[发明专利]一种垂线偏差、重力加速度和重力梯度的测量装置及方法

说明书

本发明提供了一种垂线偏差、重力加速度和重力梯度的测量装置及方法。其中，测量装置包括基座、圆筒、激光跟踪仪、靶球、原子钟以及GNSS接收机。测量方法包括如下步骤：s1.在测点P安置好测量装置，将圆筒内部抽成真空；s2.利用体固坐标系下坐标已知的GNSS接收机和原子钟获取测点P在地固坐标系下的坐标及体固坐标系与地固坐标系之间的转换参数；s3.利用激光跟踪仪获取独立坐标系与体固坐标系转换参数；s4.利用激光跟踪仪和原子钟获取重力方向矢量、重力加速度和重力梯度；s4.求得测点P的天文大地垂线偏差及其子午圈和卯酉圈分量；s5.求得测点P的重力垂线偏差及其子午圈和卯酉圈分量。本发明利于实现高精度垂线偏差、重力加速度和重力梯度的一体化测量。

技术领域

本发明涉及一种垂线偏差、重力加速度和重力梯度的集成测量装置、以及基于所述集成测量装置的一体化测量垂线偏差、重力加速度和重力梯度的集成测量方法。

背景技术

重力加速度是一个重要的地球物理量，一般用符号g来表示。重力加速度的值在地球表面的不同地域会由于地球海拔、经纬度和物质密度等因素而不同。准确测量重力加速度g的值对科学研究、技术研发和工程应用等都有重要的意义，准确测定重力加速度g的值对于大地测量学、地球物理学、计量学、地震预报、重力探矿和空间科学等都有着重要的意义。

地面一点上的重力方向矢量g_di与相应椭球面上的法线向量p之间的夹角u为该点的垂线偏差，表示大地水准面的倾斜。夹角u通常用子午圈分量(南北方向的分量)和卯酉圈分量(东西方向的分量)表示。垂线偏差在天文大地测量中具有重要的作用，例如垂线偏差可用于计算高程异常、大地水准面差距，推求平均地球椭球或参考椭球的大小、形状和定位，并用于天文大地测量数据的归算，也可用于空间技术和精密工程测量。根据所采用的椭球不同可分为绝对垂线偏差及相对垂线偏差，垂线同总地球椭球(或参考椭球)法线构成的角度称为绝对(或相对)垂线偏差，统称为天文大地垂线偏差。另外，将实际重力场中的重力方向矢量g_di与正常重力场中的正常重力方向矢量g_nor之间的夹角称为重力垂线偏差。

重力梯度测量是一个困难而费时的测量任务，但是高精度重力梯度测量数据对于高精度惯性制导、地球科学、空间科学和地质科学等都有着重要的意义，同时重力梯度测量已经被认为是一种资源探测的有效手段之一，是对基础地质调查、基础地质研究，油气矿藏等资源勘查等领域具有重要的应用价值，航空和卫星重力梯度测量对山区、无人区和沿海大陆架部分的基础数据获取更具重要意义。

目前对于重力加速度、重力梯度和垂线偏差的测量需要分别使用单独的仪器和方法，存在工作量大、成本高、测量效率低、无法一体化测量等不足。

发明内容

本发明的目的在于提出一种垂线偏差、重力加速度和重力梯度的集成测量装置，以便实现垂线偏差、重力加速度和重力梯度在一体化测量中相关数据的获取。

本发明为了实现上述目的，采用如下技术方案：

一种垂线偏差、重力加速度和重力梯度的测量装置，包括：

基座、圆筒、激光跟踪仪、靶球、原子钟、GNSS接收机以及固定支架；

其中，圆筒垂直安装于基座上，且所述圆筒的中心与所述基座的中心对准；

激光跟踪仪安装于圆筒内侧；

靶球包括一个可进行自由落体的靶球和至少三个固定的靶球，各个靶球均位于圆筒内侧；

所述靶球为与激光跟踪仪配套使用且能被所述激光跟踪仪实时跟踪的靶球；

原子钟位于圆筒外侧，且安装于基座上；

GNSS接收机有多个，且均位于圆筒外侧；固定支架安装于圆筒的上方；

各个GNSS接收机天线分别固定在固定支架上；