重力梯度

摘要： 为提高重力与重力梯度数据联合成像的纵向分辨率,笔者提出基于层源位场的重力及其梯度联合相关成像方法。为体现不同深度位置地质目标体的空间分布特征,采用均值滤波法和插值-切割分离法分离位场异常,并使用向下延拓方法得到不同深度层的层源重力及其梯度数据,在此基础上实现分层重力及其梯度的联合相关成像。将本文方法应用到多个立方体的组合模型中,对不同深度切片的场源数据进行快速成像,结果显示该方法相较于传统的相关成像方法具有更高的纵向分辨率。将本文方法应用于Humble盐丘的实测数据中,成像结果显示该方法能够有效地进行盐丘空间分布特征的三维刻画。

摘要： 针对惯性/重力/重力梯度组合导航EKF算法中,随机线性化方法不考虑重力场固有属性以及验前随机变量的不确定因素,从而导致真实验后均值和协方差携带较大误差,滤波性能损失甚至发散问题,依据重力、重力梯度本身物理特性,提出基于地球重力场球谐模型的随机线性化方法。进而,为保证滤波实时性,建立了适用于并行计算的地球重力场模型线性化矩阵运算公式,并通过GPU并行方案提高了模型线性化过程的计算效率。某海域仿真实验结果表明:利用重力场球谐模型线性化方法进行EKF滤波匹配,相较于九点拟合法和双二次曲面拟合法的导航定位精度均提高了37.5%以上,可以有效削弱线性化误差,避免滤波发散,提高系统导航定位精度,且线性化耗时优于0.02 s,满足匹配导航实时性需求。

摘要： 为更进一步认清国内外海洋重力测量技术的现状和发展趋势提供技术支撑,从海洋重力测量领域专利分析视角出发,在划分海洋重力测量关键技术分支,构建专利检索策略并开展全球范围专利检索的基础上,采用宏观到微观、定性与定量相结合的研究方法,对国内外该领域专利的布局特点、发展趋势、主要创新主体情况和高质量重点专利情况进行梳理研究,并对下一步海洋重力测量技术发展重点方向给出建议。研究结果可为我国海洋重力测量领域自主知识产权优化布局、自主创新能力提升和有关装备论证研制等提供技术支撑。

摘要： 重力梯度是重力位的二阶微分,对地球密度扰动具有更高的分辨率,能够更加精细、全面地反映重力位在空间上的变化.高精度重力梯度测量在地质调查、地球重力场测绘、惯性导航以及基础科学研究等方面发挥着重要作用.量子重力梯度仪是近年来快速发展的一种基于激光操控原子技术的新型高精度重力梯度测量设备,具有测量精度高、长期稳定性好等特点,尤其是对振动噪声具有良好的抑制效果.目前,量子重力梯度仪的最佳灵敏度可达4E/√Hz,与最先进的旋转加速度计式重力梯度仪灵敏度3E/√Hz的水平相当.本文介绍了量子重力梯度仪的基本原理和应用,并分析了其国内外研究现状,最后讨论了目前限制量子重力梯度仪灵敏度的主要因素以及未来发展方向.

摘要： GOCE卫星重力梯度观测值为高阶静态重力场反演提供了重要的数据支撑,但其在使用前需考虑扣除时变重力场变化的影响.本文研究了GOCE卫星重力梯度观测值的时变重力场变化改正方法,更新了ESA标准和背景模型,以更好地扣除时变重力场变化的影响,自主实现了由GOCE卫星Level1b重力梯度数据直接进行重力场反演.本文通过3种时变重力场变化改正方案分析了其对高阶静态重力场反演的影响,研究结果表明:从全球大地水准面差异看,时变重力场变化改正对重力场反演是有影响的,其在局部区域对大地水准面的影响值最大可超过1 cm,说明利用GOCE卫星重力梯度数据反演高阶静态重力场时需扣除时变重力场变化改正,同时新标准和背景模型更有利于扣除时变重力场变化的影响.

摘要： 在地球重力场和海洋环流探测卫星GOCE(Gravity field and Ocean Circulation Explorer)的观测数据中,其主要的观测量重力梯度数据不仅与搭载的6个加速度计的测量值有关,而且还与卫星自身的自转角速度存在着二次函数关系。由于加速度计测量频段的限制,这样就导致了卫星姿态的低频误差混入到测量频段内的重力梯度数据之中。为了客观地分析姿态误差对重力梯度精度的影响程度,本文论述了如何利用以四元数形式给出的姿态数据来计算自转角速度,并针对GOCE的实际姿态误差情况通过数据模拟分析了姿态误差对重力梯度测量精度的影响,得到了下列结论:若卫星姿态的误差是5″,则对重力梯度精度的影响最大可达5.7 mEd;若重力梯度的精度指标是1 mEd,那么GOCE姿态的误差不能超过1″。

摘要： 重力探潜是一种具有发展潜力的非声学探潜技术,目前仍处于理论探索阶段.本文推导了垂直偶极子模型的引力和引力梯度垂向分量的解析公式,分析了它们的空间分布特征.基于偶极子模型给出了一种潜航器异常重力场的仿真方法,并通过实例验证了方法的有效性,分析了潜航器重力异常和重力垂直梯度的空间变化,及其对重力探潜传感器精度和平台稳定性的需求.根据实例分析结果可以得到以下结论:(1)利用重力异常信号探测潜航器不具备可行性,但是基于重力梯度的重力探潜方法具有实用化价值,值得进一步研究;(2)本文建立的偶极子模型能够有效用于估计潜航器异常重力场的量级、探测平台的精度需求和可探测范围,为重力探潜研究提供了一个重要的理论分析工具.

摘要： 在地球重力场和海洋环流探测卫星GOCE(Gravity field and Ocean Circulation Explorer)的观测数据中,其主要的观测量重力梯度数据不仅与搭载的6个加速度计的测量值有关,而且还与卫星自身的自转角速度存在着二次函数关系.由于加速度计测量频段的限制,这样就导致了卫星姿态的低频误差混入到测量频段内的重力梯度数据之中.为了客观地分析姿态误差对重力梯度精度的影响程度,本文论述了如何利用以四元数形式给出的姿态数据来计算自转角速度,并针对GOCE的实际姿态误差情况通过数据模拟分析了姿态误差对重力梯度测量精度的影响,得到了下列结论:若卫星姿态的误差是5〃,则对重力梯度精度的影响最大可达5.7 mEd;若重力梯度的精度指标是1 mEd,那么GOCE姿态的误差不能超过1〃.

摘要： 在利用卫星重力梯度数据求解地球重力场模型位系数时,为进一步提高调和分析法的计算效率,推导出了利用5种组合{Tzz}、{Txx+Tyy}、{Tzz-Txx-Tyy}、{Txz,Tyz}、{Txx,Tyy,Txy}构建重力场模型位系数的向量化调和分析法和向量化调和分析的FFT算法.实验表明,利用30′×30′格网Tzz数据最快可在1 s内反演300阶次重力场模型.与传统FFT算法相比,向量化调和分析的FFT算法计算效率最高可提高16倍.

摘要： 潜艇在水下进行重力梯度探测与导航过程中,利用重力梯度仪测量所在位置的重力梯度张量来感知周边海底地形起伏以及规避障碍物,由于潜艇中人员具有一定的质量,人员在理论上会对重力梯度测量值产生影响.为分析人员质量对重力梯度测量的影响,将人体简化为立方体模型,计算人体在潜艇内不同高度处的重力梯度异常分布情况,分析其对重力梯度探测的影响,并将计算得到的结果与质点模型的结果对比分析得到两者的差异.结果 表明在距离人体5m以内的大部分位置上,重力梯度各分量的量级能达到10-2E,在更近的位置上梯度值的量级能达到10E,为防止对重力梯度仪测量结果产生影响,人员需要在距离梯度仪一定的距离外活动,随着精度的提高,限制距离将会增大.本文得出的结论可为以后重力梯度探测工程化应用提供一定的理论参考.

摘要： 本文将预条件共轭梯度法应用于全张量重力梯度数据,形成一套针对不同使用情况的快速密度反演的方案.通过并行实现,解决了计算速度慢的问题,同时可以处理较大规模的数据,该套程序具有较高的并行运算效率以及加速比和良好的可扩展性.将该方法应用于Vinton盐丘实测数据上,均取得了良好的效果.

摘要： 质量体的引力效应无法屏蔽,但如何利用该特点探测目标是个难题.本文分析了质量体重力梯度张量信息图形特征,实验计算了重力梯度随距离变化的特征,结果表明:质量体重力梯度图像具有良好的对称性,可以用于发现和定位目标;利用重力梯度无法实施远距离探测,当重力梯度仪精度为10-4E时,也仅能在2000米之内探测到10万吨质量体.最后简要讨论了可行的重力梯度张量信息的应用方法.

摘要： 大兴安岭—太行山重力梯度带纵跨华北克拉通和兴蒙造山带两个大地构造单元,火山岩及其深源岩石捕虏体的多样性,成为研究晚近时期火山活动,对比研究重力梯度带东西两侧,以及兴蒙造山带与华北克拉通之间岩石圈演化之差异的的重要窗口.重力梯度两侧和华北克拉通东西部的岩石圈性质存在明显差异，火山岩及地幔岩石捕虏体所揭示的重力梯度带的东西两侧及其跨越的兴蒙造山带与华北克拉通的南北向构造带上，也同样存在岩石圈地幔演化与火山岩成因演化的差异。

摘要： 针对重力梯度稳定卫星杆状结构伸展的动态工作状态，对重力梯度杆恒速伸展和重力梯度杆姿态信息反馈伸展两个方案进行了研究，通过数值仿真计算的结果进行了比较分析，并探讨了重力梯度杆伸展速度和重力梯度杆长度的选取原则。

摘要： 本文根据中国具体国情以及卫星重力梯度(SGG)计划需求分析和关键载荷研制进展，从理论研究、解算方法、数值模拟、载荷研制、误差分析等方面对中国预先开展的卫星重力梯度计划进行研究和论证。

摘要： 本文介绍了利用GOCE数据计算重力异常的原理和方法,利用最新发布的卫星重力梯度数据计算了中国区域的重力异常，并与地形、地震活动等资料进行了对比，结果显示GOCE计算的重力异常能够较好的反映区域地质构造分布特征，强地震通常发生在重力异常变化剧烈的高梯度带上。

摘要： 本文从航空重力与重力梯度测量原理出发,先后导出航空重力与重力梯度测量的观测方程和测量误差方程,然后依据地球重力场特征和功率谱的相关理论,结合航空重力与重力梯度测量中的GPS定位、陀螺仪指向、加速度计和梯度仪的误差模型,给出了航空重力与重力梯度测量对动基座平台的需求分析,在此基础上比较航空重力测量和航空重力梯度测量的优缺点.最后以航空重力测量中国外常用的双水獭固定翼的典型飞行参数为例,通过数值计算给出了航空重力和重力梯度测量分辨率分别达到10mGal和1E时对动基座平台的需求.

摘要： 本文讨论的主要内容包括重力梯度测量方法,磁数据处理与解释,以及综合研究等.重力梯度测量方法在过去几年中发展迅速,并已在油气勘探中表现出应用潜力,本文详细介绍重力梯度数据的二维偏移方法,重力梯度数据在解决盐体底面问题中的影响因素,同时简要介绍单井重力梯度数据的成像问题.磁数据处理与解释部分主要介绍连续小波变换在磁数据解释中的应用和磁数据校正问题. 重力勘探，特别是重力梯度勘探已经取得了长足的进步，在确定盐体构造和时移油气监测方面表现出了极大的应用潜力，值得进一步关注。重磁数据在识别基底方面具有独特的优势，综合应用地震和重磁资料可以为人们提供关于地下构造更全面的认识。随着仪器精度的进一步改善，重磁方法技术的改进，重磁资料必将发挥更重要的作用。

摘要： 本文主要介绍了重力和磁力勘探技术的内容，主要包括：震源深度估计和信号处理、重力梯度的综合解释、数据处理和解释等。

摘要： 本文对卫星重力测量技术进行了较全面的综述，重点介绍了卫星测高、卫星跟踪卫星和卫星重力梯度测量三种重力探测模式的技术进展，阐述了CHAMP、GRACE、GOCE三颗重力卫星的工作原理及科学目标.

摘要： 本发明公开了一种旋转加速度计重力梯度仪重力梯度解调相位角确定方法及装置，属于精密测量领域。方法包括：首先对四只加速度计输出信号进行信号组合调理得到重力梯度模拟信号；然后A/D转换器根据角度信息转换器的同步脉冲信号对重力梯度模拟信号进行A/D转换，得到重力梯度数字信号；接下来利用参考信号源对重力梯度数字信号进行相位角解调，得到相位角数据序列；最后对相位角序列进行零相位低通滤波处理，并对滤波后的数据均值处理，得到准确的重力梯度解调相位角。使用本发明提供的重力梯度解调相位角确定方法，能够为后续的重力梯度解调提供精确的解调相位角，为进一步提高重力梯度测量精度提供了可能，同时操作简单方便，降低了研制成本。

摘要： 本发明公开了一种航空重力梯度仪实时重力梯度解调方法及装置，属于精密测量领域。方法包括：首先对四只加速度计输出信号进行信号调理和滤波；然后A/D转换器根据角度信息转换器发出的同步脉冲信号对滤波后的重力梯度模拟信号进行A/D转换，得到重力梯度数字信号；接下来利用参考信号源对重力梯度数字信号进行相位角解调，得到解调相位角；最后利用解调相位角、角度信息和参考信号源对重力梯度数字序列进行实时重力梯度解调，得到具有时空信息的重力梯度数据。使用本发明提供的航空重力梯度仪实时重力梯度解调方法，能够进一步提高重力梯度测量精度，操作简单方便，同时可为后续的离线处理和地质分析提供丰富的数据材料。

摘要： 本发明公开了一种光纤重力梯度仪及重力梯度测量方法。本发明光纤重力梯度仪包括光信号相位调制器，干涉仪光路系统，用于接收光信号相位调制器输出调制后的信号光并产生干涉，其中该干涉仪光路系统的干涉光路上设有一光纤重力梯度探头，该光纤重力梯度探头与一驱动源连接，该驱动源用于控制该光纤重力梯度探头在竖直方向上振动，从而使该光纤重力梯度探头所在光路上的信号光相位变化；光电探测器，用于接收该干涉仪光路系统输出的信号光并将其转换为电信号；模数转换器将所述电信号转换为数字信号，并发送给解调系统进行解算，得到重力梯度。本发明可大大降低重力梯度的探测要求，快速、准确地测定重力梯度。

摘要： 本发明公开了一种基于光力悬浮的全张量重力梯度测量方法及重力梯度仪。所述方法采用三个微球光力悬浮三轴敏感单元分别置于立体空间的三点，不共线，通过微球光力悬浮三轴敏感单元分别测得三点处的重力加速度，然后利用差分原理得到重力梯度全部张量。所述的微球光力悬浮三轴敏感单元包括敏感微球悬浮模块、敏感微球位移探测模块，其中敏感微球悬浮模块利用光力效应实现敏感微球的悬浮，敏感微球位移探测模块利用光强平衡探测原理实现敏感微球的三轴位移探测，再利用光力悬浮单元的刚度解算出三轴重力加速度。本发明可以同时实现重力梯度全张量的高灵敏度测量，同时有效减小全张量重力梯度仪的集成难度。

摘要： 本发明公开了一种旋转加速度计重力梯度仪重力梯度信号仿真方法，根据万有引力公式计算出圆盘上四只加速度计感应到的引力加速度计信号，四组加速度信号分别与各种误差数据相加，计算机把计算得到的含有误差的加速度数据发送给模数转换器，然后经过电流转电压信号转换、电压放大和加减操作，对加法信号和减法信号分别进行1倍频解调和固定频率信号解调，根据解调结果判断是否调整加速度计标度因数，如果解调结果满足要求，则对仿真系统总输出信号进行2倍频梯度解调，得到重力梯度值。通过本发明，可以详细研究旋转加速度计重力梯度仪的信号特征、参数调整、误差补偿以及信号处理方法。

摘要： 本发明公开了一种旋转加速度计重力梯度仪重力梯度解调方法。采用高密度光栅码盘获取圆盘当前状态下的角位置信息，圆盘角位置信息作为解调基准信号的初始相位角，对重力梯度仪输出信号进行重力梯度解调，分别解调出在每个圆盘旋转角位置处的重力梯度信息，然后对每一圈解调出的重力梯度信息进行求均值，最后对解调出的两组重力梯度信息分别进行平滑滤波处理，得到更高精度的重力梯度分量。通过本发明，可以进一步提高旋转加速度计重力梯度仪重力梯度解调精度。

摘要： 本发明公开了一种光纤重力梯度仪及重力梯度测量方法。本发明光纤重力梯度仪包括光信号相位调制器，干涉仪光路系统，用于接收光信号相位调制器输出调制后的信号光并产生干涉，其中该干涉仪光路系统的干涉光路上设有一光纤重力梯度探头，该光纤重力梯度探头与一驱动源连接，该驱动源用于控制该光纤重力梯度探头在竖直方向上振动，从而使该光纤重力梯度探头所在光路上的信号光相位变化；光电探测器，用于接收该干涉仪光路系统输出的信号光并将其转换为电信号；模数转换器将所述电信号转换为数字信号，并发送给解调系统进行解算，得到重力梯度。本发明可大大降低重力梯度的探测要求，快速、准确地测定重力梯度。

摘要： 本发明公开了一种航空重力梯度仪实时重力梯度解调方法及装置，属于精密测量领域。方法包括：首先对四只加速度计输出信号进行信号调理和滤波；然后A/D转换器根据角度信息转换器发出的同步脉冲信号对滤波后的重力梯度模拟信号进行A/D转换，得到重力梯度数字信号；接下来利用参考信号源对重力梯度数字信号进行相位角解调，得到解调相位角；最后利用解调相位角、角度信息和参考信号源对重力梯度数字序列进行实时重力梯度解调，得到具有时空信息的重力梯度数据。使用本发明提供的航空重力梯度仪实时重力梯度解调方法，能够进一步提高重力梯度测量精度，操作简单方便，同时可为后续的离线处理和地质分析提供丰富的数据材料。

摘要： 本发明公开了一种旋转加速度计重力梯度仪重力梯度解调相位角确定方法及装置，属于精密测量领域。方法包括：首先对四只加速度计输出信号进行信号组合调理得到重力梯度模拟信号；然后A/D转换器根据角度信息转换器的同步脉冲信号对重力梯度模拟信号进行A/D转换，得到重力梯度数字信号；接下来利用参考信号源对重力梯度数字信号进行相位角解调，得到相位角数据序列；最后对相位角序列进行零相位低通滤波处理，并对滤波后的数据均值处理，得到准确的重力梯度解调相位角。使用本发明提供的重力梯度解调相位角确定方法，能够为后续的重力梯度解调提供精确的解调相位角，为进一步提高重力梯度测量精度提供了可能，同时操作简单方便，降低了研制成本。

摘要： 本发明公开了一种基于光力悬浮的全张量重力梯度测量方法及重力梯度仪。所述方法采用三个微球光力悬浮三轴敏感单元分别置于立体空间的三点，不共线，通过微球光力悬浮三轴敏感单元分别测得三点处的重力加速度，然后利用差分原理得到重力梯度全部张量。所述的微球光力悬浮三轴敏感单元包括敏感微球悬浮模块、敏感微球位移探测模块，其中敏感微球悬浮模块利用光力效应实现敏感微球的悬浮，敏感微球位移探测模块利用光强平衡探测原理实现敏感微球的三轴位移探测，再利用光力悬浮单元的刚度解算出三轴重力加速度。本发明可以同时实现重力梯度全张量的高灵敏度测量，同时有效减小全张量重力梯度仪的集成难度。