惯性技术视角下动态重力测量技术评述(一)比力测量与载体动态的影响

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1、第34卷第3期海洋测绘Vol.34，No.32014年5月HYDＲOGＲAPHICSUＲVEYINGANDCHAＲTINGMay，2014DOI:10.3969/j.issn.1671－3044.2014.03.020惯性技术视角下动态重力测量技术评述(一):比力测量与载体动态的影响常国宾，李胜全(海军海洋测绘研究所，天津300061)摘要:重力测量系统中测量的重力，即重力加速度，是一种特殊的加速度，因而重力传感器是一种特殊的加速度计。在动态场合，现代重力仪一般采用基于陀螺仪构建的各种平台为重力传感器提供姿态基准。因此采用加速度计

2、和陀螺仪这些惯性元件的动态重力测量系统可以看做是惯性技术的一种具体应用。从惯性技术的角度对动态重力测量的理论和现状进行了分析。首先介绍了在地球表面附近进行重力测量时涉及的参考坐标系。然后详细推导了动态重力测量的基本理论，即比力测量理论，指出比力方程是动态重力测量和惯性导航的共同基础。最后对不同载体对动态重力测量系统的影响与要求进行了分析。关键词:重力测量;惯性技术;比力;重力仪;惯性导航系统;加速度计;Corioris效应;Etvs效应中图分类号:P223文献标志码:A文章编号:1671-3044(2014)03-0077-0

3、6等地区静态重力测量难以实施。而动态重力测量则1引言可以与静态重力测量形成较好的互补，虽然目前还地球重力场是地球的一种基本物理场。地球重不能达到静态重力测量的精度水平，但可以非常高力场的确定对大地测量学、空间科学、地球物理学、效地完成静态重力测量难以实施地区的重力测量任地球动力学、海洋科学、资源勘探以及现代军事等学务，对重力场的中、低频分量进行高效测定。［1－2］科都具有重要意义。根据测量载体的不同，动态重力测量可以分为车按照所测量物理量的不同，重力测量可以分为标载、船载、机载和星载重力测量。其中星载重力测量，量重力测量、矢量重力

4、测量与重力梯度测量，分别测或者卫星重力测量提供了一种可覆盖全球的、高效的量重力的垂向分量(或重力的幅值)、三维重力矢量重力测量手段。目前国际上已经开展了多项卫星重(成果形式通常为东西、南北向垂线偏差和重力异力测量计划，如CHAMP、GＲACE和GOCE等，其重力常)与重力场的空间导数(即重力位势函数的二阶空测量精度可以达到几mGal，分辨率可以达到100km，［3］间导数)。其中，根据测量方式的不同，标量重力测量对恢复低频段的重力分量具有重要意义。然而卫又可以分为绝对重力测量与相对重力测量，前者测量星重力测量对中高频段的重力测量无

5、能为力，在精度的是重力的绝对数值，后者是某点的重力相对于某一方面，其提供的信息也不能满足资源勘探、军事应用重力基准点的差值;根据成果形式的不同，重力梯度等领域的要求。而在地球表面附近实施的车载、船载测量又有全张量和部分张量重力梯度测量之分。和机载重力测量可以有效地覆盖静态重力测量之高按照重力测量的基座是否处于动态，重力测量频与卫星重力测量之低频之间的中频频段。可分为静态和动态重力测量。在传统静态重力测量除了所反映重力的频段不同外，基于不同载体中，一方面重力传感器及其姿态基准可以得到充分的动态动力测量在原理上也不尽相同。卫星重力测的

6、稳定，从而达到很高的精度，另一方面可以布设任量可以通过如下方式实现:卫星测高反演重力，卫星意密度的测量点，从而得到重力场各频段的分量，特地面跟踪重力测量，卫星跟踪卫星重力测量，重力梯别是高频分量。然而静态重力测量最大的问题在于度测量，等。而地球表面附近实施的车载、船载和机效率和适用性。静态重力测量需要作业人员逐点测载动态重力测量一般采用各种重力仪进行直接的重量，是个费时又费力的工作，而且在山区、林区、海洋力测量。本文所指为狭义的动态重力测量，仅指在收稿日期:2014-03-24;修回日期:2014-04-24基金项目:国家自然科学

7、基金(41374018)。作者简介:常国宾(1984-)，男，山东荷泽人，工程师，博士，主要从事组合导航、重力测量、航天器姿态估计和最优估计理论研究。78海洋测绘第34卷车辆、船舶和飞机上实施、采用重力仪的、直接的重因而可以认为，采用惯性元件，即加速度计和陀力测量技术，各种卫星重力测量技术，尽管被广泛研螺仪，构建的各种动态重力测量系统是惯性技术的究且具有广阔前景，由于原理不同，暂不在本文研究一种具体应用。范围内。根据牛顿定律，物体运动状态由其受力决定，物各种重力仪或重力测量系统的核心元件是重力体所受合力由引力和非引力两部分组成，而

8、各种重传感器。重力传感器，与其说是对重力进行测量，不力传感器或者加速度计能够直接测量的是物体受力如说是对某种加速度进行测量，通过对直接测量的中的非引力部分。如弹簧，根据胡克定律，测量的是某种加速度进行补偿、改正等处理，才可以得到重弹簧对物体施加的弹