一种应用于船载重力仪的格值校正方法与流程

本发明属于船载重力仪观测数据系统差校准及数据处理的应用领域，具体说是一种应用于船载重力仪的格值校正方法。

背景技术：

作为地球重力测量学研究的重要组成部分，海洋重力测量为研究地球形状和地球内部构造、保障航天和远程武器发射、勘探海洋矿产资源等提供重力资料。船载重力仪作为海洋地球物理调查的关键核心设备，除受外界坏境及现场操作人员水平等因素影响会引起各种系统和偶然误差外，往往在设备使用过程中，船载重力仪本身的格值精度也会发生变化。

此前受造船技术及船舶续航等因素影响，海洋重力调查主要集中在近海区域，往返统一港口或是就近的港口，重力仪格值在购买之初也会由重力仪生产商标定给出。在实际调查过程中，通过往返母港的方式可以轻易判别船载重力仪的零点漂移情况，但是格值是否正确及其精度如何往往容易被主观忽略。随着全球深远海航次的逐年增多，越来越多的航次在调查过程中需停靠多个码头，客观上具备长基线观测的条件及要求。

目前国内海洋重力调查仍大范围使用国外的海洋重力仪，传统方法是将重力仪运回至生产地进行校准或选取陆地的两个长基线点进行校准，然而船载重力仪作为一种精细的仪器设备极为容易在搬运途中受碰撞等因素影响，导致格值的二次变化。随着科学技术的不断发展，深远海重力调查越来越普遍，中间往往会停靠一个或多个码头，基于这种情况，传统方法并不能有效解决实际问题，故而本方案提出一种基于多港口停靠的重力数据模型的船载重力仪格值校正方法。

技术实现要素：

本发明提出一种应用于船载重力仪的格值校正方法，基于船载重力仪往返启航/返航港且中途停靠补给港的重力数据资料为数学模型，校正计算单个航次内船载重力仪的格值，有效消除由格值误差引起的误差，并获得高精度的航次调查成果数据。

本发明是采用以下的技术方案实现的：一种应用于船载重力仪的格值校正方法，包括以下步骤：

步骤s1、以船载重力仪往返启航/返航港且中途停靠补给港的重力数据为基础数学模型，建立观测重力值的误差补偿校正模型，以对观测重力值进行误差补偿；

步骤s2、基于补偿后的观测重力值与绝对重力值的对应关系求取格值，并对船载重力仪数据进行补偿。

进一步的，所述步骤s1中对观测重力值进行误差补偿时具体包括以下步骤：

步骤s11、分析并分别获得启航码头、补给码头和返航码头的重力观测点与对应的各码头基点由于纬度变化导致的正常重力场值变化；

步骤s12、将启航码头重力观测数据归算至重力基点高程面，得到归算后的启航码头的重力基点处的重力仪数据。

进一步的，所述步骤s11具体通过以下方式获得由于纬度变化导致的正常重力场值变化：

gl＝0.000814*sin2l*dl

其中：其中：dl为船载重力仪与基点的南北向距离，单位为米(m)；a为码头(启航码头、补给码头和返航码头)与正北方向夹角，rad；gl为正常重力场变化，10^-5m/s²；l为重力观测点纬度，rad。

进一步的，所述步骤s12中，采用以下公式进行计算：

g基启＝g启+0.3086*h/k0+gl/k0

其中：h为船载重力仪重心到基点的高度，单位为米(m)；a为船左舷到水面距离，单位为米(m)；b为船右舷到水面距离，单位为米(m)；c为船载重力仪重心到甲板的距离，单位为米(m)；d为码头重力基点到水面距离，单位为米(m)；g启为启航码头的重力观测值，格；g基启为归算到重力基点处的重力仪数据，格；k0船载重力仪原始格值，10^-5m/s²/格。

进一步的，所述步骤s2具体包括以下步骤：

步骤s21、基于步骤s1分别分析获得补给码头和返航码头归算至重力基点处的重力仪数据g基补和g基返，采用启航码头和返航码头的重力观测数据计算获得零点漂移率，并补偿补给码头的观测重力值g；

步骤s22、计算获得船载重力仪格值k：

其中：k为执行本次计算之后的船载重力仪格值，10^-5m/s²/格；g绝启、g绝补分别为启航码头和补给码头基点处的绝对重力值，采用绝对重力仪直接测得。

进一步的，所述步骤s21具体采用以下方式分析：

其中：t1、t2、t3分别为重力观测值g启、g补、g返的观测时间，g补为补给码头的重力观测值，g返为返航码头的重力观测值。

进一步的，所述步骤s2之后还包括：

步骤s3：基于步骤s2获得的格值，采用多次迭代步骤s1至步骤s2的方式求取更新后的格值，直至相邻两次迭代所得到的格值k的差值绝对值小于允许误差为止，进而得到校正后的格值。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

本方案以船载重力仪往返启航/返航港且中途停靠补给港的重力数据资料为基础数学模型，建立观测重力值的误差补偿校正模型，以对观测重力值进行误差补偿；并基于补偿后的重力观测值与绝对重力值的对应关系求格值，并对船载重力仪数据进行补偿；能够消除由格值误差引起的系统误差，并获得高精度的航次调查成果数据，对海洋地球物理调查，尤其是深远海航次的海洋重力测量具有重要指导价值和实践意义。

附图说明

图1为本发明实施例中的船舶往返及基点比对示意图；

图2为本发明实施例中格值校正前船测数据与卫星数据对比图；

图3为本发明实施例中格值校正后船测数据与卫星数据对比图。

具体实施方式

为了能够更清楚的理解本发明的上述目的和优点，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细地描述，需要说明的是，本实施例中，启航港和返航港可以是同一港口，也可以是绝对重力值差值较小的两个不同港口；启航码头为启航港内的某一码头，返航码头和补给码头同理。

本实施例提出一种应用于船载重力仪的格值校正方法，包括以下步骤：

步骤一、以船载重力仪往返启航港且中途停靠补给港的重力数据资料为基础数学模型，建立观测重力值的误差补偿校正模型，以对观测重力值进行误差补偿，具体包括以下步骤：

(1)分析并分别获得启航码头、补给码头和返航码头的重力观测点与对应的各码头基点由于纬度变化导致的正常场值变化：

gl＝0.000814*sin2l*dl

其中：dl为船载重力仪与基点的南北向距离，单位为米(m)；a为码头(启航码头、补给码头和返航码头)与正北方向夹角，rad；gl为正常重力场变化，10^-5m/s²；l为重力观测点纬度，rad。

(2)将启航码头(重力观测值g启)重力观测数据归算至重力基点高程面，采用如下公式计算：

g基启＝g启+0.3086*h/k0+gl/k0

其中：h为重力仪重心到基点的高度，米(m)；如图1所示，a为船左舷到水面距离，米(m)；b为船右舷到水面距离，米(m)；c为重力仪重心到甲板的距离，米(m)；d为重力基点到水面距离，米(m)；g基启为归算到重力基点处的重力仪数据，格；k0重力仪原始格值，10^-5m/s²/格。

步骤二、基于补偿后的观测重力值与绝对重力值的对应关系求取格值，并对船载重力仪数据进行补偿，具体包括：

(3)按照步骤(1)和步骤(2)分别计算补给码头(重力观测值g补)、返航码头(重力观测值g返)归算至重力基点处的重力仪数据g基补和g基返，采用启航港和返航港的重力观测数据计算获得零点漂移率，并补偿计算在补给码头的观测重力值g，具体如下：

其中：t1、t2、t3分别为重力观测值g启、g补、g返的观测时间。

(4)计算船载重力仪格值：

其中：k为执行本次计算之后的船载重力仪格值，10^-5m/s²/格；g绝启、g绝补分别为启航码头和补给码头基点处的绝对重力值，可采用绝对重力仪直接测得。

步骤三、步骤(3)在计算归算到重力基点处的重力仪数据时采用的时原始的重力仪格值k0，经过步骤(4)计算后重力仪格值更新为k。基于获得的最新格值k，采用多次迭代步骤(1)至步骤(4)的方式直至前后两次计算的格值k的差值绝对值小于10^-5×10^-5m/s²/格时停止迭代。

本方法可应用于重力仪零点漂移线性符合国标调查要求且停靠两个及以上的船载重力调查或格值校正航次。在实际应用中，通过启航和返航码头的零点漂移控制，完成测区数据处理时，发现与卫星重力数据存在过大的系统差，借由此推断重力仪格值不准等问题。通过该方法能明显去除对应的系统差，有效弥补航次数据的不足。

本方案考虑到重力仪格值在深远海重力调查过程中可能存在的系统性偏差，利用执行外业调查航次的船载重力仪在往返各个码头之间的重力数据差异校正船载重力仪格值，并利用sandwell和smith的1′×1′网格化数据(版本v27.1)对该方法的合理性进行了验证，以某航次船测数据格值校正为例，见附图2、图3所示。格值校正前，船测数据与卫星数据存在明显系统差(图2)，采用本专利提出的方法进行格值校正后船测数据与卫星重力数据拟合良好(图3)，且船测数据携带大量卫星数据缺失的高频信息。该试验表明该方法能明显补救由于格值错误导致的系统性偏差，且随着远洋环球航次的逐年增多，易于实现，能够满足船载重力测量用户的需求。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。