重力测量
什么叫重力基准点？
指绝对重力值已知的重力点，作为相对重力测量（两点间重力差的重力测量）的起始点。中国于1956~1957年建立了全国范围的第一个国家重力基准，称为1957年国家重力基本网，该网由21个基本点和82个一等点组成。1985年，中国重新建立了国家重力基准。它由6个基准重力点，46个基本重力点和5个因点组成，称为1985年国家重力基本网。
重力测量是根据不同的目的和要求，使用重力仪测量地面某点的重力加速度。50年代中期，我国建立了由27个基本重力点和80个一等重力点构成的第一个重力控制网，该网是以苏联的阿拉木图、伊尔库茨克和赤塔为起始点，其绝对值为国际波茨坦系统。1981年，国家测绘总局在福州市溪口省测绘局外业大队北楼室内，埋设了重力基准点，根据中意科技文化合作协定，由国家测绘总局与意大利都灵计量研究所合作，用该所研制的可移动式绝对重力仪，测定了该点的绝对重力值，重力成果达到了微伽级的高精度。它是按照国务院1978年84号文件《关于重建我国高精度重力控制网的决定》而建立的“85国家重力基本网”的6个基准点之一(另5个是北京、广州、南宁、昆明、青岛)。该网还包括64个基本重力点和5个引点，充分利用全球的重力测量成果，同国际重力测量委员会建立的“1971年国际重力系统”进行了北京—日本，北京—巴黎的国际联测和北京—香港联测，联测精度为15～20微伽，平差后点重力值精度为±8微伽，新网建立后，代替了原来采用的具有较大系统误差的波茨坦重力系统。
zhongli celiang
重力测量
gravimetric survey
测定重力加速度值的工作。重力测量结果广泛地用于测绘、地质勘探、地球物理研究以及空间科学技术等方面。
重力作用在地球表面任一质点的重力□是引力□和惯性离心力□的合力（见图地球重力示意图）。根据牛顿万有引力定律，整个地球质量产生引力，地球自转则产生惯性离心力。引力的方向指向地球质心，惯性离心力的方向垂直于地球自转轴向外，而重力的方向则为两者合力的方向，即垂线的方向。
惯性离心力最大约为重力的1/300,因此地球的引力方向和重力方向非常接近。作用在单位质点上的重力称为该点的重力场强度,它同重力加速度在数值上相等。在重力测量中，重力加速度是实际所要测定的基本物理量，通常又将重力加速度简称为重力。在MKS制中,重力的单位为米/秒2;在CGS制中,则为厘米/秒2。为了纪念世界上第一个测定重力的意大利物理学家伽利略(G.Galilei)，将重力的单位厘米／秒2称为伽(Gal)，千分之一伽称为毫伽(mGal)，千分之一毫伽称为微伽(μGal)。
由于地球表面形状不规则和地球内部质量分布不均匀，地球表面各点的引力是不同的。惯性离心力的大小又与作用点至地球自转轴的距离有关，一般在地球赤道上惯性离心力最大，在地球两极惯性离心力最小，所以，地球表面上各点的重力不是一个常数，它的数值变化约从978伽到983伽，由赤道向两极增大。重力还随时间变化，这主要是由于日、月对地球的引力变化和地球内部物理过程引起的。此外，地球周围的大气层质量同样产生引力作用，在高精度重力测量中，应当考虑这些因素。
测量方法重力值的大小可通过重力测量方法求得，而其方向则需通过天文测量方法确定。重力测量分绝对重力测量和相对重力测量。测定重力值可以利用与重力有关的许多物理现象，例如在重力作用下的自由落体、摆的摆动、弹簧伸缩、弦振动，等等。由此，重力测量方法分为两类：一类是动力法，它是根据物体受力后的运动状态测定重力；另一类是静力法，它是根据物体受力后的平衡状态测定重力。
绝对重力测量测定重力场中一点的绝对重力值，一般采用动力法。主要利用两种原理，一种是自由落体原理，这是伽利略在1590年进行世界上第一次重力测量时所提出的原理；另一种是摆的原理，这是荷兰物理学家惠更斯
(C.Huygens)在1673年提出的。这两种原理一直沿用至今。虽然自由落体原理发现较早，但为测定长度和时间的技术水平所限，首先得到发展的是利用摆的原理进行绝对重力测量的方法。为了观测摆的周期，早在1735年就出现了时间观测的符合法，并于1792年第一次用于摆的实际观测。1826～1827年，德国大地测量学家F.W.贝塞尔，利用结构近似于数学摆的线摆进行了比较完整的绝对重力测量。但是线摆并非理想的数学摆。为了解决精确测定摆长的问题，1817年英国物理学家凯特（H.Kater）创造了可倒摆,并用它进行了绝对重力测量。直到20世纪中期，可倒摆一直是绝对重力测量的主要仪器。但由于影响测量精度的许多干扰因素不易消除，到现在这种方法几乎已弃置不用。与此同时，自由落体的方法开始有了迅速的发展。1950年前后，一些国家开始采用摄影方法记录自由落体的下落距离和时间，并用长度量测仪测量距离，以此测定绝对重力。但测定精度仍受到一定限制。近几年来由于激光干涉系统和高稳定度频率标准的出现，使自由落体下落距离和时间的测定精度大大提高，所以许多国家又采用激光绝对重力仪进行绝对重力测量，其测定精度可达几个微伽。
相对重力测量测定两点的重力差值，可采用动力法和静力法
。最早的相对重力测量是奥地利测量学家施特内克(R.V.Sterneck)于1887年采用动力法的摆仪进行的。此法是用长度不变的摆在两个待测点上观测摆动周期，根据两点的周期差求重力差。从而避免了精确测量摆长的困难。此后，欧洲各国都采用这种摆仪来进行相对重力测量。以后在仪器结构和观测方法上虽作了不少改进，但测定精度只能达到毫伽级，加上摆仪观测既费时又麻烦，所以目前已很少采用。现在普遍采用静力法的弹簧重力仪测定重力差值。国际上对这种仪器研究甚多，发展很快，不论是测定精度还是使用的方便程度都已达到很高水平。一般精度可达几十微伽，甚至几微伽。野外工作时，在一个测站只需几分钟就可观测完毕。为了克服弹性重力仪因弹性疲劳而引起的零点漂移，1968年又出现了超导重力仪。这种重力仪对重力变化具有很高的分辨力，零点漂移极小，所以特别适合于固定台站上的潮汐和非潮汐重力变化观测。
地球表面约有71％的海洋，为了获得全球重力资料，必须进行海洋重力测量。通常有
两种途径：一是将重力仪沉入海底进行遥测，这同陆地上的相对重力测量相似；二是将摆仪或重力仪安置在潜水艇或海面船上进行观测。由于测量船的运动,重力观测值受到多种扰动影响,这些影响可以达到几十伽至几百伽的量级。所以海洋重力测量必须根据这些扰动影响的性质、测量仪器的结构、测量船的大小以及海洋和大气状况等，增设一些附属设备，采取措施，消除扰动影响。
在沙漠、冰川、沼泽、崇山峻岭和原始森林等交通不便、人迹难到的地区进行重力测量，需采用航空重力测量方法。即将重力仪安置在飞机上测定重力。航空重力测量会受到飞机运动所产生的各种扰动的影响，这些影响的性质和海洋重力测量相似，但其数量级要大得多，因而用于消除扰动影响的附属设备和措施也复杂得多。航空重力测量的结果经过归算至海面后，只代表某一面积内的平均观测值。
重力测量基准绝对重力值为已知的重力点，可以作为相对重力测量的基准点，由它可以递推出各重力点的绝对重力值。历史上曾经有过两个国际重力基准点:一是维也纳系统，这是1900年在巴黎举行的国际大地测量学协会会议上通过的;另一是波茨坦系统,这是1909年在伦敦举行的国际大地测量学协会会议上通过的。后者一直被世界各国使用至今。波茨坦系统以德国波茨坦大地测量研究所摆仪厅的重力值作为基准,重力值□=981.274±0.003伽。几十年来,许多国家的绝对重力测量结果表明,波茨坦绝对重力值大了14毫伽左右,所以1971年在莫斯科举行的国际大地测量学和地球物理学联合会第15届大会上决定采用1971年国际重力基准网(ISGN-71)。与其相应的波茨坦基准点的新重力值□=981260.19±0.017毫伽。国际重力基准网除了作为相对重力测量的起始数据外，还用作重力仪格值标定的比较基线。因此它具有较高的精度。
中国从1895年在上海徐家汇观象台测定第一个重力值起,到1949年全国总共测定了200多个重力点。其误差约为5～10毫伽。1949年以后,开始用摆仪和重力仪在部分地区进行相对重力测量。为了建立各种用途的相对重力测量基准和为有关学科提供重力资料，1956～1957年在全国范围内建立了第一个国家重力控制网，该网由21个基本点和82个一等点组成。1981年又在全国测定了10多个高精度绝对重力点，精度约为±10微伽。1983年起开始重建全国重力基本网，其中基本点约40个，一等点约百余个。测定精度基本点高于±25微伽，一等点高于±40微伽。1984年又和香港、日本、法国进行了重力国际联测。
地球的重力场
指地球的表面及周围重力用的空间。其中任意一点既受地球质量的引力作用，也受地球自转里心里的作用,它们的合力就是重力.以为重力所做的功与路径无关,所以具有位场的性质,可以通过一个标量来叙述,即重力位.重力位相等的面称为等位面.重力的方向与等位面垂直.
如果将地球看成是理想的旋转椭球面,相应的重力场称为正常重力场。地球上任一点重力场与正常重力场场之间的差异称为重力异常场。地球质量分布不均匀是引起重力异常的原因。正常的重力等位面是椭球面，也就是水准面。其中与平均海平面重合的面就是大地水准面。因此，重力场的研究从中可以求得平均地椭球的形状，并建立水准网。在空间轨道中，可根据重力场校正空间飞行器的轨道。研究重力异常与矿产分布之间的关系可以用于矿产勘查。
重力测量
对地球重力加速度的测量。作用在单位质量上的重力称为重力场强度，数值上等于该重力的加速度。常用的单位是微伽和毫伽。相应的测量仪器就是重力仪。重力测量又分为绝对测量和相对测量两类。前者根据自由落体或摆动的原理测量自由落体加速度或摆动的周期来换算加速度。后者是测量两点的重力差，先进都用弹簧重力仪观测。其精度在几十或几个微伽。根据观测重力场的空间位置，又可分为地面重力测量以及海洋和航空重力测量。绝对重力值和一直的重力点可作为相对测量的基准点，由此可建立全国和国际的重力基准网。它不仅可作为相对测量的计算标准，因此要求更高的精度。由于地球是椭球面，从赤道向两极，重力值逐渐增加。此外地球与日、月间互相引力的影响，是地球发生周期性形变，因此重力值随时间也发生一定的变化，这就是固体潮。
重力勘探
根据重力异常寻找矿产或研究地址构造的方法成为重力勘探。他是在物理测量学的基础上发展起来的，是应用地球物理中的重要方法之一。
进行重力勘探是，需要在测区内建立基准点，并布置一定密度的测网。所有各点的重力值都与基准点相比。各点的重力观测值除了与矿体和围岩的密度差有关外，还和密度、高程、地形异常，需要作相应的，以消除这些因素的影响。重力异常中包含区域异常和局部异常。为此要对重力异常图作进一步的特殊处理。
重力勘探的结果在于确定地质体的空间单位置、大小、形状等，通过资料反映可实现此目的。现代重力勘探可在陆地、海洋、空中及井下进行。重力勘探成本低、效率高，特别适用于区域普查。它能解释多种地质问题，如区域构造单地划分、研究沉积盆地、寻找油气构造。寻找致密的矿体等。
重力异常
地球上一点实测的重力值与正常重力值之间的差，也称重力值引起的重力变化，成为重力异常。
均衡改正，是指消除因地壳均衡作用而早成的地壳内部质量过剩和
亏损而作的改正。固体潮改正是消除日、月引力而造成的影响。作了上述改正后便得到重力异常。它是由于地球内部质量分布不均匀所造成的。分析重力异常的原因，对研究地球内部构造、组成以及寻找矿产资源具有重要意义。
2.重力勘查的仪器 从原理上说，凡是与重力有关的物理现象都可以用于设计制造重力仪器，并用它们来测定出重力全值10－7~10－19量级变化，因此要求重力仪要有高敏度、高精度等良好性能。 2.1重力仪基本原理 根据测量的物理量的不同，重力测量分为动力法和静力法两大类，动力法观测的是物体的运动状态（时间与路径），用以测定重力的全值，即绝对重力值（早期的摆仪也可用于相对测量）；静力法则是观测物体在重力作用下静力平衡位置的变化。以测量两点间的重力差，称相对重力测定，重力仪是一种精密、贵重的仪器。 2.1.1绝对重力测量仪器 绝对重力测量的简单原理是利用自由落体的运动规律，在固定或移动点上测量时有单程下落和上抛下落两种行程，自由落体为一光学棱镜，利用稳定的氦氨激光束的波长作为迈克尔逊（michelson ）干涉仪的光学尺，直接测量空间距离：时间标准是采用高稳定的石英振荡器与天文台原子频率指标对比。观测时，仍然还有许多干扰因素影响重力值的精度测定，如大地脉动、真空度、落体下落偏摆等等，因此必须加以分析、控制和校正。 1）自由下落单程观测 图2.1表示自由落体在真空中的下落，其质心在时刻t 1、t 2、t 3相对经过的位置分别为h 1、h 2、h 3，时间间隔为T 1、T 2，经过的距离为S 1、S 2 ，则由自由落体运动方程式最后可导出重力值的公式： 1 21122)( 2T T T S T S g --= （2.1.1）
精确测定S 1、S 2是采用迈克尔逊干涉仪的原理，当物体光心在光线方向上移动半波长（21λ）时 ，干涉条纹就产生一次明暗变化，显示干涉条纹数目直接代表下落距离（2λN S =，N 为半干涉条纹数） 。这些干涉条纹信号由光电倍增管接受，转化成电信号，放大后与来自石英振荡器的标准频率信号同时送入高精度的电子系统，以便计算时间间隔与条纹数目，从而精确到S 1、S 2、T 1、T 2。 2）上抛下落双程观测 上抛下落对观测可避免残存空气阻力、时间测定、电磁等影响带来的误差，物体被铅垂上抛后，其质量中心所走的路程先铅垂向上而后下，其时间与距离的关系如图2.2。 图2.1 自由下落单程绝对重力测量示意图 图2.2 上抛下落双程绝对重力测量示意图
中国大陆构造环境监测网络技术规程 流动重力测量部分 1测量内容 流动重力测量是利用相对重力仪按一定的周期重复观测固定测点之间重力差的相对重力测量。 2技术要求 a）同一测段往返观测经固体潮、零漂和格值等改正得到每台仪器重力段差，3台仪器所测重力段差的互差限差为40X10七ms「2。特殊困难地区可放宽到 1.5倍。 b）平差后单程联测精度优于20X 10-ms-，点值精度平均值优于15X10七ms「2。 3设备配置 重力相对联测仪器设备见下表。 4测前准备 a）根据工作量、测量地区及交通状况制定实施方案，包括作业推进线路图、作业进度表。 b ）人员培训，准备现场记录材料和配备数据处理系统； c）收集测区环境情况资料：包括点之记、观测环境情况、重力观测历史情况和测量结果等。 d ）仪器检测。相对重力仪及其附属设备应根据相应仪器说明书或有关规程进行检查或检验。 e ）检修车辆，检查和维修仪器箱的固定与减震设备； f）相对重力仪应每5年应进行一次格值一次项系数的标定，标定区间宜涵盖测区重力仪读数范围。格值标定有效期检查。 5观测实施 5.1至少采用3台重力仪。 5.2相对重力仪器检验与调整 a ）日常检验（见附录1） b ）定期检验（见附录2） 5.3联测方式 a ）采用串式对称观测，即A T B T C T T C^ B—A ,或三程推进式对称观测
b）每站需读3次合格读数，LCR-g和Burris仪器每次读数需重新转动度盘，每次读数前需按同一方向逼近； c）一条测线应在3天内闭合，条件不允许时可延长到5天； d）一条测线中仪器静置超过2小时，应测定静态零漂并记录。 5.4绝对和台站点的相对重力联测 a）基准站的并置连续重力站比测点必须进行联测，测点周围30km内的其他绝对重力点必须进行联测; 地震重力固体潮台站，在交通条件许可时，应进行联测。 b）联测方式可采用环线或支线联测。 c）每期联测的点应相同，点位变更应重做点之记。 5.5观测记录与野外验算 a）观测记录采用陆态网络专用电子记簿； b ）一条测线结束后，及时进行验算，验算时应加入格值、潮汐改正、气压改正、仪器高改正和零漂改正（见附录3），进行数据备份。 c）Burries重力仪观测数据记录与输出为：大数+FBK数（读数小数）*反馈系数k 6成果整理与工作总结 6.1成果整理 a）外业资料整理 ?电子记簿文档编目 ?外业概算成果整理 b ）内业资料整理； ?测段互差统计 ?内业平差计算 ?成果分析 ?内业成果整理 6.2工作总结，内容包括： ?任务概述 ?测区自然地理概况 ?作业技术依据 ?作业过程概述 ?仪器使用情况 ?主要技术问题与处理 ?建议 6.3上交的成果和资料 ?实施方案（电子、纸质）； ?观测记录（电子）； ?观测计算资料（电子）； ?测点的点之记（补充、修正点）（电子）； ?重力仪检测资料（电子）； ?测量成果表（电子）； ?工作总结（电子、纸质）； ?检查、验收或监理报告（电子版，纸质版）。 7质量控制 为保证工程质量，陆态网络建设实施2级检查、1级验收和2级监理质量控制体系。
《重力测量实习指导书》 2007年3月 赵晓燕 重力仪的安全保护须知 重力仪是一种精密、贵重的测试仪器，正确的、严格的保养维护是保证观测成果质量的前提，也是保证仪器安全所必须的。 （1）重力仪的保管和使用应建立严格的责任制，仪器的主管人员和使用人员应对仪器的安全负责，未经主管人员和操作者同意，别人不得随意动用仪器。重力仪的配件和工具一般应随仪器妥善保管，不得弃置或改作它用。 (2）长距离运输重力仪时应有专人负责，并尽量设法减震，严禁将仪器大角度倾斜，操作过程中防止对仪器的任何碰撞。仪器筒提手、挂钩和背带等应随时检查以发现隐患，予以及时消除。仪器放在底盘上后，操作员不得离开，以防意外事故发生。 （3）在野外观测中，重力仪要防止被阳光直照、淋雨。每日工作后应将仪器表面擦试一次，目镜应用软毛刷或擦镜纸轻轻擦拭，不准用其他不合适的代用品。 每周至每月应对脚螺丝清洗、润滑一次。 （4）存放重力仪的环境应安全、稳固、干燥，如长期不用应及时取出电池，并在放仪器的防展筒内放置干燥剂。 （5）重力仪的重大检修应送仪器厂或仪修站进行。在野外观测过程中如发现较大故障时，不得轻率动手，随意拆卸仪器部件，而应由具有一定检修经验的人员在主管批准下，于力所能及的范围内进行处理，检修时应有一个洁静的环境，且有两人同时在场才行。 （6）在发放和验收仪器时，应作相应的仪器性能检验，双方签署记录，严格交接手续。 实训一、重力仪的认识与操作 实训目的：认识ZSM型、CG型、GS型、DZW型重力仪的结构及其功能，学会ZSM型、CG型石英 弹簧重力仪的操作。 实训内容：熟悉ZSM型、CG型重力仪的操作面板，完成重力仪在一个点上的读数。 基本要求：每人分别完成一个点上的读数、记录任务。每人一个点上的读数的自差不大于0.4 格。 实训步骤： （1）了解重力仪运输防震设备、防震措施、建立重力仪运输、使用的安全意识。 （2）认识重力仪面板：计数器、目镜、纵、横水泡了望孔、电源与照明系统、脚螺旋。 （3）整平仪器：先调横脚螺旋，使横水泡居中，然后调纵脚螺旋，使纵水泡居中。 （4）旋转计数器使亮线与刻度盘零线对齐。 （5）取计数器的读数，读数为5位有效数字，三位整数，最后一位是估读的。 （6）重复（3）、（4）、（5）读取第二、三次读数。 （7）判断：三次读数最大值与最小值不大于0.2时，取其三次平均值作为本点重力读数。当
航空重力测量技术及其运用探析 摘要：随着我国国民经济的快速发展,矿产资源需求与保障能力之间的矛盾日益突出,金属矿勘查已成为当前地质工作的重要任务。找矿深度的不断增加,使得找矿难度也随之加大,这就为地球物理勘查技术提供了发展空间。本文对高精度航空重力测量技术进行了总结,较为全面地阐述了这些方法技术的研究及应用现状。这些方法技术是当前矿产勘查有效的地球物理方法技术,或是近年来研发的新方法、新技术,在新一轮的矿产勘查中具有广阔的应用前景。航空重力测量技术是一种新型的高科技技术，虽然还没有完全的成熟，但是已经被广大的国家所重视和应用，它的主要贡献是针对地球的地貌特征等对地球的各地域及各领域进行重力的测量，在许多发达国家和发展中国家的应用越来越广泛和活跃，继而成为地球的重力研究最热门的技术，对地球的重力领域做出了重大的贡献。回顾航空重力测量技术的发展历程能够让我们看到航空重力测量技术在这个世界上呈现的与众不同的发展趋势。 关键词：航空重力；测量技术；运用；地球物理；勘探应用 引言：航空重力测量技术以其自身的优势在短时期内一跃成为地球重力领域所重视的佼佼者，我们看到了航空重力测量技术在地球的应用，也看到了这个领域的光明的前景，那么航空重力测量技术是怎么来的呢？下文就讲述了航空重力测量技术的概念、航空重力测量技术的不同的方法及原理、航空重力测量技术的广泛应用以及列举了航空重力测量技术在北极和南极地区的应用分析。 一、航空重力测量技术的概念 航空重力测量技术是一种用来测量在异常情况下的接近地的天空的重力技术，是一种用飞机做载体，并且将GPS、激光、计算机、重力传感器、无线电、INS等技术集合于一体的重力测量方法。航空重力测量技术是一种新的技术，是1958年在美国开始的一种技术，后来陆续被一些国家所重视，俄罗斯等不少国家的航空机构开始进行航空重力侧量技术的实验，并且由于技术的不断发展，航空重力测量也有了重大的突破，为国家和整个世界的航空事业做出巨大的贡献。 二、航空重力测量技术的原理和方法 航空重力测量是以飞机作为运载平台，利用航空重力仪在空中测量地球重力
重力野外测量
重力勘探工作过程 1.编写重力勘探技术设计书 根据承担的地质任务进行现场踏勘及搜集工区内的地质、物探、物性资料编写技术设计 2.野外施工 采集重力异常数据及工区内岩矿石的密度参数 3.室内资料整理 通过资料整理得到工区内异常的各种图件 4.重力异常的推断解释和报告编写
根据测量所处空间位置的不同，重力测量分为 地面重力测量 地下(包括坑道及井中)重力测量 海洋重力测量 航空重力测量 卫星重力测量
一、重力测量的地质任务与技术设计(一)重力测量的地质任务 区域重力调查 能源重力勘探 矿产重力勘探 水文及工程重力测量 天然地震重力测量
区域重力调查 9研究地球深部构造。例如地壳厚度的变化(莫霍间断面的起伏)，深大断裂的可能部位及延伸情况，上地幔密度的不均匀性以及研究地壳的均衡状态等。 9研究大地及区域地质构造，划分构造单元；研究结晶基底的起伏及其内部成分和构造；圈定沉积盆地范围，以及研究沉积岩系各密度界面的起伏和内部构造。 9探测、圈定与围岩有明显密度差异的隐伏岩体或岩层，追索两侧岩石密度有明显差异的断裂，进行覆盖区的基岩地质、构造填图。 9根据区域地质、构造及矿产分布规律，为划分成矿远景区提供重力场信息。
能源重力勘探 9研究重力测量可以在沉积覆盖区快速、经济地圈出对寻找石油、天然气或煤有远景的盆地; 9在圈定的盆地内研究沉积层的厚度及内部构造，寻找有利于储存油气或煤的各种局部构造; 9条件有利时可以研究非构造油气藏(如岩性变化、地层的推覆、古潜山及生物礁块储油构造等)，并直接探测与储油气层有关的低密度体。
体进行定量观察，采集数据，并作简单记录能提出探究活动的大致思路。 2.保持与发展对身边自然事物的好奇心，培养兴趣，善于猜想，乐于合作交流。 3.会使用测力计测量物体的重力。 教学准备： 橡皮、橡皮泥、平板测力计、圆筒测力计、钩码、测力计挂图 教学过程： 一、激趣导入 谈话：（出示牛顿图片）同学们，认识这位科学家吗？ 早在300多年前，牛顿就对苹果为什么落地产生疑问并进行了深入研究，你知道苹果为什么会落地吗？ 学生回答：受到了地球引力的作用/重力的原因/ 提问：橡皮和橡皮泥受到的重力一样吗？ 学生大胆猜想，引出课题：测量重力。（板书） 二、学习新知 1.认识测力计各部分名称 谈话：想一想，用什么方法测量重力呢？ 学生思考、回答，引出测力计。 谈话：现在老师手中的这支测力计叫平板测力计，课件出示。 请每组派代表到前面领取一只平板测力计，在小组内观察研究一下，看看你能在测力计上发现什么？（学生自由观察、发现） 学生交流发现，根据学生介绍，出示挂图，教师及时板书各部分名称。 2.了解测力计的刻度 谈话：请同学们仔细观察测力计两边的刻度，你还能发现什么？ 师生共同研究学习 3. 认识了解其他测力计？出示图片，简单介绍。 4. 学习使用测力计的方法 谈话：我们认识了测力计各部名称，一个钩码所受的重力是多少？ 学生先估计后测量 学生用测力计测量一个钩码所受的重力，交流测量结果。 提出疑问：一个钩码所受的重力是******牛，为什么大家测量的却不一样？ 学生讨论可能出现的原因，集体交流。学生总结使用方法，教师板书。 预设：如果学生全部测量正确，引导思考在使用测力计时应注意什么，然后总结使用方法。 5.练习使用测力计测量重力。 谈话：我们学会了正确使用测力计，想不想测量一下物体受到的重力？ 各小组有秩序地选取喜欢的物体，进行测量，把测量结果记录在表格中，之后交流结果。
卫星重力测量－基础、模型化方法与数据处理算法 作者简介：张传定，男，1966年04月出生，1996年09月师从于解放军信息工程大学陆仲连教授，于2000年12月获博士学位。 摘要 论文的中心内容是卫星重力测量中如何由星载传感器获得的观测数据恢复地球重力场这一过程的模型化问题。旨在吸取前人的研究成果，提出更加合理的数据处理模型。论文最突出的贡献是，改造并完善了大地重力学、空间大地测量、卫星轨道力学等学科模型化的理论与方法以适应卫星重力测量这一新型观测技术。作者的主要工作和创新点有： 1.在综合卫星重力测量有关最新研究成果的基础上，系统地论述了动态加速度测量、卫星重力梯度测量的基本原理；论证了它们的测量精度与姿态角加速度的关系以及卫星重力测量系统最终恢复地球重力场能力的判定准则；深入理解并掌握了现行SST、SGG卫星CHAMP、GRACE、GOCE各项指标及恢复地球重力场各频段的精度指标。 2.简要介绍了卫星重力测量中所涉及到的曲线坐标系下矢量、张量与曲线坐标之间的微分关系、坐标系之间的变换关系以及它们的矩阵表示。详细研究了在地球重力场确定中常用的关于研究点P和流动点Q相互关联的球极坐标系，给出了球极坐标系下地球引力位V关于P点和关于Q点的微分公式以及它们与球坐标系下局部微分算子的关系。深入研究了关于P和Q两点局部导数算子的相互作用问题，得到了扰动场元之间核函数和协方差函数的解析与级数展开式，首次给出了较为实用的明晰表达式。此结果是对物理大地测量学关于这一论题的补充和完善。这项工作是本文的一个创新点。 3.详细推导了地球、卫星、加速度传感器检验荷载这一特殊限定性三体问题的运动方程；指出星载加速度传感器的输出就是卫星所受非引力加速度和检验荷载相对于卫星中心地球引力的潮汐力之差；进而得到了由星载加速度传感器的比力测量和GPS跟踪测量数据直接恢复地球引力矢量的理论公式。 4.通过对扭秤、旋转梯度仪工作原理的考察和Molodensky关于垂线偏差推求高程异常的论述以及目前业已发现水平梯度分量的某种组合是球面正交函数系的事实，作者明确指出，在地球重力场的研究中，水平方向观测量的组合应作为复数使用。扰动场元观测量的复数表达是本文立论和各种模型化(建模)工作的思想基础，也是本文最为突出的创新点。 5.在§2.7中，直接由体球谐函数水平梯度的复表示定义并证明了描述地球引力位直到二阶水平梯度所需的球面正交函数系。它们关于纬度的函数是Legender函数及其导数的拟线性组合，可由目前熟知有关Legender函数及其导数的递推公式给予赋值。连同球谐函数构成了描述引力矢量、引力梯度张量所需的正交函数系。因而，利用它们可将引力矢量、引力梯度张量的复分量表达成一致的形式。 6.利用卫星重力测量数据恢复地球重力场，若从边值问题理论上可将其归结为平均轨道面上卫星重力测量超定边值问题。通常又将利用单个边值条件确定扰动位问题称为单定问题。在§3中，先以重力异常为例，类比依次给出直到二阶梯度球域单定连续边值问题恢复地球引力位系数的理论公式及其外部解析解和向下延拓截断核函数解；接着导出离散网格平均重力异常对应的简单调和分析公式和最小二乘调和分析公式；然后推广得到广义梯度调和分析公式和超定边值问题的最小方差解、最小二乘解。并证明了最小方差解等价于单定边值问题调和分析解的频域加权平均；最小二乘解等价于单定离散边值问题最小二乘调和分析解法方
航空重力仪器、技术发展现 状和趋势 引语测定地球重力场的传统方法是利用重力测量仪器进行绝对重力测量和相对重力测量。绝对重力测量虽然能够得到很高精度的绝对重力值，但由于仪器体积庞大、设备复杂、对外界环境条件要求高、观测时间长、成本高等因素，其不宜在地面上进行大规模的采用。近一百多年来，在地面进行重力测量的主要手段是采用相对重力测量，即通过测定未知点与重力已知点之间的重力值之差，从而得到未知点的绝对重力值。与绝对重力测量相比，相对重力测量具有仪器体积小、设备简单、对外界环境要求低、测量时间短、成本费用低等优点，适于进行地面大规模的测量。然而在一些条件恶劣、交通不便、无人居住以及陆海交界等区域进行地面重力测量时，不仅效率低下并且很难达到精度要求，甚至有些地区根本无法进行测量。 传统的地面重力测量无法进行测定占地球面积七成之多的海洋重力场，而船载重力测量技术的出现及逐步发展使开展大面积的海洋重力测量成为可能，然而其由于速度慢并且需要载体行驶在一个平均海面上，其仍是一种效率很低的重力测量手段。令人振奋的是，卫星测高技术的出现和逐渐成熟很好地解决了获取高精度海洋重力场的问题。 一、航空重力测量基本原理 航空重力测量按其复杂程度,可依次分为航空标量重力测量、航空矢量重力测量和航空梯度重力测量。原理上它们均需解决两个基本问题:①运动状态下,在空中如何稳定传感器的指向? ②如何分离引力加速度和惯性加速度? 为此,一个航空重力测量系统必须包括如下三部分,即用于测量比力的加速度计(或重力仪,称之为重力传感器分系统)、使加速度计保持水平的系统(或计算其姿态,称为平台分系统)和测量飞机惯性加速度的定位分系统。其中,第二分系统用于解决问题①,第一、第三分系统用于解决问题②。 依据所使用的重力传感器和平台分系统的不同,航空标量重力测量系统又可分为平台式、捷联式和旋转不变式。平台式是将精密加速度计安装到稳定平台上,定向由稳定平台维持,如UCoset & Rombe飞航空重力仪采用的是两轴阻尼平台。捷联式系统采用数学平台,即计算垂直加速度计所在载体坐标系与当地水平坐标
分类号密级 U D C 编号10486 武汉大学 工程硕士专业学位论文 A10型绝对重力仪的原理研究 及精度分析 研究生姓名康胜军 学号 2012212143093 指导教师姓名、职称罗佳副教授 企业导师姓名、职称肖学年高级工程师 工程领域名称测绘工程 研究方向绝对重力测量 二〇一三年十一月
Theory Research and Accuracy Analysis for A10 Absolute Gravity Meter By Kang Shengjun Supervised By Adjunct Professor Luo Jia Supervised By Senior Engineer Xiao Xuenian School of Geodesy and Geomatics, Wuhan University Wuhan 430079, P.R.China November, 2013
郑重声明 本人的学位论文是在导师的指导下独立撰写并完成的，学位论文没有剽窃、抄袭、造假等违反学术道德、学术规范和侵权的行为，否则本人愿意承担由此而产生的法律责任和法律后果，特此郑重声明。 学位论文作者（签名）： 年月日
摘要 绝对重力测量对地球重力场的相关应用和研究有着十分重要的意义。随着其应用领域的不断扩展，关于该项技术的研究、分析也必将深化。对于绝对重力测量仪器的原理研究及精度分析就是其中重要的分支。 论文简单回顾了绝对重力仪发展的历史，对国内绝对重力测量和仪器现状进行了描述。以A10型绝对重力仪为例，总结了自由落体式绝对重力仪的原理、组成结构、数据处理方法，并从理论上分析了其与FG5型绝对重力仪的差别。通过多次比对试验，重点比对、分析了A10型与FG5型绝对重力仪在测量精度上的差别。论文结论对于A10型绝对重力仪的应用推广有着积极的意义。 关键词：A10型绝对重力仪、绝对重力测量、精度。
重力测量电子记簿系统使用手册
目录 一、重力测量系统简介 (4) 1.1主要特点 (4) 1.2功能概述 (4) 1.2.1数据采集 (4) 1.2.2数据输出 (4) 1.3系统需求 (4) 二、系统安装、卸载与运行 (5) 2.1系统安装 (5) 2.2系统卸载 (6) 2.3系统运行 (6) 三、重力测量系统启动 (6) 四、操作指南 (8) 4.1主菜单介绍 (8) 4.2系统操作 (9) 4.2.1建立工程 (9) 4.2.2打开工程 (11) 4.2.3动态试验、重力联测、短基线校准、长基线校准 (13) 4.2.4反馈系数测量 (13) 4.2.5垂直梯度测量 (14) 4.2.6水平梯度测量 (15) 4.2.7静态试验 (16) 4.2.8灵敏度检调 (16) 4.2.9横气泡检调 (17) 4.2.10纵气泡检调 (18) 4.2.11横气泡细调 (18) 4.2.12工程选项 (19) 4.2.13打印文件输出 (20) 4.2.14交换文件输出 (21) 4.2.15数据处理 (22) 4.2.16关于 (25) 五、PC版重力测量系统 (25) 六、校验库 (28)
附：交换文件及配置文件格式 (29)
一、重力测量系统简介 重力测量系统是中国地震局武汉地震研究所与天维科技开发有限公司共同研发的重力测量数据处理系统，该系统以《国家重力测量规范》、《陆态网绝对重力测定技术规程》、《陆态网流动重力测定技术规程》为标准，进行数据采集、检核、数据处理与输出，可自动完成段差计算、成果输出。该系统采用C++开发，适用于基于Win CE 操作系统的PDA，无论是设计的科学性，还是实用性都以完善为目标，真正体现了面向对象的设计、面向重力测量工程管理与应用。 1.1主要特点 1) 界面友好、操作简单 2) 功能齐全，数据采集与处理规范化 3) 便于携带实用性强 4) 内外业一体化 1.2功能概述 1.2.1数据采集 1）实现LCR、CG5、BURRIS重力仪的仪器检调与记录 2）实现LCR、CG5、BURRIS重力仪的长短基线仪器标定 3）实现LCR、CG5、BURRIS重力仪野外数据采集与检查 4）记录数据、编辑数据的处理 5）数据采集过程记录 1.2.2数据输出 1）原始观测数据的表格化输出 2）交换数据格式化输出 3）静态曲线图输出 1.3系统需求 1.3.1基本硬件 1) CPU ARMV4、MIPS 2) 操作系统微软WinCE
CG-5野外重力测量操作步骤 准备工作 (2) 一、重力仪供电 (2) 二、冷启动及热启动 (2) 仪器的安置与开机 (3) 一、仪器安置 (3) 二、重力仪开机 (3) 参数设置 (3) 一、测量参数设置 (3) 1．测量标题确定 (4) 2．GPS使用 (4) 3．测站标记确定 (4) 二、仪器参数设置 (5) 三、选项参数设置 (5) 调平与测量 (7) 1.测站点号输入 (7) 2.调平 (7) 数据采集 (8) 传输数据 (8) 注意事项： (10) 常见故障及排除方法 (10)
准备工作 一、重力仪供电 CG-5重力仪有两种供电方式：由15V外接电源供电或由仪器配备的两个智能电池供电。 1、外接电源供电 外接电源供电步骤： 1)外接电源适配器的输入端与供电网连接（100V~240V交流，47~63Hz） 2)将15V直流输出连接到CG-5重力仪面板背后两针插座。 2、智能电池供电 CG-5重力仪使用可充电“智能”锂电池。电池标称电压11.1V，标称容量6.6Ah，工作温度范围-20℃~60℃。两个充满电的电池可供CG-5重力仪在外界温度25℃时连续工作超过14小时。电池的容量会随着温度的下降相应的减少，当电池剩余电量低于电池电量的10%时，仪器会以间隔15s的提示音予以提示，此时应及时连接外接电源或更换电池。若无法更换电池或连接外接电源，则应该取出电池以防止电池电量耗尽，否则当电池电量耗尽，会导致电池标定参数丢失，电池容量减少。若发生上述情况，可用CG-5重力仪配套充电器重新标定。 智能电池安装步骤： （a）从仪器侧边打开电池仓盖。 （b）连接器在电池仓的底部。插入电池使之与连接器紧密结合。 （c）将电池仓盖重新盖好。 若以错误的方式插入电池，则无法盖好电池仓盖。 CG-5重力仪配有智能电池充电器，以便对电池单独充电，每个电池需要连续充电大约4小时充满。 在CG-5重力仪断电超过48小时后，重新使用前，仪器需要通电48小时以上，其中预热4小时仪器才能达到运行温度，加热48小时后仪器才能稳定。 二、冷启动及热启动 1、冷启动 仪器出厂后第一次使用时，应该进行冷启动来重新设置仪器。以后的使用过程中，一般不再进行冷启动。需要注意的是数据在冷启动时将丢失，所以进行冷启动前要及时传输测量数据。 冷启动步骤： （a）同时按下【setup/4】键和【ON/OFF】键启动仪器，需长按两键，系统将提示是否恢复为仪器缺省设置。 （b）按【9】键进行冷启动。 （c）或者按【recall/5】键取消冷启动。 2、热启动
3.重力勘查的仪器 从原理上说，凡是与重力有关的物理现象都可以用于设计制造重力仪器，并用它们来测定出重力全值10－7~10－19量级变化，因此要求重力仪要有高敏度、高精度等良好性能。 3.1重力仪基本原理 根据测量的物理量的不同，重力测量分为动力法和静力法两大类，动力法观测的是物体的运动状态（时间与路径），用以测定重力的全值，即绝对重力值（早期的摆仪也可用于相对测量）；静力法则是观测物体在重力作用下静力平衡位置的变化。以测量两点间的重力差，称相对重力测定，重力仪是一种精密、贵重的仪器。 3.1.1绝对重力测量仪器 绝对重力测量的简单原理是利用自由落体的运动规律，在固定或移动点上测量时有单程下落和上抛下落两种行程，自由落体为一光学棱镜，利用稳定的氦氨激光束的波长作为迈克尔逊（michelson）干涉仪的光学尺，直接测量空间距离：时间标准是采用高稳定的石英振荡器与天文台原子频率指标对比。观测时，仍然还有许多干扰因素影响重力值的精度测定，如大地脉动、真空度、落体下落偏摆等等，因此必须加以分析、控制和校正。 1）自由下落单程观测
图2.1—1表示自由落体在真空中的下落，其质心在时刻t 1、t 2、t 3相对经过的位置分别为h 1、h 2、h 3，时间间隔为T 1、T 2，经过的距离为S 1、S 2 ，则由自由落体运动方程式最后可导出重力值的公式： () 121222 2T T T S T S g --= 精确测定S 1、S 2是采用迈克尔逊干涉仪的原理，当物体光心在光线方向上移动半波长（21λ）时 ，干涉条纹就产生一次明暗变化，显示干涉条纹数目直接代表下落距离（2λN S =，N 为半干涉条纹数） 。这些干涉条纹信号由光电倍增管接受，转化成电信号，放大后与来自石英振荡器的标准频率信号同时送入高精度的电子系统，以便计算时间间隔与条纹数目，从而精确到S 1、S 2、T 1、T 2。 2）上抛下落双程观测 上抛下落对观测可避免残存空气阻力、时间测定、电磁等影响带来的误差，物体被铅垂上抛后，其质量中心所走的路程先铅垂向上而后下，其时间与距离的关系如图2.1—2。
重力测量 什么叫重力基准点？ 指绝对重力值已知的重力点，作为相对重力测量（两点间重力差的重力测量）的起始点。中国于1956~1957年建立了全国范围的第一个国家重力基准，称为1957年国家重力基本网，该网由21个基本点和82个一等点组成。1985年，中国重新建立了国家重力基准。它由6个基准重力点，46个基本重力点和5个因点组成，称为1985年国家重力基本网。 重力测量是根据不同的目的和要求，使用重力仪测量地面某点的重力加速度。50年代中期，我国建立了由27个基本重力点和80个一等重力点构成的第一个重力控制网，该网是以苏联的阿拉木图、伊尔库茨克和赤塔为起始点，其绝对值为国际波茨坦系统。1981年，国家测绘总局在福州市溪口省测绘局外业大队北楼室内，埋设了重力基准点，根据中意科技文化合作协定，由国家测绘总局与意大利都灵计量研究所合作，用该所研制的可移动式绝对重力仪，测定了该点的绝对重力值，重力成果达到了微伽级的高精度。它是按照国务院1978年84号文件《关于重建我国高精度重力控制网的决定》而建立的“85国家重力基本网”的6个基准点之一(另5个是北京、广州、南宁、昆明、青岛)。该网还包括64个基本重力点和5个引点，充分利用全球的重力测量成果，同国际重力测量委员会建立的“1971年国际重力系统”进行了北京—日本，北京—巴黎的国际联测和北京—香港联测，联测精度为15～20微伽，平差后点重力值精度为±8微伽，新网建立后，代替了原来采用的具有较大系统误差的波茨坦重力系统。 zhongli celiang 重力测量 gravimetric survey 测定重力加速度值的工作。重力测量结果广泛地用于测绘、地质勘探、地球物理研究以及空间科学技术等方面。 重力作用在地球表面任一质点的重力□是引力□和惯性离心力□的合力（见图地球重力示意图）。根据牛顿万有引力定律，整个地球质量产生引力，地球自转则产生惯性离心力。引力的方向指向地球质心，惯性离心力的方向垂直于地球自转轴向外，而重力的方向则为两者合力的方向，即垂线的方向。 惯性离心力最大约为重力的1/300,因此地球的引力方向和重力方向非常接近。作用在单位质点上的重力称为该点的重力场强度,它同重力加速度在数值上相等。在重力测量中，重力加速度是实际所要测定的基本物理量，通常又将重力加速度简称为重力。在MKS制中,重力的单位为米/秒2;在CGS制中,则为厘米/秒2。为了纪念世界上第一个测定重力的意大利物理学家伽利略(G.Galilei)，将重力的单位厘米／秒2称为伽(Gal)，千分之一伽称为毫伽(mGal)，千分之一毫伽称为微伽(μGal)。
第17卷第3期地壳形变与地震Vol.17,No.3 1997年8月CRUSTAL DEFORMAT ION AND E A RTHQUAK E Aug.,1997·动态综述· 高精度绝对重力测量在地壳垂直运动 研究中的作用和应用前景 王 勇 张为民 (中国科学院测量与地球物理研究所,武汉 430077) 摘 要 对现代高精度绝对重力仪器的发展作了回顾,着重就高精度绝对重力测量在地壳垂直运动监测及其力学机制研究中的能力和作用等进行了分析,总结了我国目前绝对重力测量研究现状,并 讨论了高精度绝对重力测量在我国地壳运动监测和研究中的应用前景。 主题词 绝对重力测量 地壳垂直运动 随着高精度绝对重力测量技术的发展以及高精度重力测量仪器的商品化,绝对重力测量正成为大地测量的一项重要手段。在21届国际大地测量和地球物理联合会(IUGG)上,开展绝对重力测量的研究成为国际大地测量协会(IAG)通过的几项决议之一。 绝对重力测量的传统作用是为相对重力测量提供起始基准值,建立高精度重力仪的标定基线。随着现代绝对重力仪精度的提高以及商业化、自动化和便携型仪器的开发,现代绝对重力测量不但成为建立重力测量的基础,而且广泛地应用于地球物理、地球动力学、环境监测、资源勘探和开发以及惯性导航等领域中。 1 现代绝对重力测量仪器的发展状况 绝对重力测量技术是以测量加速度的距离和时间这两个量作为基础,观测传感元件在重力场中的自由运动。20世纪以前相当长的一个时期,大地测量和地球物理研究所需要的重力资料均是由振摆的测量来提供的。这种方法曾主导绝对重力测量长达300年之久。 自本世纪60年代以来,随着激光技术和原子钟时间测量技术的进展,使以测量长度和时间为基础的绝对重力测量得到长足发展。Sakuma[1]用激光干涉法测量长度的方法,研制出了固定式上抛下落绝对重力仪。60年代末至今,不同国家先后研制出了10余台移动式自由落体式上抛下落型绝对重力仪,并经测试后投入使用[2～9]。从各种仪器测量方式来看,大致有3个类型:(1)上抛对称自由运动型,如国际计量局(BIPM)的固定式重力仪,意大利的IMGC型重力仪;(2)自由下落型,如美国的JILA型,FG5型和中国计量院的NIM型,前苏联的GABL型重力仪;(3)旋转真空筒型,日本水泽国家天文台(NAOM)新近研制的就是这种类型仪器。 本文1997年1月7日收到 国家自然科学基金资助项目
重力测量练习报告 院系：测绘学院地球物理系 小组：第五组 组员： 陈杰曦，刘迟，叶正亮，徐翔宇，郭德润，徐妍妍 指导老师：操华胜 2014年12月2日
1.实习目的与要求 1.1实习目的 理论和实践结合，掌握重力勘探工作各个环节。 1.2实习要求 1.闭合要求：实习过程中，每次外业重力测量应该保持闭合的要求，即每次测量的最后一组测量点（位置也是本次测量的第一个测点（位置）。 2.空间位置：空间位置由相应的测量或从已知的地形图获得；每个测点都必须有点之记。 3.数据记录：每个测点上每人的数据（组）由测量者独立完成；数据记录完整真实。 4.个人要求：态度端正、遵守纪律、主动参与、确保安全。 1.3实行分组 实习一共有6个小组，每组都有自己的测量路线与任务，覆盖整个武汉大学信息学部。2.实习仪器与注意事项 2.1实习仪器: 本次实习所采用的重力仪为LCR陆地重力仪分的G型（大地型）, 它们的各项技术指标如下：
2.2重力仪及其使用： 1.轻拿轻放，动作轻缓，小心再小心； 2.运输过程中要把重力仪放腿上，搬运过程中要同时提好外包袋和仪器箱，保持仪器直立； 3.防水防晒，打伞； 4.严禁大角度倾斜仪器、横置和倒置； 5.LCR重力仪调平后方开摆，移动前必须关摆。 2.3重力仪的检验与校正方法 弹簧重力仪使用前主要应对仪器的灵敏度进行调试。首先应检查仪器的光线灵敏度，该过程相对比较复杂，应在专业人员的指导下完成。光线灵敏是指亮线从零刻度线位移到+1或-1和刻度线时仪器的读数之差。弹簧重力仪的读数差以16一20格为宜，小于此数称灵敏度过高，这时仪器很难稳定，读数困难:大于此数称灵敏度过低，仪器灵敏系统迟钝，不能反映微小重力变化，从而影响测量精度。 它包括如下内容:横气泡检验、光学灵敏度检验、读数线检验、电子读数零点检验、电子灵敏度检验等内容。 2.3.1操作步骤和方法 （1）横旗袍检验： 1.使横纵气泡居中，整平仪器;开照明灯，松摆; 2.旋转读数轮，使亮线位于读数线的位置; 3.记录气泡位置和重力仪读数; 4.调整脚螺旋，使横气泡位于偏离中间位置对称的两处，纵气泡居中,重复3,4两步； 5.调整脚螺旋，使横气泡位于偏离中间位置对称的另外两处， 纵气泡居中，重复3,4两步; 6.关照明灯，锁摆。
地气重力测量卫星简介 摘要：现代大地测量的基本目标之一就是获得高精度和高分辨率的地球重力场模型，卫星重力计划就是基于这一目标实施的。本文首先介绍了卫星重力学原理，随后对已经成功发射的三颗地球重力卫星（CHAMP、GRACE和GOCE）以及正在进行中的三个工程计划作详细阐述，最后重点讨论了地球重力场模型在测绘学科中的应用研究进展。 关键词：卫星重力测量；CHAMP；GRACE；GOCE；GRACE Follow-On 1 引言 卫星重力测量技术是继美国GPS系统成功构建后在大地测量邻域的又一项创新，引起了测绘学、地球物理学、灾害地质学、矿产地质学等一系列学科的革命，也是21世纪众多科学家关注的热点[1]。地球重力场是地球系统物质属性产生的一个最基本的物理场，反映由地球各圈层相互作用和动力过程决定的物质空间分布、运动和变化，承载地球系统演化进程中的一切与其重力场作用机制相关信息，地球重力场的时空演化是地球系统动力过程的历史再现。伴随着计算机、微电子和航天技术等的迅猛发展，地球重力场的研究正经历着一场大的变革，观测研究对象已由传统的局部地表、低近地空间扩展到全球范围、深空宇宙的各种动力现象和过程，发展为以动态观、整体论的方法描述地球的重力场，并引发了相关学科的交叉融合和催生新的学科领域[2]。 卫星重力探测技术从第一代光学摄影技术发展到第二代多种技术地面跟踪和卫星对地观测技术，现在已经进入以星载GPS精密跟踪定轨为主的测高卫星和重力卫星的第三代，其重要特征是更低的近极近圆轨道，连续的厘米级精度卫星定轨，实测重力场参数（如重力梯度）的星载设备，这些新技术的应用大大突破了传统重力测量的局限性[3]。 2 卫星重力学原理 早在70年代初，利用卫星技术及星载重力仪研究重力场的概念就已提出，进入80年代，许多欧美学者开始针对不同的专用重力卫星观测方案开始了数值模拟计算，同时专用重力观测的卫星系统设计和卫星的试验也逐步开始，经前后二十多年的反复论证和试验，最终，卫-卫跟踪和卫星重力梯度两种观测模式为国际大地测量界普遍接受[4]。当今，全球重力场研究的热点是将中、低频重力位模型提高到厘米级，已发射的地球重力卫星共有CHAMP、GRACE和GOCE三颗卫星[5]。 2.1 卫-卫跟踪技术 卫-卫跟踪技术是指空间的两颗卫星之间的精密测距测速跟踪，随着GPS技术的发展，又演化为高低卫-卫跟踪和低低卫-卫跟踪。高低卫-卫跟踪利用低轨卫星（高度400～500km 左右）上的星载GPS接收机与GPS卫星构成对低轨卫星的空间跟踪网，同时低轨卫星上载有高精度加速计以补偿低轨卫星的非保守力摄动（主要是大气阻力影响），其跟踪精度达到毫米级，恢复低阶重力场精度可以较现有模型提高一个数量级以上，对应的低阶大地水准面精度达到毫米级。低低卫-卫跟踪技术是指两颗低轨卫星，相距200km左右，以微米级的测
重力加速度测量的十种方法 方法一、用弹簧秤和已知质量的钩码测量 将已知质量为m的钩码挂在弹簧秤下，平衡后，读数为G.利用公式G=mg得g=G/m. 方法二、用滴水法测重力加速度 调节水龙头阀门，使水滴按相等时间滴下，用秒表测出n个（n取50—100）水滴所用时间t，则每两水滴相隔时间为t′=t/n，用m尺测出水滴下落距离h，由公式h=gt′2/2可得g=2hn2/t2. 方法三、用单摆测量（见高中物理学生实验） 方法四、用圆锥摆测量.所用仪器为：m尺、秒表、单摆. 使单摆的摆锤在水平面内作匀速圆周运动，用直尺测量出h（见图1），用秒表测出摆球n转所用的时间t，则摆球角速度ω=2πn/t 摆球作匀速圆周运动的向心力F=mgtgθ，而tgθ=r/h所以mgtgθ=mω2r 由以上几式得： g=4π2n2h/t2. 将所测的n、t、h代入即可求得g值. 方法五、用斜槽测量，所用仪器为：斜槽、m尺、秒表、小钢球. 按图2所示装置好仪器，使小钢球从距斜槽底H处滚下，钢球从水平槽底末端以速度v作平抛运动，落在水平槽末端距其垂足为H′的水平地面上，垂足与落地点的水平距离为S，用秒表测出经H′所用的时间t，用m尺测出S，则钢球作平抛运动的初速度v=S/t.不考虑摩擦，则小球在斜槽上运动时，由机械能守恒定律得：mgH=mv2/2.所以g=v2/2H=S2/2Ht2，将所测代入即可求得g值. 方法六、用打点计时器测量.所用仪器为：打点计时器、直尺、带钱夹的铁架台、纸带、夹子、重物、学生电源等. 将仪器按图3装置好，使重锤作自由落体运动.选择理想纸带，找出起始点0，数出时间为t的P点，用m尺测出OP的距离为h，其中t=0.02秒×两点间隔数.由公式h=gt2/2得g=2h/t2，将所测代入即可求得g.
卫星重力测量发展及应用 2010286190128 张璇 摘要：卫星重力测量在恢复地球重力场方面具有全球高覆盖率、高空间分辨率、高精度和高时间重复率等优点, 为大地测量和地球物理学科的发展开辟了新的途径。本文简要回顾了卫星重力测量的发展历程, 介绍了四种卫星重力探测技术的原理和发展状况, 最后对卫星重力测量在地球科学中的的应用情况进行了简要总结。 关键词：重力场；地球重力场；重力测量 一、研究背景 地(月)球重力场及其时变反映地(月)球表层及内部物质的空间分布、运动和变化，同时决定着大地水准面的起伏和变化。因此，确定地(月)球重力场的精细结构及其时变不仅是大地测量学、海洋学、地震学、空间科学、天文学、行星科学、深空探测、国防建设等的需求，同时也将为全人类寻求资源、保护环境和预测灾害提供了重要的信息资源。 人造卫星是在地(月)球重力场作用下在空间绕地(月)球运动的，要精密定轨，必须知道精确的地(月)球重力场参数，反之，精确测定卫星轨道的摄动，利用这些摄动的跟踪观测数据，又可以提高地(月)球重力场参数的精度，两者相辅相成。地球重力场是固体地球物理学、海洋动力学、地球动力学、冰川学、海平面变化与分析所需的基本物理量。在大地测量领域, 地球重力场对研究地球形状和精确求定地面控制点的三维坐标起着重要作用；在固体地球物理学中，基于地球重力场可以研究地球的内部构造和板块运动；在海洋学中，为了研究海面地形，揭示洋流和环流的活动规律也需应用地球重力场数据；在国防建设领域，远程武器的发射和飞行，必须知道精细的局部重力场和全球重力场。月球重力场的精密测量是国际探月计划的重要组成部分，它不仅决定着月球探测器的轨道优化设计和载人登月飞船月面理想着陆点的合适选取，同时将为全人类开展月体地形地貌和内部结构研究、月壤新能源和资源探测、月面宇宙环境分析(电磁、微粒子、高能等)、月球和地月系统起源和演化历史论证等提供丰富的信息资源。地(月)球重力场起着双重作用：第一，通过比较实际重力场和理想重力场的差可以得到重力异常，重力异常表明地(月)球内部的质量不平衡状态，并提供地球(月)动力学的重要信息；第二，确定大地水准面(和静止平均海平面相重合的等位面) ，大地水准面是所有地貌(如陆地、冰川、海洋等) 的参考面，而大地水准面仅仅是由重力场来定义的，它可以通过重力场的精化而改善。 目前常使用的重力测量手段主要有地表观测、航空测量以及卫星重力探测等。由于地面重力测量受地形和气候影响较大、耗时多、劳动强度大、作业成本高,使重力测量的地面覆盖率和分辨率受到极大的限制。航空重力测量虽然能够克服地形条件的限制，但却只能用于局部地区或区域性的测量，且仍受到气候条件的影响。卫星重力是近年来发展起来的新型空间探测技术，其发展和应用是当今国际大地测量学界继GPS之后的又一次革命性突破。卫星重力探测不受地形等自然条件的影响，为解决全球高覆盖率、高精度、高空间分辨