歐陽永忠

海軍海洋測繪研究所,天津 300061

?？罩亓y量數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵技術(shù)研究

歐陽永忠

海軍海洋測繪研究所,天津 300061

?？罩亓y量是以艦船或飛機(jī)為載體,應(yīng)用重力儀(或加速度計)測定海面或近地空中重力加速度的重力測量方法,是目前獲取地球重力場中高頻信息的兩種主要技術(shù)手段。本文主要圍繞?？罩亓y量運(yùn)動載體精密定位、動態(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)研究了海空重力測量觀測模型,完善了航空重力測量動態(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)量重力測量的觀測方程;針對L&R型重力儀,逐一建立了?？罩亓y量動態(tài)環(huán)境效應(yīng)改正的精密計算模型;發(fā)現(xiàn)并糾正了當(dāng)前國內(nèi)外機(jī)構(gòu)和學(xué)者使用航空重力測量厄特弗斯改正公式存在的錯漏問題,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)的計算誤差;從理論上證明了當(dāng)前國際上推薦使用的3種水平加速度改正模型的等價性,采用實(shí)際航空重力測量數(shù)據(jù),對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)研究了海空重力測量運(yùn)動載體精密定位技術(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量的可行性和有效性。研究探討了GPS PPP定位模型的選擇問題,提出采用遞歸最小二乘估計方法進(jìn)行定位待估參數(shù)解算,同時提出了基于抗差最小二乘估計的PPP定位測速與載體加速度的確定方法,并利用多型多套?？罩亓x同機(jī)測試數(shù)據(jù)進(jìn)行了數(shù)值計算和分析比較。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0．3 mGal。

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

(4)研究了?？罩亓y量誤差分析處理與精度評估技術(shù)。發(fā)現(xiàn)并糾正了現(xiàn)行海空重力測量重復(fù)測線精度評估公式的錯誤,推導(dǎo)了重復(fù)測線內(nèi)符合精度評估新公式;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?？罩亓y量誤差補(bǔ)償分解為交叉點(diǎn)條件平差和測線濾波與推估兩個階段,簡化了測線網(wǎng)平差計算過程,有效

提高了平差計算的穩(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測量誤差綜合補(bǔ)償模型,形成了完善的?？罩亓y量誤差處理技術(shù)方法體系。(5)研究了航空重力測量數(shù)據(jù)向下延拓技術(shù)。提出采用截斷奇異值(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)立于觀測數(shù)據(jù)、基于外部數(shù)據(jù)源的向下延拓新思路。針對海域重力場變化相對平緩的特點(diǎn),提出了利用衛(wèi)星測高重力向上延拓和超高階位模型直接計算海域延拓改正數(shù)的兩種方案;針對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題,提出了聯(lián)合使用位模型和地形信息計算延拓改正數(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量向下延拓的總改正數(shù),從而實(shí)現(xiàn)航空重力測量數(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題,有效簡化了向下延拓的計算過程和解算難度,提高了延拓計算精度。(6)研究并改進(jìn)、拓展了地球重力場多源觀測數(shù)據(jù)融合技術(shù)。在對融合多源重力數(shù)據(jù)的傳統(tǒng)配置法計算模型進(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)計法和解析法的內(nèi)在關(guān)聯(lián)與差異,特別針對同類多源重力數(shù)據(jù)融合問題,提出了融合多源重力數(shù)據(jù)的純解析方法。(7)集成設(shè)計并開發(fā)了功能較完善的?？罩亓y量作業(yè)與數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了海空重力測量從測前設(shè)計、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

歐陽永忠(1969—),男,2013年12月于武漢大學(xué)測繪學(xué)院獲大地測量學(xué)與測量工程專業(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．(歐陽永忠．海空重力測量數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵技術(shù)研究[J]．測繪學(xué)報,2014,43(4):435．)

10．13485/j．cnki．11-2089．2014．0064

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