零漂改正零漂改正對中國地殼運動觀測重力數(shù)據(jù)的處理

中國地殼運動觀測網(wǎng)絡(luò)相對重力聯(lián)測工作由LCR-G型重力儀施測。由于LCR-G型重力儀具有零漂率?。?lt;5 μGal/h）且基本呈線性的優(yōu)點，因此，傳統(tǒng)的重力網(wǎng)平差模型主要采用線性零漂的處理方法，即認為重力儀零漂率在觀測過程中保持不變，將其作為未知參數(shù)與測點重力值一并進行平差。然而實際外業(yè)測量中，其零漂的長期變化可能存在非線性。由于中國地殼運動觀測網(wǎng)絡(luò)觀測時間跨度大，在數(shù)據(jù)處理中將零漂率作為固定常數(shù)可能不合適。本文利用中國地殼運動觀測網(wǎng)絡(luò)2000年流動重力觀測數(shù)據(jù)，探討相對重力儀零漂的不同處理方法對重力網(wǎng)平差結(jié)果的影響。

零漂改正相對重力儀零點漂移

重力儀漂移是由彈簧張力的衰減及未被補償或未被屏蔽的外界作用引起的。為減弱或消除零點漂移對觀測數(shù)據(jù)的影響，一般采取往返閉合觀測的方式，即A－B－C…C－B－A的觀測順序，并要求閉合時間應盡量縮短。如果能適當控制漂移，便可以識別出較大的跳動，從而消除其影響。

零漂改正相對重力數(shù)據(jù)處理

（1）傳統(tǒng)平差模型

傳統(tǒng)平差模型將儀器的零漂改正放在平差過程中，其原始觀測數(shù)據(jù)經(jīng)過儀器格值系數(shù)改正、周期誤差改正、潮汐改正、氣壓改正、儀器高改正等預處理以后得到測點間的觀測段差，將段差作為平差元素，采用間接平差模型，即可得到觀測方程為：

v_ij=g_j-g_i d(t_j-t_i)-(g_j-g_i)

式中，v_ij為任意測點i、j之間的段差改正數(shù)；g_i和g_j為測點i、j的預處理重力值（不包括漂移改正）；t_i和t_j為i、j兩點的觀測時間；d為相對重力儀零漂率平差值；g_i和g_j為測點i、j的平差重力值。

（2）改進平差模型

改進的平差模型顧及到重力儀零漂長期變化的非線性，在數(shù)據(jù)預處理階段，按閉合觀測時間分段求取儀器零漂率并改正，將零漂改正后的預處理段差值作為平差元素，列出其觀測方程：

v_ij=g_j-g_i-(g_j-g_i)

式中，v_ij為任意測點i、j之間的段差改正數(shù)；g_i和g_j為測點i、j經(jīng)漂移改正后的預處理重力值；g_i和g_j為測點i、j的平差重力值。

零漂改正平差計算

利用相同的基準點及觀測數(shù)據(jù)，并賦以同樣的先驗中誤差及儀器觀測精度，分別利用兩種平差模型對觀測數(shù)據(jù)進行平差計算，結(jié)果見表1。

傳統(tǒng)模型的后驗中誤差和重力值平均中誤差均是改進模型的2倍，平差結(jié)果也相差較大。其原因可能是，由于存在個別儀器零漂率較大的段差，利用固定的平均零漂率直接計算會引入較大誤差，使得相應段差誤差較大，甚至成為粗差。為進一步驗證改進模型的優(yōu)劣，本文將傳統(tǒng)模型認為是粗差的觀測值刪除，并用傳統(tǒng)模型進行第二次平差，結(jié)果見表2。

由表2可以看出，利用傳統(tǒng)模型的平差結(jié)果消除數(shù)據(jù)中的粗差，并進行二次平差以后，平差精度較原始數(shù)據(jù)有了很大改進，但仍然低于改進模型，測點的平差重力值與改進模型結(jié)果的差異也大大減小。造成傳統(tǒng)模型誤差較大的原因，是部分測段儀器零漂率與其平均零漂率相差較大，按平均零漂率計算會導致該測段往返觀測自差及互差超限，這時通常會認為是由于儀器突跳導致；而由改進模型結(jié)果看來，這種零漂率的變化是儀器零漂特性的正常反映，只要適當?shù)剡M行零漂改正即可有效地消除其影響。

零漂改正是指為了克服傳統(tǒng)陸地重力梯度測量方法的不足，提出了利用兩臺或多臺具有電子讀數(shù)的相對重力儀測量重力梯度的同步觀測方法和相應的數(shù)據(jù)處理模型，該方法無需進行固體潮改正和零漂改正而直接求解重力差，垂直重力梯度實驗結(jié)果驗證了該方法的有效性。

重力梯度是重力位的二階導數(shù)，反映了地球重力場在全空間的變化率和水準面的曲率，具有比重力本身更高的分辨率，能夠更好地反映場源體的細節(jié)和探測地下物質(zhì)的分布及界面起伏等。重力垂直梯度是重力梯度張量中最重要的分量，主要應用于反演近地表異常物體、推求地球內(nèi)部重力。

零漂改正研究背景

眾所周知，地面相對重力儀的核心測量單元彈性元件(彈簧)均存在零點漂移，這是重力測量中不可避免的現(xiàn)象。他受溫度、氣壓、電磁力、彈性元件蠕變和彈性疲勞等不穩(wěn)定因素的影響，消除零漂保證重力儀的測量精度是一個復雜的問題。為了使彈簧減少非線性移動和降低漂移率，主要采取的措施：一方面研制和選用高質(zhì)量的彈簧，提高重力儀整體制造的工藝水平；另一方面采用恒溫和自動溫度補償裝置，提供穩(wěn)定的內(nèi)在測量環(huán)境。通過這些改進，使彈簧的零漂變小并努力做到使它與時間保持線性關(guān)系，就可以使用前、后校數(shù)據(jù)對中間的測量數(shù)據(jù)做零漂校正，最后實現(xiàn)提高重力儀的測量精度水平。GT航空重力儀結(jié)構(gòu)、重力傳感器設(shè)計以及測量實現(xiàn)過程雖然不同，但航空重力儀的敏感單元與彈簧類似，同樣也存在這種零漂現(xiàn)象。我國資源型航空重力測量使用的是引進俄羅斯GT-1A航空重力儀，但由于GT-1A航空重力儀量程小、抗顛簸能力差等原因，造成飛行生產(chǎn)效率低下。中國國土資源航空物探遙感中心通過與GT公司合作，將現(xiàn)有的GT-1A型升級到GT-2A型，升級后的航空重力儀具有更大的動態(tài)范圍(±1g)和更低的噪聲水平。GT航空重力儀均設(shè)計了二級溫控系統(tǒng)，溫控精度不大于0．01°C，重力傳感器處在一個精度更高的恒溫環(huán)境中，24h漂移不大于5mGal/day。GT航空重力儀通過重力傳感器精密設(shè)計和高精度溫控系統(tǒng)的使用，控制了傳感器大部分的非線性漂移，使通用零漂改正方法在航空重力測量中變得可行。

航空重力儀內(nèi)部溫控精度雖然很高，但是傳感器單元受外界環(huán)境溫度變化還是比較敏感，尤其在夏、冬兩季，外界極端的高、低溫度和劇烈的溫差變化下，溫控溫度發(fā)生細微的變化，就會連鎖反應到重力傳感器敏感元件的測量中。發(fā)現(xiàn)這種重力值變化與外界溫度以及儀器內(nèi)部多級溫控之間都存在一定的規(guī)律。筆者對傳感器靜態(tài)測量數(shù)據(jù)進行固體潮改正和零漂改正后，使用一元線性回歸方法對初步改正過的靜態(tài)數(shù)據(jù)和儀器溫控數(shù)據(jù)建立回歸方程進行處理。這種方法研究了傳感器測量值和溫度之間的關(guān)系，提高了處理航空重力儀靜態(tài)數(shù)據(jù)的精度水平。筆者探討了影響傳感器測量精度的關(guān)鍵因素并改進了零漂改正方法，對下一步實際應用擬合方法進行動態(tài)測量中的零漂改正建模研究，具有很好的借鑒意義。

零漂改正最小二乘零漂改正

靜態(tài)數(shù)據(jù)經(jīng)固體潮改正后，數(shù)據(jù)零漂特征幾乎沒有被改變，為了與儀器腔體內(nèi)的溫度做相關(guān)性分析，還需要去除零漂現(xiàn)象。此處的零漂改正方法使用常規(guī)公式，根據(jù)i和j已知點，推算n=1，2，…，N，所有點的零漂改正值，公式如下:

如果直接進行首、尾點零漂改正的精度為0.42 mGal，改正后也會使首、尾數(shù)據(jù)點相等而拉成水平走勢。使用最小二乘零漂改正的精度略有改善，但這不是主要的，最終目的是為了使這組數(shù)據(jù)與儀器腔體溫度變化呈現(xiàn)出更好的一致性。假如靜態(tài)數(shù)據(jù)做完固體潮改正后，與溫度走勢吻合度較好，也可以跳過最小二乘零漂改正這一步。

零漂改正研究結(jié)論

筆者采用相關(guān)性分析方法對航空重力儀靜態(tài)數(shù)據(jù)中的擾動量與儀器腔體內(nèi)溫度數(shù)據(jù)進行了研究，獲得兩者之間具有較強的相關(guān)性，并建立了合理可靠的回歸方程，最終改正后的重力靜態(tài)數(shù)據(jù)標準差精度有了很大的提高。這對深入理解傳感器零漂改正處理方法和應用于動態(tài)測量數(shù)據(jù)中的零漂改正預測研究具有實際意義。

航空重力儀結(jié)構(gòu)復雜，實際的測量環(huán)境也是變化無常。一方面二級溫控系統(tǒng)控制了傳感器大部分的非線性漂移，但也不排除偶發(fā)的非線性突變現(xiàn)象；另一方面，重力傳感器的零漂現(xiàn)象不僅受溫度影響，還可能受氣壓、機載振動等因素的干擾。如何建立一個更加合理的多元線性回歸模型或者非線性回歸模型，還有待于進一步開展深入研究。 2100433B

主要是溫度對三極管的影響。溫度的變化會使三極管的靜態(tài)工作點發(fā)生微小而緩慢的變化，這種變化量會被后面的電路逐級放大，最終在輸出端產(chǎn)生較大的電壓漂移。因此，零點漂移也叫溫漂。

測深儀誤差改正是根據(jù)每天現(xiàn)場比對的結(jié)果，進行誤差改正，誤差不大時，一般就在現(xiàn)場調(diào)節(jié)測深儀的零線至正確位置，使測深儀所測水深與水砣所測水深取得一致，這樣在整理外業(yè)時不須再行改正。如必須改正時，按下述方法測深儀所測水深大于水砣所測水深時，測測深儀讀數(shù)改正值的符號是負；測深儀所測水深小于水砣所測水深時，測深儀讀數(shù)改正值的符號是 。例：測深儀所水深是8.5米，水砣所測水深是8.0米，求測深儀讀數(shù)改正值，兩者相差0.5米，測深儀水深大于水砣水深，改正值的符號是負，故而測深儀讀數(shù)改正值是-0.5米。測深儀所測水深是7.8米，水砣所測水深是8.0米，兩者相差0.2米，測深儀水深小于水砣水深，改正值的符號是 ，故而測測深儀讀數(shù)改正值是 0.2米。