并已經(jīng)為多家客戶(hù)測量的精度為10mGal左右,不能滿(mǎn)足實(shí)際應用要求。|進(jìn)行了石油、天然氣等資源勘探航空重力測量。與?？盏?0世紀80年代末90年代初,由于載波相位差分重力儀相比,采用三軸平臺慣導系統的主要優(yōu)點(diǎn)是姿GPS(DGS)技術(shù)以及新型重力儀的出現,才使得航空態(tài)更加穩定,受水平加速度的影響更小車(chē)力測量得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展。由于GP的高精度21.3基于捷聯(lián)慣導的航空重力測蛋和可靠性,日前各類(lèi)航空重力測量系統都普遍采用在 Schwarz教授的帶領(lǐng)下,加拿大 Calgary大學(xué)率GFS進(jìn)行定位和測量載體的加速度。先于20世紀90年代初開(kāi)展了基于捷聯(lián)慣導系統的航各類(lèi)航空重力測量系統的主要區別是比力測量系空標量重力測量系統( Strapdown Inertial Scalar統:比力測量系統需要完成兩個(gè)功能①測量比力的大Gme,s的研究。該系統采用慣性級的Hm小;②將比力測量系統保持在當地地理坐標系內。在各「。 well laSereDⅢ型激光陀螺捷聯(lián)慣導系統,在1995類(lèi)比力測量系統中,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(jìn)行了3次飛行最為成熟,在20世紀90年代后又出現了基于三軸平試驗,并與LCR重力儀、 AIrgray和SIsG3種航空重臺慣導系統( Gimbaled Inertial Navigation System,|力測量系統進(jìn)行性能比較,結果顯示SC達到了ARGINS)、捷聯(lián)慣導系統( Strapdown Inertial Navigation Grav和LCR重力儀的航空重力測量系統的精度,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(kāi)展了新型航空31重力儀為主。美因 Lacoste&romberg公司經(jīng)過(guò)9年重力測量系統的研究叫,該項目的最終目標是使航空的精心設計,于2001年推出了新一代動(dòng)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)重力儀代表了當今世界?？罩亓x的最高水平。其實(shí)與人文科學(xué)學(xué)院( Bavarian Academy of Sciences and驗室靜態(tài)重復性達到005midl(1mcal=10m3),動(dòng)| humanities)的BEk( Bayerische Kommission fiir die態(tài)重復性達到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,但是這種穩定方式不能完全消除水平加速度對與導航研究所( Institut fur Erdmessung und Navigation,重力儀輸出的影響。 Peters和 Brozena指出門(mén),平臺穩定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的精度和分| Braunschweig的飛行導航與控制研究所( (Institute of辨率進(jìn)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(shí)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,通過(guò)添加-個(gè)局(KM、德因波茨坦地學(xué)研究中心(GFE瑞土蘇黎|激光陀螺來(lái)保持方位穩定將其改造成平臺慣導系統。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,并嘗試測量技術(shù)進(jìn)行了研究-,并從1991開(kāi)始先后在格陵進(jìn)行矢量重力測量。蘭島、北極、南極等地進(jìn)行了大量飛行試驗。月前網(wǎng)外基于捷聯(lián)慣導系統的航空重力測量系統具有的優(yōu)采用?？罩亓x的航空重力測量系統已完全可用并作點(diǎn)主要包括以下幾方面四2為一種標準方法來(lái)獲取中、低分辨率的重力場(chǎng)信息。至1)由于捷聯(lián)慣導系統省卻了復雜的機械結構,因2001年,采用改進(jìn)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。這使得量系統的精度達到1mGal、分辨率達到6km系統可安裝在小飛機或直升機上,也使得有可能將重212基于三軸平臺慣導的航空重力測量力測量系統、地磁測量系統、電磁測量系統等同時(shí)安裝俄羅斯莫斯科重力測量技術(shù)公司( Gravimetric在飛機上進(jìn)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。據采集等部件組成。系統丁2002年3-4月采用安-302)釆用捷聯(lián)慣導系統在飛行測量過(guò)程中不需要復飛機在山西大同地區進(jìn)行了3次飛行試驗,飛行高度雜的操作過(guò)程,與采用重力儀的系統相比,其測量成本為2800~3400m、飛行速度400km/h,測線(xiàn)間距要低、效率更高。5~10km,測定山區平均重力異常的內符合精度為3)采用捷聯(lián)慣導系統既可進(jìn)行標量重力測量,也:3.32mCal,分辨率為10km,與地面重力測量數據的比可以進(jìn)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)慣導系統的航空重力測量系統需飛機的適應性以及驗證 CHAGS在嚴寒氣候條件下的要進(jìn)一步突破的關(guān)鍵技術(shù)主要有以下幾點(diǎn)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)慣導系統中內于將慣性傳感器直接固聯(lián)濱進(jìn)行了試驗∞。試驗結果表明,交叉點(diǎn)重力異常不符在載體上,其承受的動(dòng)態(tài)環(huán)境更加惡劣,因此要求慣性伯的標準差為1mCa,相應的半波長(cháng)分辨率約為傳感器要有更好的性能,如大的動(dòng)態(tài)范圍刻度因子穩9km。日前該系統已經(jīng)基木可以滿(mǎn)足大地水準血測量定性等。等應用的要求,但是還不能達到地質(zhì)調查、資源勘探等2)提高利用載波相位DCFS測量載體運動(dòng)加速度高精度應用的要求的精度仍然是提高航空重力測量精度的一個(gè)關(guān)鍵。3)由干飛機不規則運動(dòng)和振動(dòng)等因索產(chǎn)生的擾動(dòng)3基于 SINS/DGPS航空重力測量系統的組成加速度可達10mGal,而重力異常值通常只有100mGa根據航空重力測量原理,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除了飛機以外,主要有以下分系統組成度很大,囚此濾波器設計是系統的關(guān)鍵任務(wù)之1)捷聯(lián)慣導系統。捷聯(lián)慣導系統主要山3只高精22我國航空重力測量的研究現狀度的石英撓性加速度計、3只高精度陀螺儀以及相應我網(wǎng)在20世紀80年代末開(kāi)始航空重力測量技術(shù)的電路系統組成。捷聯(lián)慣導系統在航空重力測量系統的研究。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(gè)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(jìn)態(tài)。行了首次空中懸停重力測量試驗,在5個(gè)不同高度測2)減振系統。機載環(huán)境下,由于《機發(fā)動(dòng)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,標準差為±23mCal大小,在高頻環(huán)境下,慣性器件的性能會(huì )降低,同時(shí)導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(huì )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 CHAGS( Chinese和分辨率,一般采用減振系統來(lái)削弱高頻加速度的影Airbome Gravimetry Systen)通過(guò)鑒定。該系統由ICR響。航空重力儀、GPS接收機、高度傳感器、姿態(tài)傳感器、數3)GPS系統。該子系統包括機載GF接收機和地重力儀二”1加速度計、陀螺原光陀蝶聯(lián)慣導系統減震系統GPS接收機被相位原始數據1B激光高度計LHZ天線(xiàn)雷達高度計載波相位原始數據GPS接收機數據記錄圖1航空重力測量系統的結構框圖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(shí)間、空間三維位|通常利用卡爾曼濾波器進(jìn)行 SINS/DGPS5組合,以DcPS置、速度、加速度等信息,同時(shí)利用GS接收機的秒脈測得的高精度位置、速度為觀(guān)測量,對慣導系統的位沖信號1Pps進(jìn)行各傳感器之間的時(shí)間同步。置、速度、姿態(tài)以及慣性器件誤差進(jìn)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(dòng)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(dòng)加速度測量精度是航空重力測量技術(shù)發(fā)5)數據采集、記與控制分系統。完成所需數據的展歷史上的主要障礙,直到20世紀80年代末、90年代采集、記錄功能,并對系統的進(jìn)行狀態(tài)作監測和控制。初載波相位差分CPS動(dòng)態(tài)定位技術(shù)的出現,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普遍采用載波基于捷聯(lián)慣導的航空重力測量系統的組成如圖1相位差分CPS來(lái)測量載體的運動(dòng)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(dòng)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(dòng)加速度測量數字濾波、PS高精度定位、重力任務(wù)叫。數據的向上向下延拓、重力異常數據的解釋及應用等。43數字濾波方法對于GFS高精度定位,目前的技術(shù)已經(jīng)非常成熟,市場(chǎng)在航空重力測量中,由于動(dòng)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(dòng)測量值含有大Granny,CPSY, Bernese等。重力數據的向上/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、數據解釋及應用等是重力學(xué)中的內容,本文不作論力擾動(dòng)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(shí)上,設計一個(gè)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,這是由利用慣導系統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(dòng)信號的幅值很小,通常不足器(加速度計)穩定在當地地理坐標系,重力傳感器可100nGl,而噪聲的幅度可能比重力擾動(dòng)信號高出百測得比力的3個(gè)分量。對于平臺慣導系統,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(guò)反饋控制直接使平臺穩定在當地地理坐常困難;另一方面,信號比噪聲大的頻帶集中在低頻端標系。對于捷聯(lián)慣導系統采用的則是數學(xué)平臺重力很窄的部分,而噪聲占據了相當寬的頻帶而且信號和傳感器固聯(lián)在載體上,因此需要利用系統測得的載體噪盧之間并沒(méi)有明確的過(guò)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地地珥坐標乎遍布整個(gè)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(lái)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(jìn)差源。在SiSG系統中,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。為了消除/削弱加速度計的測量誤差,①直接對加速度計進(jìn)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(jìn)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(guò)爾曼濾波對加速度計的隨機零偏進(jìn)行估統 AIRGrav即采用這種方法;②另一方法同樣是進(jìn)行計,但沒(méi)有取得成功。最后,Ceme交差點(diǎn)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果,但是并不能滿(mǎn)足工程實(shí)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(shí)用型航要求,因此還需要對溫度誤差進(jìn)行建模并補償。這種方空重力測量系統的關(guān)鍵,比如德國B(niǎo)EK最新研制的航法的優(yōu)點(diǎn)是對溫控的精度要求較低,因此實(shí)現起來(lái)難空重力測量系統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)由于慣導系統的誤差隨時(shí)間積累,因此需要采用由于飛機發(fā)動(dòng)機等引起的高頻干擾會(huì )嚴重影響重外部觀(guān)測量來(lái)提高平臺的穩定性。對于捷聯(lián)慣導系統,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科導報2007年第25卷第17期(總第239海統航空重力測量系統還是采用軸平臺慣導的航空重的啟動(dòng)與穩定問(wèn)題,激光陀螺啟動(dòng)后可短時(shí)間內(3力測量系統都采用了復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)數字量輸出,無(wú)需模數轉換彈簧吊裝減震等措施。相關(guān)文獻表明,減震系統的截止激光陀螺構成的捷聯(lián)慣導系統的慣性敏感元件直頻率需要達到10H左右由于在捷聯(lián)慣導系統中沒(méi)有接與載體固聯(lián),省去了結構復雜的機械平臺,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系統體積、重量減小,可靠性提高更適合于高響會(huì )更大,同時(shí)高頻運動(dòng)會(huì )引起較大的導航計算誤差動(dòng)態(tài)環(huán)境,在軍川、民用方面被廣泛應用,因此在現在(比如圓錐運動(dòng)誤差),因此減震系統對捷聯(lián)系統的意和未來(lái)一段時(shí)間里,中等精度的激光陀螺捷聯(lián)慣導系義更大。統只有廣闊的市場(chǎng)4.6測量數據校正技術(shù)目前,網(wǎng)內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據校正包括偏心構成的激光陀螺捷聯(lián)慣導系統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(xiàn)與 Honeywell LASEREF II型激光陀螺捷聯(lián)慣導系統的重力傳感器空問(wèn)不一致所帶來(lái)的誤差,當前采用的改技術(shù)指標,通過(guò)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(shí)鍵技術(shù)。上該距離是時(shí)變的。這有2個(gè)原因:①緣于飛機本身是彈性體;②由于釆用減震系統后捷聯(lián)系統不再直6結論接固連在機體上。因此需要對空間距離進(jìn)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平臺(機低,且幾乎可到達任何地區,因此可快速、連線(xiàn)、精確地械平臺或數字平臺偏離當地水平面時(shí),軾體水平加速測量大面積的地球重力場(chǎng)。目前我國已有的航空重力度所帶來(lái)的比力測量誤為。水平加速度改正是提高系測量系統還不能滿(mǎn)足地質(zhì)調查、資源勘探等高精度應統測量精度的重要方法,例如在俄羅斯的GT-1A系統用的要求國外研究現狀表明,基于慣導技術(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(guò)事力測量系統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),并分析了目前國內的技術(shù)基礎,在后繼研究屮,需要針對關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行攻關(guān)?；赟NS/DGPS的航空5國內技術(shù)基礎重力測量技術(shù)的發(fā)展,將為我國的重力測量提供高效實(shí)現基于捷聯(lián)慣導系統的航空重力測量技術(shù)的關(guān)技術(shù)手段,對國民經(jīng)濟和國防現代化建設都具有重要鍵技術(shù)中,高精度捷聯(lián)慣導系統是實(shí)現高精度比力測意義。量的關(guān)鍵部件。由于高精度捷聯(lián)慣導系統產(chǎn)品為美國等美歐國家的管制產(chǎn)品,我國要引進(jìn)滿(mǎn)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)慣導系統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(chǎng)測定及其應用[M.北京矧繪出版社,2005真正獲得實(shí)際應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與傳統的積淀陀螺相比,激光陀螺具有下列優(yōu)點(diǎn)。ing and Mapping Press, 20051)性能穩定,抗干擾能力強,抗強沖擊振動(dòng)。[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(dòng)態(tài)范圍寬,可測動(dòng)態(tài)轉速范圍達10。tals and applications of the gravity field mission GOCE[C]4)壽命長(cháng),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(wàn)h以上,平均無(wú)故障時(shí)間(MTBF)優(yōu)于1萬(wàn)htem(IGGOS), Proceedings of the lAG Section II Sympo-sium. Munich, Germany, 1998: 205-208令5)標度因數穩定。國外激光陀螺的標度因數穩定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°),國內激光陀螺的標度因中的應用展望[C∥中閫地球物理學(xué)會(huì )第十九屈年會(huì )論文集數穩定度也已達到10ppm南京,2003:173.6)啟動(dòng)迅速。由于沒(méi)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(wèn)題PESA Airborne Gravity 2004 Workshop, Sydney, 2004]地球科學(xué)進(jìn)展,2001,16(5):681-68855-61CHENG Junyong, WEN Hanjiang. CHENG Pengfei. Some[19] FERGUSON S T, HAMMADA Y.Experiences withissues of the development of geodesy in China [J].Ad-AIRGrav: results from a new airborne gravimeter [C]//Ivances in Earth Science, 2001, 16(5): 681-688AG International Symposium on Gravity, Geoid, and[7]張昌達,航空重力測量和航空重力梯度測黃問(wèn)胃[]工程地Geodynamics 2000, Banff. Canada, 2000球物理學(xué)報,2005,2(4)282-291[20] ARGYLE M, FERGUSON S, SANDER L, et al. AIRGravZHANG Changda. On the subject of airborne gravimetryresults: a comparison of airborne gravity data with GSCand airborne gravity gradiometry [J]. Chinese Journal oftest site data [J]. The Leading Edge, 2000, 19: 1134Engineering Geophysics, 2005. 2(4): 282-2916]胡城,現代大地測量學(xué)的理論及其應用M家:測繪出121 BRUTON A M, HAMMADA Y FERGUSON S,eaA板社,2003Comparison of inertia! platform, damped 2-axis platformHU Mingcheng. Theory and application of modernand strapdown airborne gravimetry(CyiInternational Syrgeodesy [M]. 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