之前寫過國產(chǎn)海洋重力儀SAG-2M的簡單使用介紹，它的穩(wěn)定性明顯優(yōu)于DGS。本篇將系統(tǒng)介紹SAG-2M的參數(shù)、性能、原理、應(yīng)用以及與其它同類設(shè)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(lián)式重力儀研發(fā)團(tuán)隊(duì)的3篇文章

捷聯(lián)式移動平臺重力儀地面測試結(jié)果_李東明

目前各類航空重力測量系統(tǒng)都普遍采用GPS進(jìn)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(wěn)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(wěn)定平臺型航空重力儀，如INS-GPS組合系統(tǒng)，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(lián)式航空重力儀，如加拿大的SINS-DGPS系統(tǒng)和德國的SAGS系統(tǒng)，俄羅斯也在研制名為GT-X的捷聯(lián)式航空重力儀。

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移動平臺重力儀采用一體式設(shè)計(jì)，慣性測量部分及電子線路部分均置于同一箱體內(nèi)。慣性測量部分包含三只石英撓性加速度計(jì)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(jīng)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(yùn)動加速度信息進(jìn)行計(jì)算，且用戶使用重力信息時(shí)，需要空間坐標(biāo)和時(shí)間坐標(biāo)。因此，移動平臺重力儀的后處理信息輸出還應(yīng)包含位置、高度、速度和時(shí)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(jì)測得沿其輸入軸比力，該測量比力通過激光捷聯(lián)貫導(dǎo)數(shù)學(xué)平臺分解，獲得垂向比力分量（含重力和垂向運(yùn)動加速度）；其次，載體GPS接收機(jī)與基站GPS接收機(jī)組成差分GPS系統(tǒng)，獲得載體垂向運(yùn)動加速度；最后，比力分量與垂向運(yùn)動加速度求差，再經(jīng)濾波及各項(xiàng)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(jì)通過后處理軟件完成，處理流程如下圖。將捷聯(lián)貫導(dǎo)計(jì)算結(jié)果與差分GPS處理結(jié)果進(jìn)行組合濾波，獲得轉(zhuǎn)換到當(dāng)?shù)氐乩碜鴺?biāo)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(yùn)動加速度。對比力信息進(jìn)行濾波后，扣除各項(xiàng)改正以及載體運(yùn)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(guī)則運(yùn)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(jì)值。

捷聯(lián)式重力儀在海洋測量中的應(yīng)用與數(shù)據(jù)處理_羅騁

利用衛(wèi)星測高數(shù)據(jù)計(jì)算海洋重力異常已成為了目前獲取全球海洋地區(qū)重力場信息的主要手段，研究結(jié)果表明，采用測高資料反求重力異常，在３０′×３０′范圍內(nèi)，平均重力異常精度可達(dá)３.５ｍＧａｌ，已達(dá)到較好的精度水平。但受限于衛(wèi)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(qū)域尤為明顯。因此，在現(xiàn)有技術(shù)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(qū)域，僅初步完成了覆蓋之一島鏈海區(qū)的海洋重力場精密測量。

(1)根據(jù)慣性器件測量的載體當(dāng)前時(shí)刻的角速度和加速度計(jì)算載體當(dāng)前時(shí)刻姿態(tài)、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(jì)慣導(dǎo)姿態(tài)角誤差，得到載體姿態(tài)誤差角；
(3)修正姿態(tài)陣，重新將比力投影至地理坐標(biāo)系得到修正后的比力；
(4)根據(jù)ＧＰＳ信息提供的速度及位置信息，計(jì)算載體的厄特弗斯改正以及正常重力值；
(5)根據(jù)噪聲特性，設(shè)計(jì)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(lián)式航空重力測量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理 *** 比較與分析_修睿

重力數(shù)據(jù)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(shù)。重力儀在搭載運(yùn)動載體進(jìn)行重力測量時(shí)，載體的高頻振動對重力測量數(shù)據(jù)和GPS數(shù)據(jù)均會產(chǎn)生不可避免的干擾，導(dǎo)致提取的重力異常粗值含有大量高頻噪聲。圍繞重力數(shù)據(jù)的處理 *** 這一核心技術(shù)，介紹了FIR低通濾波、零相移濾波、標(biāo)準(zhǔn)Kalman濾波、正反Kalman濾波4中濾波 *** 的基本原理，運(yùn)用著4種 *** 處理了SAG捷聯(lián)式重力儀的某次實(shí)際飛行測量數(shù)據(jù)，比對了基于SINS/GPS組合導(dǎo)航和SINS/DGPS組合導(dǎo)航的重力測量數(shù)據(jù)處理結(jié)果。

重復(fù)測線的內(nèi)符合精度統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，正反Kalman濾波與零相移濾波的結(jié)果精度相對較高，分別到達(dá)了0.98mGal和1.07mGal，正反Kalman濾波略優(yōu)于零相移濾波；標(biāo)準(zhǔn)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(guān)于正反Kalman濾波，想起來一件事情，就是我們買的慣導(dǎo)處理軟件TerraPos就是采用正反Kalman濾波，順時(shí)和逆時(shí)，計(jì)算兩次，精度提高明顯。

2、技術(shù)參數(shù)

SAG-2A/SAG-2M的技術(shù)參數(shù)（A代表航空，M代表海洋）

量程范圍：-2000Gal—2000Gal（伽）

靜態(tài)精度（RMS）：0.2mGal

動態(tài)精度（RMS）：1mGal

與其它重力儀的對比表如下：

3、試驗(yàn)情況

SAG-2M的采集界面如下：

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

通過對比試驗(yàn)測試數(shù)據(jù)，13所SAG-2M型重力儀精度國內(nèi)領(lǐng)先，國際一流的水平，與本次國外重力儀中表現(xiàn)更好的GT的精度處于幾乎同等的水平。可靠性方面優(yōu)勢明顯（ GT出現(xiàn)2次故障）。

SAG-2M與GT-2M對比結(jié)果，GT重力儀是世界頂級的

SAG-2M與GT-2M符合性：最小達(dá)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(shí)驗(yàn)：SAG-2M大大優(yōu)于L&R S-129

海洋重力測量比對實(shí)驗(yàn)：SAG-2M與KSS-31相當(dāng)

海洋重力測量比對實(shí)驗(yàn)：SAG-2M大大優(yōu)于MGS-6

5、小結(jié)