测绘百科▏航空重力测量系统

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航空重力测量系统（airborne gravimetry system）以飞机为载体，在空中探测地球重力场的设备。由重力、定位、姿态、测高等传感器单元和数据采集记录与处理单元构成。主要用于大范围重力测量普查，沙漠、森林、海陆交界的滩涂地带等测量困难地区的重力测量和远程武器发射首区快速重力测量等。

航空重力测量系统通常指标量系统。标量系统大多采用改进后的海洋重力仪作为重力分系统。这种系统又称为二轴阻尼平台系统，其雏形可追溯至20世纪50年代末。航空重力仪的研制最早始于1958年美国空军，由于定位技术的制约，长期以来，一直未取得实质性的突破。80年代末全球定位与导航（GPS）技术的出现，尤其是厘米级动态差分GPS技术的成熟，才促使航空重力仪迅速走向实用化。

到20世纪末，已在格陵兰岛、南极洲、瑞士、德国等国家和地区应用航空重力仪进行了测量，测量精度为±2毫伽～10毫伽，分辨率为2～12千米。中国于2002年研制成功首套航空重力测量系统，测定中等山区和平原地区5'×5'格网平均重力异常的精度分别为3.8毫伽和1.9毫伽。

航空重力测量系统的基本原理：机载重力仪测量出空中采样点重力仪读数相对于地面基准重力点读数的差值，推算出重力仪的加速度g^﹣*值，机载GPS接收机（定位传感器）与地面基准站GPS接收机同步采集GPS信号，经精密处理后获得飞机的位置矢量r^﹣和加速度a^﹣。由于机载重力仪的加速度g^﹣*是重力加速度g^－与机载重力仪所受惯性加速度﹣a^﹣的矢量和，航空重力测量的观测方程为：

  g^﹣(t)＝a^﹣(t)＋g^﹣* (t＋τ)

式中，t为观测时间；τ为重力仪电子读数系统的时间响应延迟。航空标量重力测量仅观测垂直方向的加速度，观测方程可简化为：

  g(t)＝g^*(t＋τ)＋δg_E（t）＋δa_H（t）＋δa_V（t）

式中，δg_E（t）为厄特沃什改正，因飞机相对于地球运动，改变了作用在重力仪上的惯性离心力而对重力观测值产生影响；δa_H（t）为水平加速度倾斜改正；δa_V（t）为垂直加速度改正，因大气湍流和发动机震动等因素，使得飞机作变速运动，从而产生了在水平方向上和垂直方向上的加速度对重力观测的影响。

航空重力测量系统所用的重力仪主要有三种类型。①二轴阻尼惯性稳定平台型重力仪，以美国的Lacoste﹣RombergⅡ、Ⅲ型海/空重力仪为代表，它是最先发展起来的实用型航空重力仪，中国的首套航空重力仪CHAGS即属此类。②三轴惯性稳定平台型航空重力仪，它属于惯导INS与GPS组合型，以俄罗斯的GT–1A和加拿大的AIRGrav重力仪为代表，它是90年代后期发展起来的新型航空重力仪，测量精度和分辨率较前一种重力仪有所提高。③捷联式航空重力仪，它不用物理稳定平台，直接将惯性导航系统（INS）与差分模式全球导航定位系统（DGPS）结合在一起，构成一套新型的航空重力测量系统（SINS/GPS）。加拿大的SINS/DGPS系统和德国的SAGS系统均属捷联式航空重力仪。

航空重力测量系统的发展方向是矢量重力测量系统和重力梯度测量系统，其观测信息分别为重力加速度矢量和重力梯度张量。利用其可探测更高精度、更高分辨率的地球重力场。

【资料来源】本文来自中国大百科全书出版社出版的《中国海军百科全书（第二版）军事海洋环境门类分册》，由海司编研部主编，刊发在《海洋测绘》2016年第6期内。其他公众平台如若转发本文，请务必备注出处。

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