航空重力测量数据向下延拓理论和算法研究

摘要

地球重力场反映了地球表层及内部的物质密度分布和运动状态，为地球物理学、地质学、地球动力学、海洋学、卫星导航定轨等相关学科提供精密的地球重力场模型支持，也为解决人类面临的环境、资源、气候变化和自然灾害等问题提供基础地球空间信息，因此地球重力场的研究具有重大的科学研究和现实应用的意义。
　　目前获取地球重力场信息的手段主要有地面重力测量、船载重力测量、航空重力测量、卫星重力测量等。其中，航空重力测量相比于其它重力测量手段，具备可测范围大、成本低、效率高、精度高等优势，正逐渐成为最主要的获取重力场信息的方式。
　　航空重力测量得到的是在飞行航线高度上的重力测量值，实际应用中需要的是地面或大地水准面上的重力值或其它重力场参数，因此须将其向下解析延拓到地面或大地水准面上。然而航空重力测量数据向下延拓是一个病态问题的求解，方法或参数选取不当很容易造成误差放大，因此不同地区、不同航空飞行高度下选取合适的延拓方法和参数变得极为重要，一般需要将常用的方法进行研究、分析和实际计算，通过对结果的分析和比较各方法的优点和不足，从而确定最为理想的向下延拓的方法。
　　本文的主要工作及创新点主要体现在以下几个方面:
　　(1)概述地球重力场研究的作用和重要性，系统总结了国内外航空重力测量发展现状和航空重力测量数据向下延拓方法的研究现状。
　　(2)详细研究了地球重力场的基本理论，包括重力位、重力场和其它重力场参数等。并且说明了航空重力测量的基本原理和向下延拓的总体设计方案。
　　(3)对常用的向下延拓方法理论进行了详细的研究和分析，包括直接代表法、逆Poisson积分法、垂向梯度法、最小二乘配置法和迭代法，并对各种方法的优点和不足之处进行了分析。
　　(4)利用不同方法对不同高度模拟航空重力数据进行向下延拓，对比各种方法的延拓精度结果进行统计分析，从而确定合适的延拓方法。采用移去-恢复法配合选取方法进行向下延拓，并且考虑了地形影响，移去模拟扰动重力场和地形对飞行高度处的扰动重力的影响值，将剩余扰动重力按照所选方法进行向下延拓，延拓到地面或者大地水准面后，再恢复目标面上的模拟扰动重力场和地形影响。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 研究现状与评述

1．2．1 航空重力测量发展现状

1．2．2 航空重力数据向下延拓方法研究现状

1．3 研究内容与章节安排

2 航空重力测量基本理论

2．1 地球重力场基本理论

2．1．1 重力和重力位

2．1．2 正常重力和正常重力场

2．1．3 高程基准和基准面

2．1．4 地球重力场与球谐函数表达式

2．2 航空重力测量基本原理

2．3 实测航空重力测量数据向下延拓总体设计方案

3 航空重力数据向下延拓的理论和方法

3．1 引言

3．2 直接代表法

3．3 逆Poisson积分法

3．4 垂向梯度法

3．5 最小二乘配置

3．6 迭代法

4 航空重力数据的模拟和向下延拓结果

4．1 数字高程模型获取与预处理

4．1．1 DEM数据的获取

4．1．2 局部地形影响计算

4．2 航空重力数据真值的模拟

4．2．1 EGM2008地球重力位模型

4．2．2 模拟真值分析

4．3 延拓结果精度分析

4．4 本章小结

5 结论与展望

5．1 总结和创新点

5．2 展望

参考文献

硕士学位期间的主要工作和成果

致谢