[發明專利]一種垂線偏差、重力加速度和重力梯度的測量裝置及方法

有效

• 申請號: 201910258966.8
• 申請日: 2019-04-02
• 公開（公告）號: CN110017812B
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發明（設計）人: 郭金運;周茂盛;劉新;高文宗;袁佳佳;孔巧麗
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G01C5/00
• 分類號: G01C5/00;G01V7/00;G01S19/42;G01S17/66
• 代理公司: 青島智地領創專利代理有限公司 37252
• 代理人: 肖峰

本發明提供了一種垂線偏差、重力加速度和重力梯度的測量裝置及方法。其中，測量裝置包括基座、圓筒、激光跟蹤儀、靶球、原子鐘以及GNSS接收機。測量方法包括如下步驟：s1.在測點P安置好測量裝置，將圓筒內部抽成真空；s2.利用體固坐標系下坐標已知的GNSS接收機和原子鐘獲取測點P在地固坐標系下的坐標及體固坐標系與地固坐標系之間的轉換參數；s3.利用激光跟蹤儀獲取獨立坐標系與體固坐標系轉換參數；s4.利用激光跟蹤儀和原子鐘獲取重力方向矢量、重力加速度和重力梯度；s4.求得測點P的天文大地垂線偏差及其子午圈和卯酉圈分量；s5.求得測點P的重力垂線偏差及其子午圈和卯酉圈分量。本發明利于實現高精度垂線偏差、重力加速度和重力梯度的一體化測量。

技術領域

本發明涉及一種垂線偏差、重力加速度和重力梯度的集成測量裝置、以及基于所述集成測量裝置的一體化測量垂線偏差、重力加速度和重力梯度的集成測量方法。

背景技術

重力加速度是一個重要的地球物理量，一般用符號g來表示。重力加速度的值在地球表面的不同地域會由于地球海拔、經緯度和物質密度等因素而不同。準確測量重力加速度g的值對科學研究、技術研發和工程應用等都有重要的意義，準確測定重力加速度g的值對于大地測量學、地球物理學、計量學、地震預報、重力探礦和空間科學等都有著重要的意義。

地面一點上的重力方向矢量g_di與相應橢球面上的法線向量p之間的夾角u為該點的垂線偏差，表示大地水準面的傾斜。夾角u通常用子午圈分量(南北方向的分量)和卯酉圈分量(東西方向的分量)表示。垂線偏差在天文大地測量中具有重要的作用，例如垂線偏差可用于計算高程異常、大地水準面差距，推求平均地球橢球或參考橢球的大小、形狀和定位，并用于天文大地測量數據的歸算，也可用于空間技術和精密工程測量。根據所采用的橢球不同可分為絕對垂線偏差及相對垂線偏差，垂線同總地球橢球(或參考橢球)法線構成的角度稱為絕對(或相對)垂線偏差，統稱為天文大地垂線偏差。另外，將實際重力場中的重力方向矢量g_di與正常重力場中的正常重力方向矢量g_nor之間的夾角稱為重力垂線偏差。

重力梯度測量是一個困難而費時的測量任務，但是高精度重力梯度測量數據對于高精度慣性制導、地球科學、空間科學和地質科學等都有著重要的意義，同時重力梯度測量已經被認為是一種資源探測的有效手段之一，是對基礎地質調查、基礎地質研究，油氣礦藏等資源勘查等領域具有重要的應用價值，航空和衛星重力梯度測量對山區、無人區和沿海大陸架部分的基礎數據獲取更具重要意義。

目前對于重力加速度、重力梯度和垂線偏差的測量需要分別使用單獨的儀器和方法，存在工作量大、成本高、測量效率低、無法一體化測量等不足。

發明內容

本發明的目的在于提出一種垂線偏差、重力加速度和重力梯度的集成測量裝置，以便實現垂線偏差、重力加速度和重力梯度在一體化測量中相關數據的獲取。

本發明為了實現上述目的，采用如下技術方案：

一種垂線偏差、重力加速度和重力梯度的測量裝置，包括：

基座、圓筒、激光跟蹤儀、靶球、原子鐘、GNSS接收機以及固定支架；

其中，圓筒垂直安裝于基座上，且所述圓筒的中心與所述基座的中心對準；

激光跟蹤儀安裝于圓筒內側；

靶球包括一個可進行自由落體的靶球和至少三個固定的靶球，各個靶球均位于圓筒內側；

所述靶球為與激光跟蹤儀配套使用且能被所述激光跟蹤儀實時跟蹤的靶球；

原子鐘位于圓筒外側，且安裝于基座上；

GNSS接收機有多個，且均位于圓筒外側；固定支架安裝于圓筒的上方；

各個GNSS接收機天線分別固定在固定支架上；