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前蘇聯和俄羅斯航空重力研究綜述

張玉軍

前蘇聯科學文獻中關於航空測量重力加速度的最早報道是在1963年,1974年4月在東裏海上空成功進行了野外試驗。使用的飛機是ил-14,* *完成了6300線公裏的飛行。該儀器為數字紙帶打孔記錄儀,由六條記錄軌道組成,分別記錄弦重力儀、弦垂直速度計、弦水平加速度計、飛機傾斜和俯仰檢測器、氣壓高度表、無線電高度表和電子溫度計,以及無線電大地測量的接收和顯示。系統功率450瓦,總重量120公斤。在實驗中,實際安裝了三臺重力儀,三臺重力儀都使用萬向軸鉤(也稱為萬向懸掛подвескар)在三臺垂直速度弦長計(сивсструныйизмери)的幫助下使用中央垂直陀螺儀(цгв-4 —центральнаяги?е)通過氣壓測量確定絕對飛行高度,氣壓通過弦長氣壓計(бсструныйбаромее)確定。使用具有頻率輸出的電子溫度計測量外部空氣的溫度。這些儀器的數字信息每隔15秒記錄在穿孔帶上。此外,重力儀、垂直速度計和水平加速度計的輸出被模擬並在筆式微安表上連續監測和記錄。

每次飛行前後,在巴庫機場讀取三臺重力儀,作為航空重力測量的基準。野外試驗時,三臺重力儀的零點漂移分別為-0.8、0和+0.2毫克/晝夜。野外工作結束返回莫斯科時,將重力測量值與沿途停靠的機場各參考點的重力值進行對比,以評估三臺重力儀的精度。沿途十壹次停靠機場的重力差G在6544範圍內變化。飛機上升到全高度(1.5 ~ 3km)飛出壹條直線時,開始每架次的重力儀記錄。從紙帶處理到發現重力異常的全過程由計算機完成,計算程序包括以下步驟:

(1)計算(t+15 ~ t+30)秒時間段內各重力儀的加速度差。

張玉軍論地質勘探新方法

式中,fucx——機場重力儀的參考讀數;Crp——重力儀網格值,毫伽/格。(2)計算(t+15 ~ t+30)秒時間段內由於飛機垂直運動產生的重力修正值。式中,CF和CM——垂直速度弦長計CUBC的常數;

張玉軍論地質勘探新方法

p .th——飛行高度的氣壓和空氣絕對溫度;

TTP——在CUBC接頭處飛機輸送管中空氣的絕對溫度。

根據頻率S6和線氣壓表的常數參數P來計算。和β按下式求PH壓力值。

PH=Po+β(S6)2

根據電溫度計的輸出信號頻率θT和參數To、ξ,按下式計算TH溫度值。

TH=ζInθ1-To

(3)根據以下公式計算每個時間段內得到的△G(3D)和△ GZ (3D)值的15個相鄰點的加權平均值。這相當於在T=180秒和τ60秒的時間段內取兩次讀數的平均值。

張玉軍論地質勘探新方法

(4)然後對平均值進行由於重力儀標度的非線性引起的二階校正和由於水平加速度的影響引起的布朗校正。

二級校正公式為

是近似常系數。

布朗修正公式是

張玉軍論地質勘探新方法

根據眾所周知的氣壓公式計算飛行高度,也進行加權平均計算。根據無線電大地測量的數據,計算地理坐標值φ和λ,以及Ivey改正δgэ,當然需要加權平均,最後進行地形改正,找出重力異常值。

將得到的重力異常值與水下重力測量和部分艦船重力測量結果(換算成飛行高度)進行對比。在ил-14飛機上進行航空重力測量得到的重力異常中誤差為6.3毫伽,每次飛行的系統誤差在-10至+4毫伽之間。導致系統錯誤的因素如下。另外,水平加速度修正不夠準確。試驗結論強調,下壹步應在陀螺平臺上安裝重力儀,提高絕對高度測量的精度。

二是利用直升機進行飛行重量測試。

前蘇聯從1977開始直升機機載重量的試驗研究,此後十幾年做了大量工作。測量直升機的機載重量有三種方式:懸停和吊掛測量;直升機水平飛行測量:直升機懸停測量。

1.懸停和懸掛測量

當直升機懸停時,重力儀下降並沈入底部進行測量。該試驗由蘇聯民航局、所有蘇聯航空公司進行,由國家經濟研究所(внипанхгавсесоюзн)和法律研究所(вниеоизиа)合作進行。在眾多可能的應用領域中,俄羅斯更關註極地應用,但這些討論僅局限於極地淺水區。

(2)基輔工業大學

(3)機載重量的精度、各種誤差譜的分析和機載重量數據的處理是後期研究工作的重點[20-26]。特別是пантелеввл。(可能是前蘇聯國家天文研究所的教授гаиш-го。通常采用觀測柱的數字頻譜分析,認為航重結果的精度首先取決於測高的精度。

(4)1991年,莫斯科大學科學家將慣性導航技術應用於航空重力測量,組成了INS(慣性導航儀)、GPS/GLONASS接收機和氣壓高度計。這項技術采用了俄羅斯航天技術的成果和Oleg S.Salychev教授首先開發的非常規數據處理方法,INS/GPS集成(ISS)系統使用俄羅斯制造的I-21慣性導航系統,I-21包括安裝在穩定陀螺平臺中的高精度傳感器。它實現了三軸四框架平臺的功能,配備了兩個浮動陀螺儀和三個浮動加速度計。I-21配有兩個內置高速處理器,用於導航。lNS數據的數字輸出包括壹個

PC接收並提供以下導航參數:兩個坐標、兩個速度、四個角度(俯仰、橫滾、航向、陀螺偏航角)和INS時間。整套設備的重量不得超過30公斤。啟動模式(10分鐘)功耗小於1.5 kW,PC/INS數據通信由特殊信號設置,實現INS/GPS數據精確同步。制作了高靈敏度的重力儀&加速度計,並安裝在慣導系統的陀螺固定平臺上。該單元完全獨立於任何其他INS硬件,並使用其電源進行數據輸出。重力儀的輸出速率為1 Hz。

1992年,俄羅斯科學家與加拿大科研人員合作,將該系統安裝在塞斯納310、國王航空C-90等飛機上,並在加拿大卡爾加裏、艾伯特波諾卡油田等地開展了大量航空重力測量實驗。在1997期間,使用Do-228飛機在北極進行了航空重力測量。1999年,美國內華達州,使用塞斯納-206飛機進行航空重力測量,對於2 km的異常,測量結果小於0.5 ~ 1.0 mgal。該系統適用於輕型飛機。並且可以在復雜的天氣條件下飛行,測量不受影響。

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本文是國土資源航天中心地球物理勘探部2000年在前蘇聯進行的航空重力測量。文獻檢索時限為1963 ~ 2000。