歐陽(yáng)永忠

海軍海洋測(cè)繪研究所,天津 300061

海空重力測(cè)量數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵技術(shù)研究

歐陽(yáng)永忠

海軍海洋測(cè)繪研究所,天津 300061

?？罩亓y(cè)量是以艦船或飛機(jī)為載體,應(yīng)用重力儀(或加速度計(jì))測(cè)定海面或近地空中重力加速度的重力測(cè)量方法,是目前獲取地球重力場(chǎng)中高頻信息的兩種主要技術(shù)手段。本文主要圍繞?？罩亓y(cè)量運(yùn)動(dòng)載體精密定位、動(dòng)態(tài)環(huán)境效應(yīng)改正、數(shù)據(jù)濾波、誤差分析處理與精度評(píng)估、航空重力數(shù)據(jù)向下延拓及多源數(shù)據(jù)融合處理等關(guān)鍵技術(shù),開展分析論證、技術(shù)攻關(guān)和試驗(yàn)驗(yàn)證。論文的主要工作及創(chuàng)新如下:

(1)研究了?？罩亓y(cè)量觀測(cè)模型,完善了航空重力測(cè)量動(dòng)態(tài)效應(yīng)改正模型?；谂ｎD第二定律,分別導(dǎo)出了?？帐噶亢蜆?biāo)量重力測(cè)量的觀測(cè)方程;針對(duì)L&R型重力儀,逐一建立了?？罩亓y(cè)量動(dòng)態(tài)環(huán)境效應(yīng)改正的精密計(jì)算模型;發(fā)現(xiàn)并糾正了當(dāng)前國(guó)內(nèi)外機(jī)構(gòu)和學(xué)者使用航空重力測(cè)量厄特弗斯改正公式存在的錯(cuò)漏問(wèn)題,分析比較了各類公式在數(shù)值上的差異,結(jié)果表明,誤用公式可導(dǎo)致1～2 m Gal(1 Gal＝1 cm/s2)的計(jì)算誤差;從理論上證明了當(dāng)前國(guó)際上推薦使用的3種水平加速度改正模型的等價(jià)性,采用實(shí)際航空重力測(cè)量數(shù)據(jù),對(duì)3種改正模型進(jìn)行了數(shù)值驗(yàn)證和分析比較。結(jié)果表明,經(jīng)濾波處理后,兩類不同形式改正模型計(jì)算結(jié)果的系統(tǒng)性差異最大可達(dá)1～2 mGal甚至更大,不容忽視。

(2)研究了?？罩亓y(cè)量運(yùn)動(dòng)載體精密定位技術(shù),全面驗(yàn)證了GPS精密單點(diǎn)定位(PPP)技術(shù)應(yīng)用于?？罩亓y(cè)量的可行性和有效性。研究探討了GPS PPP定位模型的選擇問(wèn)題,提出采用遞歸最小二乘估計(jì)方法進(jìn)行定位待估參數(shù)解算,同時(shí)提出了基于抗差最小二乘估計(jì)的PPP定位測(cè)速與載體加速度的確定方法,并利用多型多套海空重力儀同機(jī)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算和分析比較。結(jié)果表明,由PPP定位得到的交叉點(diǎn)重力觀測(cè)值符合度與差分模式解算結(jié)果基本一致,兩者互差不超過(guò)0．3 mGal。

(3)研究了?？罩亓y(cè)量數(shù)據(jù)濾波技術(shù)。研究分析了?？罩亓y(cè)量數(shù)據(jù)空間分辨率與低通濾波截止頻率、測(cè)量速度和精度的匹配關(guān)系,通過(guò)頻譜分析確定了?？罩亓y(cè)量有效信息的頻譜窗口,為解決濾波器設(shè)計(jì)中的參數(shù)匹配問(wèn)題提供了重要的理論依據(jù)。研究分析了用于計(jì)算載體垂直加速度的低通差分器設(shè)計(jì)原理及其運(yùn)算模型,通過(guò)數(shù)值計(jì)算分析,實(shí)際驗(yàn)證了各類差分器的計(jì)算效果。

(4)研究了海空重力測(cè)量誤差分析處理與精度評(píng)估技術(shù)。發(fā)現(xiàn)并糾正了現(xiàn)行?？罩亓y(cè)量重復(fù)測(cè)線精度評(píng)估公式的錯(cuò)誤,推導(dǎo)了重復(fù)測(cè)線內(nèi)符合精度評(píng)估新公式;提出了基于誤差驗(yàn)后補(bǔ)償理論的系統(tǒng)誤差兩步處理法,把海空重力測(cè)量誤差補(bǔ)償分解為交叉點(diǎn)條件平差和測(cè)線濾波與推估兩個(gè)階段,簡(jiǎn)化了測(cè)線網(wǎng)平差計(jì)算過(guò)程,有效

提高了平差計(jì)算的穩(wěn)定性和可靠性;建立了L&R型?？罩亓xCC效應(yīng)改正系數(shù)修正模型,并與誤差處理兩步法相結(jié)合,構(gòu)建了L&R型?？罩亓x測(cè)量誤差綜合補(bǔ)償模型,形成了完善的海空重力測(cè)量誤差處理技術(shù)方法體系。(5)研究了航空重力測(cè)量數(shù)據(jù)向下延拓技術(shù)。提出采用截?cái)嗥娈愔?TSVD)正則化方法,并依據(jù)廣義交叉檢核

(GCV)準(zhǔn)則選擇正則化參數(shù),解算傳統(tǒng)逆Poisson積分向下延拓模型。提出了一種獨(dú)立于觀測(cè)數(shù)據(jù)、基于外部數(shù)據(jù)源的向下延拓新思路。針對(duì)海域重力場(chǎng)變化相對(duì)平緩的特點(diǎn),提出了利用衛(wèi)星測(cè)高重力向上延拓和超高階位模型直接計(jì)算海域延拓改正數(shù)的兩種方案;針對(duì)高階位模型在地形變化復(fù)雜的陸部難有較好逼近度的問(wèn)題,提出了聯(lián)合使用位模型和地形信息計(jì)算延拓改正數(shù)新方法,即在位模型延拓改正數(shù)基礎(chǔ)上加入地面和飛行高度面上的局部地形改正差分修正量,以此作為陸部航空重力測(cè)量向下延拓的總改正數(shù),從而實(shí)現(xiàn)航空重力測(cè)量數(shù)據(jù)向地面的全頻延拓。新思路的顯著特點(diǎn)是,其解算過(guò)程巧妙避開了傳統(tǒng)求解逆Poisson積分方法固有的不適定性問(wèn)題,有效簡(jiǎn)化了向下延拓的計(jì)算過(guò)程和解算難度,提高了延拓計(jì)算精度。(6)研究并改進(jìn)、拓展了地球重力場(chǎng)多源觀測(cè)數(shù)據(jù)融合技術(shù)。在對(duì)融合多源重力數(shù)據(jù)的傳統(tǒng)配置法計(jì)算模型進(jìn)行不適定性分析的基礎(chǔ)上,基于Tikhonov正則化方法,構(gòu)建了融合多源重力數(shù)據(jù)的正則化配置模型;聯(lián)合使用Tikhonov正則化方法和移去-恢復(fù)技術(shù),構(gòu)建了融合多源重力數(shù)據(jù)的正則化點(diǎn)質(zhì)量模型;研究分析了數(shù)據(jù)融合統(tǒng)計(jì)法和解析法的內(nèi)在關(guān)聯(lián)與差異,特別針對(duì)同類多源重力數(shù)據(jù)融合問(wèn)題,提出了融合多源重力數(shù)據(jù)的純解析方法。(7)集成設(shè)計(jì)并開發(fā)了功能較完善的海空重力測(cè)量作業(yè)與數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了?？罩亓y(cè)量從測(cè)前設(shè)計(jì)、導(dǎo)航定位、信息采集、數(shù)據(jù)分析處理、成果圖件制作與輸出全過(guò)程的數(shù)字化作業(yè)。

On Key Technologies of Data Processing for Air-sea Gravity Surveys

OUYANG Yongzhong
Naval Institute of Hydrographic Surveying and Charting,Tianjin 300061,China

YANG Yongzhong(1969—),male,he

his doctorate from School of Geodesy and Geomatics, Wuhan University in December 2013,majors in marine geodetic survey．

P223

D

1001-1595(2014)04-0435-01

2013-02-19

歐陽(yáng)永忠(1969—),男,2013年12月于武漢大學(xué)測(cè)繪學(xué)院獲大地測(cè)量學(xué)與測(cè)量工程專業(yè)博士學(xué)位(指導(dǎo)老師:寧津生教授、黃謨濤教授),研究方向?yàn)楹Ｑ蟠蟮販y(cè)量。

OUYANG Yongzhong．On Key Technologies of Data Processing for Air-sea Gravity Surveys[J]．Acta Geodaetica et Cartographica Sinica,2014,43(4):435．(歐陽(yáng)永忠．?？罩亓y(cè)量數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵技術(shù)研究[J]．測(cè)繪學(xué)報(bào),2014,43(4):435．)

10．13485/j．cnki．11-2089．2014．0064

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