俄罗斯首次采用捷联式重力仪开展航空重力测量的成果
German Igorevich Brovkin
GNPP Aerogeofizika股份公司
近几十年来，航空重力测量已成为研究重力场的一种可靠且相对经济的地球物理方法[Mogilevsky等，2015]。其特点源于必须在飞行中的航空器上开展测量，并对所用仪器提出特定要求。采用陀螺稳定平台的航空重力仪得到了广泛应用：通过多种技术方案组织观测系统，以尽量减小扰动加速度及其他干扰对系统主要测量元件——垂直加速度计——读数的影响。捷联系统采用了根本不同的测量方式：观测时，三个相互正交的加速度计记录加速度分量（地质信号与载体加速度的叠加），陀螺系统则记录各观测点相对于当地铅垂线的偏角。通过处理这些数据，可以转换加速度分量并提取其垂直分量[Vyazmin, 2019]。捷联式航空重力仪无需稳定系统，因此可减小质量和几何尺寸，进而拓宽可使用的航空器范围。此类仪器用于测量重力场增量已有20余年[Glennie, 2000]；本报告介绍俄罗斯首次使用新一代捷联式航空重力仪的经验。
2020年10–11月，Aerogeofizika公司采用两套航空重力测量系统开展了同期野外观测：GT-3（俄罗斯Gravtechnology有限责任公司）[GT-1A（GT-2A）重力仪，2011]和一套捷联系统。本文讨论所得资料的处理、比较和质量评价结果。数据处理。各套仪器系统测量资料的初步处理充分考虑了各观测数据集的特点，并采用多个方案。GT-3重力仪资料的重力增量采用窗口为80和100 s的卡尔曼滤波器计算。捷联系统资料的滤波则采用处理参数β为5和10 km的方案。
随后按以下
处理流程计算重力异常：
- • 计算经自由空气校正的重力异常；
• 计算密度为2.67 g/cm3的地形质量体的重力场，
并进行低通滤波。
• 计算布格重力异常； - • 利用联络网进行观测数据统计平差（调平），并在测线与联络线交点处
评估精度； - • 采用AirGrid程序校正残余扰动加速度[Mogilevsky等，
2010]。
除因测量特点造成的少数例外，各数据集均采用相同的处理程序参数。最终阶段评价了所得资料的质量[Mogilevsky等，2018]。每个处理方案均计算两个表征精度的量：基于内部符合性的异常差值均方根偏差（RMSD）[Sander等，2002]，以及测线与联络线交点处布格异常的均方根偏差。
沿测量航线绘制不同重力仪测得的重力场，可对其进行定性分析（图1）。不同仪器数据差值的最大均方根偏差为±0.91 mGal。总体而言，所得异常相似，主要差别在于最高频成分。航空重力数据处理的主要成果是重力异常模型，其中残余扰动加速度的影响被最小化或得到完全校正。图2显示了经过完整处理流程的布格异常网格图像。与一维情况一样，不同类型航空重力仪资料的总体相似性肉眼可见，但也可观察到新的规律：重力模型中可见的细节数量从左至右（从А到Г）依次增加。这些要素在突出场的高频成分的变换中尤为明显。不同仪器系统所得场模型之间的最大均方根偏差为±0.81 mGal。在频谱域中可以看出，空间周期为3–5 km的部分异常在捷联系统资料中表现得更清楚，尤其是在β=5 km的处理方案中。
结论
捷联式航空重力测量系统的同期野外试验，在工作区内获得了符合质量要求的重力场增量测量数据，并在内业完成了资料的最终处理。不同重力仪资料的比较表明，其总体相似。最终阶段评估了异常重力场最终模型的精度。研究期间，莫斯科国立大学控制与导航实验室人员开发并成功试用了处理新型捷联式航空重力仪数据的专用软件。
参考文献：
• GT-1A（GT-2A）重力仪。简明培训手册。莫斯科：Gravimetric Technologies科技
企业封闭式股份公司，2011。120页；
• Mogilevsky V. E.、Brovkin G. I.、Kontarovich O. R. 航空重力测量的成就、特点与问题
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• Mogilevsky V. E.、Brovkin G. I.、Smirnov A. S.、Prozorova G. V. 航空重力测量数据的误差评价
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• Glennie C.L., Schwarz K.P., Bruton A.M., Forsberg R., Olesen A.V., Keller K. A comparison of
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• Mogilevsky V., Kaplun D., Kontarovich O., Pavlov S. Airborne Gravity in Aerogeophysica Inc.
IAG Symposium on Terrestrial Gravimetry: static and mobile measurements, SaintPetersburg.
2010. Pp. 42-46.
• Sander S., Ferguson S., Sander L., Lavoie V. Measurement of noise in airborne gravity data
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• Vyazmin V.S., Bolotin Y.V. Two-dimensional kalman filter approach to airborne vector
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