國產海洋重力儀SAG-2M—專項任務的重大突破

之前寫過國產海洋重力儀SAG-2M的簡單使用介紹，它的穩定性明顯優于DGS。本篇將系統介紹SAG-2M的參數、性能、原理、應用以及與其它同類設備的比較分析等。此篇得到了李東明博士和修睿老師的大力支持，在此表示感謝。

1、先看SAG-2M捷聯式重力儀研發團隊的3篇文章

捷聯式移動平臺重力儀地面測試結果_李東明

目前各類航空重力測量系統都普遍采用GPS進行定位和測量載體的加速度。國際上航空重力儀主要有三種類型：一種是二軸阻尼慣性穩定平臺型航空重力儀，以LaCoste&Romberg公司的II、III型海-空重力儀，ZLS重力儀以及Bell BGM-5重力儀為代表；第二種是三軸慣性穩定平臺型航空重力儀，如INS-GPS組合系統，以俄羅斯的GT-1A重力儀和Sander公司的AIRGrav重力儀為代表；第三種是捷聯式航空重力儀，如加拿大的SINS-DGPS系統和德國的SAGS系統，俄羅斯也在研制名為GT-X的捷聯式航空重力儀。

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移動平臺重力儀采用一體式設計，慣性測量部分及電子線路部分均置于同一箱體內。慣性測量部分包含三只石英撓性加速度計和三只激光陀螺儀。

移動平臺重力儀用于測量地球重力矢量的垂直分量，原始測量信息經后處理，輸出信息可以是重力矢量的垂向分量值，或者是垂向重力異常值。在后處理提取重力矢量的垂向分量值或者是垂向重力異常值的過程中，需要定位、速度和運動加速度信息進行計算，且用戶使用重力信息時，需要空間坐標和時間坐標。因此，移動平臺重力儀的后處理信息輸出還應包含位置、高度、速度和時間信息。

移動平臺重力儀基本工作原理為：首先，集成于移動平臺重力儀中的重力測量加速度計測得沿其輸入軸比力，該測量比力通過激光捷聯貫導數學平臺分解，獲得垂向比力分量（含重力和垂向運動加速度）；其次，載體GPS接收機與基站GPS接收機組成差分GPS系統，獲得載體垂向運動加速度；最后，比力分量與垂向運動加速度求差，再經濾波及各項改正處理，最終提取出重力矢量的垂向分量值，或者是垂向重力異常值。

自由空間重力異常估計通過后處理軟件完成，處理流程如下圖。將捷聯貫導計算結果與差分GPS處理結果進行組合濾波，獲得轉換到當地地理坐標系的比力，以及修正后的載 *** 置、速度。由載 *** 置信息作兩次差分獲得載體運動加速度。對比力信息進行濾波后，扣除各項改正以及載體運動加速度，得到原始自由空間重力異常。再通過特定的低通濾波器，濾除掉由載體不規則運動及振動等因素帶來的擾動加速度，最終獲得自由空間重力異常估計值。

捷聯式重力儀在海洋測量中的應用與數據處理_羅騁

利用衛星測高數據計算海洋重力異常已成為了目前獲取全球海洋地區重力場信息的主要手段，研究結果表明，采用測高資料反求重力異常，在３０′×３０′范圍內，平均重力異常精度可達３.５ｍＧａｌ，已達到較好的精度水平。但受限于衛星高度，只能測定地球重力場的中長波分量，對于海洋重力場的中低頻信息，雖然能通過測高信息反演，但仍與船載重力測量和航空重力測量方式有一定的差距，近水區域尤為明顯。因此，在現有技術條件下，獲取高精度、高頻的海洋重力場測量信息的主要方式仍是海洋重力測量和航空重力測量。

目前，我國只有不到一半的陸地國土完成了１∶２０萬的重力測量，另有不到一半的國土面積完成了１∶５０萬和１∶１００萬的重力測量。在海洋區域，僅初步完成了覆蓋之一島鏈海區的海洋重力場精密測量。

(1)根據慣性器件測量的載體當前時刻的角速度和加速度計算載體當前時刻姿態、速度和位置信息；
(2)利用ＧＰＳ提供的載體速度和位置信息，估計慣導姿態角誤差，得到載體姿態誤差角；
(3)修正姿態陣，重新將比力投影至地理坐標系得到修正后的比力；
(4)根據ＧＰＳ信息提供的速度及位置信息，計算載體的厄特弗斯改正以及正常重力值；
(5)根據噪聲特性，設計低通濾波器消除測量噪聲，得到高精度的重力異常信號。
捷聯式航空重力測量系統的數據處理 *** 比較與分析_修睿

重力數據處理對獲取高精度重力異常值有著重要作用，是重力測量的核心技術。重力儀在搭載運動載體進行重力測量時，載體的高頻振動對重力測量數據和GPS數據均會產生不可避免的干擾，導致提取的重力異常粗值含有大量高頻噪聲。圍繞重力數據的處理 *** 這一核心技術，介紹了FIR低通濾波、零相移濾波、標準Kalman濾波、正反Kalman濾波4中濾波 *** 的基本原理，運用著4種 *** 處理了SAG捷聯式重力儀的某次實際飛行測量數據，比對了基于SINS/GPS組合導航和SINS/DGPS組合導航的重力測量數據處理結果。

重復測線的內符合精度統計結果表明，正反Kalman濾波與零相移濾波的結果精度相對較高，分別到達了0.98mGal和1.07mGal，正反Kalman濾波略優于零相移濾波；標準Kalman濾波的精度相對較差，精度與正反kalman濾波相差近0.4mGal；FIR低通濾波的精度適中，與零相移濾波相比略有差距。

關于正反Kalman濾波，想起來一件事情，就是我們買的慣導處理軟件TerraPos就是采用正反Kalman濾波，順時和逆時，計算兩次，精度提高明顯。

2、技術參數

SAG-2A/SAG-2M的技術參數（A代表航空，M代表海洋）

量程范圍：-2000Gal—2000Gal（伽）

靜態精度（RMS）：0.2mGal

動態精度（RMS）：1mGal

與其它重力儀的對比表如下：

3、試驗情況

SAG-2M的采集界面如下：

4、某工程海上試驗
試驗船向陽紅06號于2018年5月28日從青島出發，先到廈門，再去南海進行重力測量，最后6月25日返回廈門。

通過對比試驗測試數據，13所SAG-2M型重力儀精度國內領先，國際一流的水平，與本次國外重力儀中表現更好的GT的精度處于幾乎同等的水平?？煽啃苑矫鎯瀯菝黠@（ GT出現2次故障）。

SAG-2M與GT-2M對比結果，GT重力儀是世界頂級的

SAG-2M與GT-2M符合性：最小達0.1398mGal

南北測線航跡

南北測線的中誤差：0.369mGal

東西測線航跡

東西測線中誤差：0.257mGal

海洋重力測量比對實驗：SAG-2M大大優于L&R S-129

海洋重力測量比對實驗：SAG-2M與KSS-31相當

海洋重力測量比對實驗：SAG-2M大大優于MGS-6

5、小結