海面船载重力测量和航空机载重力测量(简称海空重力测量)是目前探测海洋重力场的两种主要技术手段。本书全面系统地研究论述采用海空重力测量的两种技术手段测定海洋重力场的理论方法和应用，主要内容包括海空重力测量需求分析论证与技术设计、传感器性能测试与评估、原始数据归算与滤波处理、误差分析建模与精细化处理、多源数据融合与数值模型构建、数据综合应用与效能评估等六大部分，形成比较完整的作业标准和数据获取体系、数据分析和处理体系、数据产品制作和应用体系，较好地回答“为什么测、用什么测、测到什么程度”“怎么测得细、改得准、校得精”等科学问题，基本反映当前国内外该研究领域的先进学术水平。
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主持过多项国家专项课题、国家863、973计划子课题、总装预研课题、海军科研课题，1项国家自然科学基金课题（41474012）。
目录
序一
序二
序三
前言
第1章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 研究意义及需求分析 2
1.2.1 海洋重力场信息的应用价值 2
1.2.2 海空重力测量手段的技术特点 3
1.2.3 我国海空重力测量技术体系的建设需求 4
1.3 研究现状及发展方向 5
1.3.1 海空重力测量技术体系 5
1.3.2 重力测量传感器技术 7
1.3.3 规划设计技术 15
1.3.4 数据预处理技术 19
1.3.5 数据精细化处理技术 24
1.3.6 重力测量精度评估技术 28
1.3.7 重力数值模型构建技术 29
1.3.8 重力数据综合应用技术 34
1.4 研究目标、研究内容及章节安排 39
1.4.1 研究目标 39
1.4.2 研究内容及章节安排 39
1.5 本章小结 41
第2章 海空重力测量理论基础与数学模型 42
2.1 引言 42
2.2 海空重力测量时空基准与转换 42
2.2.1 时间系统 42
2.2.2 坐标系统 45
2.3 海空重力测量基本原理与模型 50
2.3.1 海空矢量重力测量原理与模型 50
2.3.2 海空标量重力测量原理与模型 55
2.3.3 LCR型海空重力仪工作原理与模型 57
2.4 海空重力测量数据处理基本模型 59
2.4.1 海面重力测量基点比对计算模型 59
2.4.2 零点漂移改正模型 60
2.4.3 测量船吃水变化改正模型 60
2.4.4 海空重力测量空间改正模型 61
2.4.5 厄特沃什改正公式 61
2.4.6 垂向加速度改正模型 62
2.4.7 垂向加速度偏心改正模型 63
2.4.8 交叉耦合效应改正模型 64
2.4.9 水平加速度改正模型 64
2.4.10 正常场改正模型 65
2.4.11 海空重力异常计算模型 66
2.5 海空重力测量对辅助设备的精度要求 66
2.5.1 对载体位置、航速、航向和高度确定的精度要求 66
2.5.2 对时间同步的精度要求 69
2.5.3 对稳定平台的精度要求 70
2.6 本章小结 72
第3章 海空重力测量环境效应改正模型研究 73
3.1 引言 73
3.2 航空重力测量厄特沃什改正公式分析研究 73
3.2.1 概述 73
3.2.2 不同形式厄特沃什改正公式来源与分析 74
3.2.3 不同形式厄特沃什改正公式数值差异分析 79
3.2.4 专题小结 82
3.3 平台倾斜重力改正模型等价性证明与验证 83
3.3.1 概述 83
3.3.2 平台倾斜重力改正基本模型 84
3.3.3 模型等价性证明与改正量值估算 86
3.3.4 模型数值计算分析与比较 89
3.3.5 专题小结 92
3.4 海空重力测量平台倾斜重力改正新模型 92
3.4.1 概述 92
3.4.2 传统计算模型及误差分析 93
3.4.3 平台倾斜重力改正新模型 95
3.4.4 数值计算检验与分析 98
3.4.5 专题小结 99
3.5 本章小结 100
第4章 海空重力测量系统组成及工作原理 101
4.1 引言 101
4.2 两轴稳定平台型海空重力测量系统 101
4.2.1 发展概况 101
4.2.2 系统组成及工作原理 103
4.2.3 系统特点及性能指标 110
4.3 三轴稳定平台型海空重力测量系统 111
4.3.1 发展概况 111
4.3.2 系统组成及工作原理 114
4.3.3 系统特点及性能指标 120
4.4 捷联式海空重力测量系统 122
4.4.1 发展概况 122
4.4.2 系统组成及工作原理 125
4.4.3 系统特点及性能指标 129
4.5 本章小结 130
第5章 海洋重力场特征分析与技术设计 131
5.1 引言 131
5.2 海洋重力场变化特征模型构建与分析 131
5.2.1 问题的提出 131
5.2.2 统计参数计算模型 133
5.2.3 数值计算检验与分析 138
5.2.4 专题小结 147
5.3 海洋重力场对飞行器制导的影响及海洋重力测线布设 148
5.3.1 问题的提出 148
5.3.2 海洋重力场对远程飞行器落点的影响 149
5.3.3 扰动引力计算精度估计 152
5.3.4 海洋重力测量测线布设 156
5.3.5 专题小结 160
5.4 本章小结 160
第6章 海空重力测量关键技术指标论证与评估 162
6.1 引言 162
6.2 问题的提出 162
6.3 关键指标分析与论证 163
6.3.1 测线布设密度要求 163
6.3.2 测量精度与空间分辨率要求 164
6.3.3 海空重力仪性能指标要求 167
6.4 关键指标验证与评估 170
6.4.1 海空重力仪性能指标检验 170
6.4.2 海空重力测量精度指标检验 172
6.5 海空重力测量精度评估模型 173
6.5.1 内符合精度计算模型 173
6.5.2 外符合精度计算模型 174
6.6 海洋重力仪稳定性测试及零点漂移改正研究 175
6.6.1 问题的提出 175
6.6.2 稳定性测评方法与计算模型 176
6.6.3 数值计算检验与分析 180
6.6.4 专题小结 185
6.7 利用重复测线校正海空重力仪格值及试验验证 185
6.7.1 问题的提出 185
6.7.2 格值标定方法及误差影响机理分析 186
6.7.3 格值校正方法及计算模型 190
6.7.4 实例计算及对比分析 193
6.7.5 专题小结 199
6.8 本章小结 199
第7章 海空重力测量精密定位技术 201
7.1 引言 201
7.2 GNSS观测量及其误差改正方法 203
7.2.1 原始观测方程 203
7.2.2 双差观测方程 205
7.2.3 观测值线性组合 206
7.2.4 双差观测值误差改正方法 209
7.3 GNSS动态差分定位方法 217
7.3.1 GNSS动态差分定位解算模型 217
7.3.2 伪距差分单点定位 218
7.3.3 相位差分动态定位 219
7.3.4 利用GNSS测定载体速度的方法 222
7.3.5 GNSS差分定位软件编制及计算分析 227
7.4 GNSS精密单点定位方法 229
7.4.1 观测模型与待估参数选择 230
7.4.2 待估参数估计方法 232
7.4.3 GNSS精密单点定位软件编制及计算分析 236
7.5 海空重力测量精密定位方法测试与分析 241
7.5.1 单台海空重力仪观测数据处理分析 241
7.5.2 多型多台套海空重力仪同机测试数据处理分析 242
7.6 本章小结 243
第8章 海空重力测量数据滤波技术 245
8.1 引言 245
8.2 滤波基本理论与常用滤波器特性 247
8.2.1 概述 247
8.2.2 线性时不变系统 247
8.2.3 常用滤波器特性分析 248
8.3 重力测量空间分辨率与截止频率匹配关系 249
8.4 海空重力测量数据频谱特性分析 251
8.4.1 航空重力测量数据频谱特性分析 251
8.4.2 船载重力测量数据频谱特性分析 253
8.5 FIR滤波器设计及性能分析 255
8.5.1 FIR滤波器工作原理 255
8.5.2 FIR滤波器设计原理 255
8.5.3 FIR滤波器设计指标 257
8.5.4 FIR滤波器的窗函数设计方法 259
8.5.5 FIR滤波器的等波纹设计方法 262
8.5.6 移动平均FIR滤波器 263
8.6 数值计算检验与分析 264
8.6.1 航空重力测量数值计算检验与分析 264
8.6.2 船载重力测量数值计算检验与分析 267
8.7 确定垂向加速度的FIR差分器设计 269
8.7.1 确定垂向加速度的三种方法 270
8.7.2 低通差分器设计 271
8.7.3 试验结果分析 275
8.8 本章小结 278
第9章 海空重力测量误差分析与补偿技术 279
9.1 引言 279
9.2 海空重力测量误差源分析与精度评估 279
9.2.1 海空重力测量误差源分析 279
9.2.2 海空重力测量测线网精度评估 283
9.2.3 海空重力测量重复测线精度评估 284
9.3 海空重力测量误差验后补偿方法 288
9.3.1 问题的提出 288
9.3.2 平差基本模型与误差表达式 289
9.3.3 误差验后补偿计算模型 291
9.3.4 数值计算检验与分析 294
9.3.5 专题小结 297
9.4 摆杆型重力仪动态测量环境效应分析与补偿 297
9.4.1 问题的提出 297
9.4.2 误差补偿模型及适用性分析 299
9.4.3 数值计算检验与分析 301
9.4.4 专题小结 305
9.5 补偿海空重力测量动态效应剩余影响的通用模型 305
9.5.1 问题的提出 305
9.5.2 测量误差源及其变化特性分析 306
9.5.3 补偿模型选择及参数估计 308
9.5.4 数值计算检验与分析 315
9.5.5 专题小结 320
9.6 卫星测高重力模型在海空重力测量误差检测中的应用 321
9.6.1 问题的提出 321
9.6.2 卫星测高重力模型分析评估 322
9.6.3 在海空重力测量误差检测中的应用 324
9.6.4 应用实例分析 328
9.6.5 专题小结 331
9.7 无基点海洋重力测量数据归算补救处理方法 331
9.7.1 问题的提出 331
9.7.2 全球重力位模型及卫星测高重力模型分析评估 332
9.7.3 无基点海洋重力测量数据归算方法 337
9.7.4 数值计算检验与分析 339
9.7.5 专题小结 340
9.8 本章小结 341
第10章 地面和海面观测重力向上延拓技术 343
10.1 引言 343
10.2 顾及地形效应的地面重力向上延拓模型 344
10.2.1 问题的提出 344
10.2.2 向上延拓模型及适用性分析 345
10.2.3 向上延拓模型精度理论估计 350
10.2.4 数值计算检验与分析 351
10.2.5 专题小结 355
10.3 重力异常向上延拓严密改化模型及向下延拓应用 356
10.3.1 问题的提出 356
10.3.2 计算模型改化与分析 357
10.3.3 数值计算检验与分析 365
10.3.4 专题小结 373
10.4 本章小结 373
第11章 航空重力测量数据向下延拓技术 375
11.1 引言 375
11.2 不适定反问题与正则化方法 375
11.2.1 正问题与反问题 375
11.2.2 反问题的不适定性 376
11.2.3 正则化方法 377
11.3 基于正则化的向下延拓方法 378
11.3.1 向下延拓模型 378
11.3.2 计算模型不适定性分析 380
11.3.3 正则化应用 382
11.3.4 数值计算检验与分析 385
11.3.5 专题小结 396
11.4 海域航空重力测量向下延拓新方法 396
11.4.1 问题的提出 396
11.4.2 计算模型 397
11.4.3 精度分析与估计 399
11.4.4 数值计算检验与分析 401
11.4.5 专题小结 406
11.5 陆域航空重力测量向下延拓新方法 406
11.5.1 问题的提出 406
11.5.2 基于差分局部地形改正的延拓归算模型 407
11.5.3 基于差分层间地形改正的延拓归算模型 409
11.5.4 新方法特点及精度分析 410
11.5.5 数值计算检验与分析 411
11.5.6 专题小结 421
11.6 顾及地形效应的重力向下延拓模型分析与检验 421
11.6.1 问题的提出 421
11.6.2 向下延拓模型及稳定性分析 423
11.6.3 数值计算检验与分析 430
11.6.4 专题小结 434
11.7 基于向上延拓的航空重力向下解析延拓解 435
11.7.1 问题的提出 435
11.7.2 向下延拓解算模型及适用性分析 436
11.7.3 数值计算检验与分析 443
11.7.4 专题小结 450
11.8 虚拟压缩恢复法应用于航空重力向下延拓的适用性研究 451
11.8.1 问题的提出 451
11.8.2 计算模型及等价性证明 452
11.8.3 数值计算检验与分析 456
11.8.4 专题小结 459
11.9 本章小结 459
第12章 海空多源重力数据融合处理技术 461
12.1 引言 461
12.2 海域多源重力数据特性分析 462
12.3 融合多源重力数据的正则化配置模型 464
12.3.1 问题的提出 464
12.3.2 配置法模型 465
12.3.3 协方差函数模型 466
12.3.4 配置模型正则化改造 470
12.3.5 数值计算检验与分析 471
12.3.6 专题小结 483
12.4 融合多源重力数据的正则化点质量模型 484
12.4.1 问题的提出 484
12.4.2 点质量模型 485
12.4.3 模型稳定性分析与正则化改造 487
12.4.4 数值计算检验与分析 487
12.4.5 专题小结 494
12.5 融合多源重力数据的纯解析模型 494
12.5.1 问题的提出 494
12.5.2 一步融合处理模型 496
12.5.3 分步融合处理模型 498
12.5.4 数值计算检验与分析 501
12.5.5 专题小结 503
12.6 本章小结 504
第13章 海域外部重力场逼近计算技术 505
13.1 引言 505
13.2 海域超大范围外部重力场快速赋值模型 505
13.2.1 问题的提出 505
13.2.2 传统赋值模型及适用性分析 506
13.2.3 海域流动点计算保障需求与模型改进 509
13.2.4 数值计算检验与分析 513
13.2.5 专题小结 516
13.3 海域流动点外部扰动引力无奇异计算模型 516
13.3.1 问题的提出 516
13.3.2 传统表层法计算模型及精度分析 518
13.3.3 无奇异的表层法计算模型 521
13.3.4 数值计算检验与分析 526
13.3.5 专题小结 530
13.4 海域超低空扰动重力精密计算模型 531
13.4.1 问题的提出 531
13.4.2 地球外部扰动重力全球积分模型 532
13.4.3 计算模型分析与改化 534
13.4.4 数值计算检验与分析 544
13.4.5 专题小结 551
13.5 本章小结 552
第14章 大地水准面精化技术 554
14.1 引言 554
14.2 基于Stokes边值理论的计算模型改化及数值检验 555
14.2.1 计算模型及实用性改化 555
14.2.2 计算模型误差估计 559
14.2.3 数值计算检验与分析 562
14.2.4 专题小结 569
14.3 基于Bjerhammar边值理论的计算模型改化及数值检验 569
14.3.1 问题的提出 569
14.3.2 基本原理与计算模型 570
14.3.3 计算模型实用性改化 574
14.3.4 数值计算检验与分析 576
14.3.5 专题小结 585
14.4 基于点质量方法的计算模型改化及数值检验 585
14.4.1 问题的提出 585
14.4.2 基本原理与计算模型 587
14.4.3 计算模型实用性改化 589
14.4.4 数值计算检验与分析 593
14.4.5 专题小结 599
14.5 基于Molodensky边值理论的计算模型改化及数值检验 600
14.5.1 问题的提出 600
14.5.2 基本原理与计算模型 601
14.5.3 计算模型实用性改化 603
14.5.4 数值计算检验与分析 606
14.5.5 专题小结 616
14.6 基于Stokes-Helmert边值理论的计算模型分析改化及数值检验 616
14.6.1 问题的提出 616
14.6.2 基本原理与计算模型 618
14.6.3 计算模型分析与实用性改化 623
14.6.4 数值计算检验与分析 627
14.6.5 专题小结 633
14.7 利用高阶径向偏导数带限模型进行重力向下延拓计算 633
14.7.1 问题的提出 633
14.7.2 计算模型 635
14.7.3 数值计算检验与分析 646
14.7.4 专题小结 655
14.8 重力异常垂向梯度严密改化模型及应用 656
14.8.1 问题的提出 656
14.8.2 计算模型分析与实用性改化 657
14.8.3 数值计算检验与分析 665
14.8.4 专题小结 673
14.9 基于带限航空矢量重力确定大地水准面的两步积分法 673
14.9.1 问题的提出 673
14.9.2 计算模型 675
14.9.3 数值计算检验与分析 678
14.9.4 专题小结 685
14.10 基于带限航空矢量重力确定大地水准面的一步积分法 686
14.10.1 问题的提出 686
14.10.2 计算模型 686
14.10.3 试验验证 689
14.10.4 专题小结 693
14.11 本章小结 693
第15章 研究总结、展望及建议 695
15.1 研究总结 695
15.2 展望及建议 704
参考文献 707
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