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Research and Evaluation on Key Technological Indicators for Airborne and Shipborne Gravimetry

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Journal of Geodesy and Geoinformation Science 2019年第3期2卷 44-54页

作者： Motao HUANG kailiang deng Taiqi WU Xiuping LU Guojun ZHAI Yongzhong OUYANG Xin CHEN Min LIU Naval Institute of Hydrographic Surveying and Charting Tianjin 300061China National University of Defense Technology Changsha 410073China

Gravimetry technical guides are the scientific basis for air-sea gravimetry. However, the existing technical guides in China are behind the application requirements. This study analyzed the most important indicators of air-sea gravimetry, including the density of survey lines, gravimetry accuracy and space resolution, stability and reliability of the air-sea gravimeter, and proposed a gravimetry accuracy assessment system consisting of gravity RMS of error, systematic error and mean error, and an assessment system for the gravimeter stability consisting of the relative accuracy of the scale value, monthly zero-drift, RMS of the monthly nonlinear zero-drift variation and the threshold of the monthly nonlinear zero-drift variation. The mathematic models for the measurement point determination in shipborne gravimetry, E tv s correction for airborne gravimetry, platform tilt correction and evaluation air-sea gravimetry were also analyzed and modified. This work will provide technology support for the composition of the military-civil air-sea gravimetry technical guides.

关键词： air-sea gravimetry technical guides key indicators analysis and research test and evaluation model modification

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基于LM方法的大姿态角影像空间后方交会

武汉大学学报（信息科学版） 2016年第4期41卷 565-568页

作者：郭忠磊翟京生邓凯亮大连舰艇学院海洋测绘系辽宁大连116018 天津海洋测绘研究所天津300061

针对低空遥感影像存在大姿态角度的特点,提出采用Levenberg-Marquardt(LM)方法实现影像空间后方交会模型的收敛解算。基于仿真数据对该方法进行了验证,并与基于单位四元数的无初值依赖算法比较。结果表明,LM方法具有与单位四元数法相当... 详细信息

针对低空遥感影像存在大姿态角度的特点,提出采用Levenberg-Marquardt(LM)方法实现影像空间后方交会模型的收敛解算。基于仿真数据对该方法进行了验证,并与基于单位四元数的无初值依赖算法比较。结果表明,LM方法具有与单位四元数法相当的可靠性;通过选择合适的阻尼因子,LM法迭代效率更高。

关键词：低空遥感空间后方交会单位四元数 Levenberg-Marquardt法

卫星测高重力模型在海空重力测量误差检测中的应用

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华中科技大学学报（自然科学版） 2022年第9期50卷 126-133页

作者：黄谟涛邓凯亮欧阳永忠吴太旗海军研究院天津300061 自然资源部海洋环境探测技术与应用重点实验室广东广州510300

针对海空重力测量常见的粗差和系统误差干扰问题,在分析评估国际上近期发布的卫星测高重力模型的可靠性和有效性基础上,提出了利用卫星测高重力模型作为比对控制基准,分步检测海空重力测量大粗差、小粗差和系统偏差的方法、流程及计算模... 详细信息

针对海空重力测量常见的粗差和系统误差干扰问题,在分析评估国际上近期发布的卫星测高重力模型的可靠性和有效性基础上,提出了利用卫星测高重力模型作为比对控制基准,分步检测海空重力测量大粗差、小粗差和系统偏差的方法、流程及计算模型,分析比较了不同检测方法的技术特点和适用条件,使用海上实际观测数据对推荐的检测方法进行了有效性验证,证明将卫星测高重力模型应用于海空重力测量粗差和系统误差检测是可行和有效的.

关键词：海空重力测量卫星测高重力模型误差检测粗差系统误差

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海域航空重力测量数据向下延拓的实用方法

武汉大学学报（信息科学版） 2014年第10期39卷 1147-1152页

作者：黄谟涛欧阳永忠刘敏翟国君邓凯亮海军海洋测绘研究所天津300061 武汉大学测绘学院湖北武汉430079 信息工程大学地理空间信息学院河南郑州450001

针对航空重力测量向下延拓过程固有的不确定性,根据海域重力场的变化特点和现有技术条件,分别提出了利用卫星测高重力向上延拓和超高阶位模型(EGM2008)直接计算延拓改正数,从而实现航空重力测量向下延拓归算的两种实用方法,联合使用卫... 详细信息

针对航空重力测量向下延拓过程固有的不确定性,根据海域重力场的变化特点和现有技术条件,分别提出了利用卫星测高重力向上延拓和超高阶位模型(EGM2008)直接计算延拓改正数,从而实现航空重力测量向下延拓归算的两种实用方法,联合使用卫星测高、海面船测和航空重力测量数据进行了实际数值计算和精度评估,验证了新方法的有效性。

关键词：航空重力测量向下延拓不稳定性卫星测高 EGM2008位模型

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融合海域多源重力数据的正则化点质量方法

武汉大学学报（信息科学版） 2015年第2期40卷 170-175页

作者：黄谟涛欧阳永忠刘敏翟国君邓凯亮海军海洋测绘研究所天津300061 武汉大学测绘学院湖北武汉430079 信息工程大学地理空间信息学院河南郑州450001

针对传统点质量方法在融合处理多源重力数据过程中可能出现的病态性问题,特别引入Tikhonov正则化方法,对点质量法计算模型进行正则化改造,建立了相应的正则化点质量解算模型。使用EGM2008位模型模拟产生航空重力和海面船测重力数据进行... 详细信息

针对传统点质量方法在融合处理多源重力数据过程中可能出现的病态性问题,特别引入Tikhonov正则化方法,对点质量法计算模型进行正则化改造,建立了相应的正则化点质量解算模型。使用EGM2008位模型模拟产生航空重力和海面船测重力数据进行了融合处理仿真试验。实际验证结果表明,正则化处理方法能够有效抑制病态系数矩阵小奇异值放大噪声对点质量解的污染,提高解算结果的精度和稳定性。

关键词：多源重力数据融合处理点质量法 Tikhonov正则化

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顾及地形效应的重力向下延拓模型分析与检验

测绘学报 2016年第5期45卷 521-530,551页

作者：刘敏黄谟涛欧阳永忠邓凯亮翟国君吴太旗信息工程大学地理空间信息学院河南郑州450001 海军海洋测绘研究所天津300061 海军工程大学导航工程系湖北武汉430033

向下延拓是航空重力测量数据实际应用中必不可少的技术环节。向下延拓属于不适定反问题,其解算过程具有较大的不确定性,故该问题一直是大地测量领域国内外学者的研究热点。本文深入分析研究了当前国内外最具代表性的3种向下延拓计算模... 详细信息

向下延拓是航空重力测量数据实际应用中必不可少的技术环节。向下延拓属于不适定反问题,其解算过程具有较大的不确定性,故该问题一直是大地测量领域国内外学者的研究热点。本文深入分析研究了当前国内外最具代表性的3种向下延拓计算模型的技术特点和适用条件,提出了应用超高阶位模型、局部地形改正和移去—恢复技术顾及地形效应,以及位场延拓结果球面化曲面的工程化方法,重点探讨了计算模型的稳定性及数据观测误差对延拓计算结果的影响。通过理论分析、数值仿真和实测数据计算等手段,定量评估了不同向下延拓模型的解算精度及其可靠性。其主要结论是:传统逆Poisson积分模型解严重受制于输入数据观测噪声的干扰,在现有作业条件下,该模型至多只能用于1km以下高度的延拓解算;频谱截断积分和位模型加地改两种延拓新模型具有良好的计算稳定性,完全适用于2′分辨率和5km飞行高度条件下的航空重力测量数据向下延拓解算,其延拓计算精度可达2×10^(-5) m/s^2,可满足各方面实际应用需求。

关键词：航空重力测量向下延拓地形效应 Poisson积分有限带宽频谱超高阶位模型

顾及地形效应的地面重力向上延拓模型分析与检验

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武汉大学学报（信息科学版） 2018年第1期43卷 112-119页

作者：刘敏黄谟涛邓凯亮欧阳永忠翟国君吴太旗信息工程大学地理空间信息学院河南郑州450001 海洋测绘研究所天津300061 国防科学技术大学机电工程与自动化学院湖南长沙410073

重力向上延拓在外部重力场逼近和航空重力测量数据质量评估中具有重要应用。本文深入分析研究了6种向上延拓计算模型的技术特点和适用条件,提出了应用超高阶位模型加地形改正、点质量方法结合移去-恢复技术实现＂先向下后向上延拓＂计... 详细信息

重力向上延拓在外部重力场逼近和航空重力测量数据质量评估中具有重要应用。本文深入分析研究了6种向上延拓计算模型的技术特点和适用条件,提出了应用超高阶位模型加地形改正、点质量方法结合移去-恢复技术实现＂先向下后向上延拓＂计算的实施策略,探讨了计算过程特别是前端向下延拓过程的稳定性问题。通过实际数值计算,定量评估了地形质量对不同高度向上延拓结果的影响,对比分析了不同向上延拓模型顾及地形效应的实际效果,同时对向上延拓模型计算精度进行了估计。在地形变化比较激烈的山区,地形质量对向上延拓结果的影响最大可达几十个mGal（10^（-5） m·s^（-2））,当计算高度为10km时,该项影响超过3mGal;向上延拓计算模型误差（不含数据误差影响）一般不超过1mGal;基于超高阶位模型和地形改正信息实施向下延拓过渡的布阿桑（Poisson）积分向上延拓模型,具有计算过程简便、计算结果稳定可靠等优点。

关键词：重力测量向上和向下延拓地形效应移去-恢复技术超高阶位模型点质量模型

重力异常向上延拓严密改化模型及向下延拓应用

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测绘学报 2022年第1期51卷 41-52页

作者：黄谟涛邓凯亮吴太旗欧阳永忠陈欣刘敏王许海军研究院天津300061 自然资源部海洋环境探测技术与应用重点实验室广东广州510300 91001部队北京100830

重力异常向上延拓全球积分模型在航空重力测量数据质量评估和向下延拓迭代计算等领域具有广泛的应用。为了消除积分核函数奇异性影响,需要对该模型进行基于积分恒等式的移去-恢复转换及全球积分域的分区改化处理。在此过程中,传统改化... 详细信息

重力异常向上延拓全球积分模型在航空重力测量数据质量评估和向下延拓迭代计算等领域具有广泛的应用。为了消除积分核函数奇异性影响,需要对该模型进行基于积分恒等式的移去-恢复转换及全球积分域的分区改化处理。在此过程中,传统改化处理方法往往忽略了全球积分过渡到局域积分引起的积分恒等式偏差影响,从而导致不必要的计算模型误差,最终影响向上延拓计算结果的可靠性,甚至影响向下延拓迭代解算结果的稳定性。针对此问题,本文开展了重力异常向上延拓积分模型改化及向下延拓应用分析研究,依据实测数据保障条件和积分恒等式适用条件要求,导出了重力异常向上延拓积分模型的分步改化公式,提出了补偿传统改化模型缺陷的修正公式,并将最终的严密改化模型应用于重力异常向下延拓迭代解算。使用超高阶地球位模型EGM2008作为标准位场开展数值计算检验,分别对重力异常向上延拓分步改化模型的计算精度及在向下延拓迭代解算中的应用效果进行了检核评估,验证了采用严密改化模型的必要性和有效性。

关键词：重力向上向下延拓模型改化奇异积分积分恒等式精度评估

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地球外部扰动重力严密改化模型及分析检验

地球物理学报 2022年第3期65卷 924-938页

作者：黄谟涛邓凯亮吴太旗欧阳永忠陈欣熊雄刘敏王许海军研究院天津300061 自然资源部海洋环境探测技术与应用重点实验室广州510300 91001部队北京100830

直接积分模型是计算地球外部扰动重力的主要数学工具,将全球积分模型改化为局域积分模型是实现地球外部重力场赋值的前提条件.相比表层积分模型和向上延拓积分模型,Stokes积分模型要求的输入信息种类最少,故在减轻数据保障压力方面具有... 详细信息

直接积分模型是计算地球外部扰动重力的主要数学工具,将全球积分模型改化为局域积分模型是实现地球外部重力场赋值的前提条件.相比表层积分模型和向上延拓积分模型,Stokes积分模型要求的输入信息种类最少,故在减轻数据保障压力方面具有比较明显的优势.在实施Stokes积分模型工程化应用过程中,我们发现扰动重力径向分量积分模型从地球外部逼近边界面时存在比较严重的数值不连续性问题,本文研究并指出了存在该问题的内在原因,同时提出了保持该模型连续性的修正方法;针对三分量计算模型存在的积分奇异性问题和传统改化方法存在的理论缺陷,提出综合采用移去恢复运算和积分恒等式转换技术,同时依据实测数据保障条件,分步实施扰动重力三分量全球积分模型改化的技术流程和方法,推出了三分量积分模型的分步改化公式,提出了补偿传统改化模型缺陷的修正公式.以超高阶地球位模型EGM2008作为检核参考位场,开展模型对比计算数值试验,分别对本文推出的扰动重力三分量不同阶段改化模型的计算精度进行了分析检验和评估,验证了采用严密改化模型的必要性和有效性.

关键词：地球外部扰动重力模型改化不连续性奇异积分积分恒等式精度评估