L_R海空重力仪测量误差补偿技术研究.pdf

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1、L&R海空重力仪测量误差补偿技术研究11，21，31黄谟涛,欧阳永忠,陆秀平，翟国君（1.海军海洋测绘研究所，天津300061；2.武汉大学测绘学院，湖北武汉430072；3.海军工程大学，湖北武汉430033）摘要：由于结构设计上的特殊性，L&R海空重力仪测量数据受动态环境因素影响特别明显。为了消弱各类误差源的影响，本文提出一种两阶段误差综合补偿方法，第一阶段采用相关分析法对仪器厂家标定的交叉耦合改正（简称CC改正）不足进行修正，第二阶段采用测线网平差对各类剩余误差的综合影响进行补偿。实际观测数据处理结果已经验证了该方法的有效性和可靠性。关键词：L&R海

2、空重力仪；交叉耦合改正；系统误差；相关分析；测线网平差1引言海空重力测量特别是海面船载重力测量经过几十年的发展，已经取得了相当大的进步，新型的观测仪器和定位手段已经使现代的海空重力测量精度提高到了2～3mGal甚至更高的水平。但是我们也看到，海空重力测量的精度即使是当今的最高水平也难与陆地重力测量相媲美，与测量环境和定位过程相关的某些不确定因素仍然制约着海空重力测量技术的发展与普及。由于受各方面条件的限制，目前我国各作业单位使用的海空重力仪绝大数都是从美国进口的L&R型仪器，它是由LaCoste&Romberg公司生产的第二代摆杆型海空重力仪，这种类型仪器

3、存在的主要[1]问题是测量结果受交叉耦合（Cross-Coupling）效应影响较大，可达±5到±40mGal。早期的这类仪器通常带有附加装置，用于测量作用在重力仪传感器上的扰动加速度，并由此直接计算出CC改正值；新一代重力仪则通过加速度计输出积分量来计算CC改正值。即使如此，CC效应改正误差仍然是摆杆型海空重力仪的主要误差源。为了提高海空重力测量成果的质量，多年来世界各国科研人员曾就海空重力观测数据后处理问题进行了大量的研究工作。LaCoste早在1973年就针对L&R型重力仪，提出了相应的CC效应改正公[2]式；StrangVanHees在处理北海地区

4、的海洋重力观测资料时，最早提出应用最小二乘配置法进行交[3]叉点平差；Prince提出将测量航迹线分为若干个直线段，并通过测线交叉点平差方法计算各个线段[4]的系统差改正数；Wessel和Watts在全面分析和评价全球海洋重力测量数据精度的基础上，提出利[5]用交叉点不符值信息推算不同航次的零点漂移改正数；Adiaout和Sarrailh在收集和处理日本周边地区的海洋重力测量资料时，提出使用所谓加约束条件的交叉点平差方法，来计算零点漂移和偏差改[6]正数。我国学者在海空重力测量数据处理研究领域也做出了突出贡献，黄谟涛曾从分析引起交叉点不符值的物理和几何因素

5、出发，提出了同时顾及重力测点误差直接影响和间接影响的联合平差方案[7]；1999年，黄谟涛等人在更广泛意义上进一步讨论了海洋重力测量中的交叉点平差问题，提出了自[8]检校测线网平差方法；根据工程化应用需求，黄谟涛等人又将自检校测线网平差方法简化为误差补[9][10][11][12]偿两步处理法；易启林、孙中苗和张涛等也曾就L&R型重力仪的CC效应改正问题进行过深入探讨，取得了比较丰富的研究成果。本文将在此基础上，提出一种基于相关分析和测线网平差的两阶段误差综合补偿方法，力求全面解决海空重力测量中的环境干扰问题。2L&R海空重力仪测量方程及误差分析L&R海空

6、重力仪测量空间重力异常基本方程式为：∆=+−−+++−ggffavvv()γ（1）ppV00HEF0式中，∆g为测点处的重力异常；g为比对基点处的绝对重力值；f和f分别为测点观测比力（即重p0p0力仪读数）和比对基点时的观测比力；a为载体的垂直扰动加速度；v为载体水平扰动加速度改正；VHv为厄特弗斯改正；v为测点空间改正；γ为正常重力。各项改正的数学模型可参见普通教科书，EF0700这里只列出观测比力的计算公式如下：'f=++GS()KBCC（2）p'式中，G为将重力计数单位换算为mGal的系数；S为弹簧张力；K为摆杆尺度因子；B为摆杆的运动速率；CC为交

7、叉耦合改正。L&R海空重力仪主要受到两种类型的交叉耦合效应影响，一种是由于仪器自身受到垂直加速度和水平加速度共同作用引起的附加重力扰动，这种影响对于摆式型重力仪来说是固有的，必须加以消除；另一种是由于仪器工艺制造和安装达不到理想情况而造成的，称为不完善交叉耦合效应。基于重力观测值经厄特弗斯改正后应与载体运动状态变化无关这样的基本事实，LaCoste将L&R型重力仪的[2]交叉耦合效应改正表示为如下运动参数的线性组合，并由相关分析法确定具体的组合系数：'''''''''''''2''2''CC=a+a+a+a<(z)>+a<(x)z>

8、12345（3）''2''2+a<(x)>+a<(y)>67式中，