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海洋重力测量的特殊问题及解决途径 林哲远 （中国海洋大学 青岛 邮编：26610） 摘 要 进入21世纪，海洋勘探工作得到国家和各部门的重视。在海洋测量中，海洋重力测量日渐成为比较重要的手段之一。海洋重力测量是在测量平台不断运动状态下进行的一种动态测量，这是海洋重力测量区别于陆地重力测量的最大特点。海洋重力测量时瘦运动载体和海洋环境的影响比较显著，这些干扰因素造成的影响远大于观测重力，因此，需要对这些影响因素进行细致的分析，以了解这些干扰因素形成的机理并掌握消除这些影响的措施。 关键词 海洋重力测量；海洋重力仪；水平干扰；垂直干扰；c-c效应；爱特维斯改正 文章主要分析了海洋重力测量中的水平干扰、垂直干扰、粗差分析及提高精度、厄特弗斯改正项等，从这几个方面提高海洋重力测量值的精度。 海洋重力测量误差产生原因 （1）沿水平地面向东运动的物体，其重量一定要减轻。例如，船向东航行时，船速增大了作用在重力仪上的地球自转向心加速度，而向西航行时，船速减小这种向心加速度。这种导致重力视变化的作用称为厄缶（爱特维斯）效应，又称为科里奥利加速度影响。此误差与航向、航速和船只所处的地理纬度有关。 （2）因波浪或机器等因素引起测量船在水平方向上的周期性加速度对重力的影响，引起仪器的摆杆与水平方向的夹角发生变化，从而引起水平加速度的影响。 （3）因波浪或机器等因素引起测量船在垂直方向上的周期性加速度对重力的影响。理论上，在一段时间内进行测量，可以通过取观测的平均值消除垂直加速度，实际上，垂直加速度的振幅往往很大，远远超出重力仪的读数范围。 （4）现有海洋重力仪弹性系统的结构多是绕水平轴旋转的横摆系统，且有很强的阻尼。如果这类重力仪放置在陀螺平台或长周期常平架上，在一定条件下弹性系统还产生一种所谓交叉耦合效应，或C.C.效应。 海洋重力测量误差的消除方法  下面结合仪器结构讨论。 常平架 海上重力测量一般在常平架（现多为陀螺平台）上进行。这是一个利用重力仪本身的重量方向支架保持平衡位置的球面摆系统。这里结合常平架讨论倾斜和水平加速度影响。 （1）重力加速度河垂直干扰加速度分别为和（二t的次导数），两者在测量轴上的投影为（同方向）。 （2）水平加速度在测量轴的投影为－。 （3）离心急速度方向与测量轴相同，（角速度为振幅对时间的一次导数）。 则瞬间的重力仪观测值为： 若要得到准确值，需加上改正值， 则改正值为： 分析，则有： 1、倾斜改正项：（） 2、垂直干扰加速度改正项： 3、水平干扰加速度改正项： 4、离心加速度改正项： 若将常平架认为在水平加速度作用方向上某一个垂直平面内运动——复摆。 （水平干扰加速度），为最大振幅，为角频率。 当选用短周期常平架时，若忽略情况下，常平架近似处于瞬间垂线位置——水平加速度与重力加速度的合力方向与测量轴相一致，则有：振幅随水平加速度增大而增大，与常平架自振频率无关。 当选用短周期常平架时，倾斜和水平加速度影响在取平均值。将水平加速度改正值和倾斜改正值相加得： 只要调节常平架自振周期，就可使倾斜和离心加速度影响相互抵消。而只剩下水平加速度改正项。 二．弹性系统的阻尼（垂直干扰加速度） 海洋重力仪进行重力测量时，传感器敏感重力加速度和由于海浪等造成的载体垂直方向的运动加速度，其幅值可达到重力值的数万至数十万倍。但垂直干扰加速度具有周期性，原则上，可长时间观测平均值来消除它的影响。 ，为垂直加速度的角效率 若值较大时，要消除它的影响要取相当长的平均时间——在取平均前——将弹性摆予以阻尼使垂直加速度振幅在重力仪中反应缩小——然后再用取平均的方法予以消除。 （一）弹性摆的自振 由于干扰加速度的作用，弹性摆不能再处于静止状态，而绕自己的旋转轴发生振动——弹性摆不断变化着平衡位置的情况下实现的。 1、无阻尼自振 如图所示：为弹性摆质量，为重心至转轴距离，为摆杆与水平面夹角。 根据动量距原理，自振的运动方程为： 为扭力距，为初始扭转角，为时间的二次导数。 由式可看出：若摆不振动时， 处于平衡位置 ，与旋转弹性系统相同 若角很小，取 并考虑（零点读数）有 则有振动方程为：为二阶常系数其次微分方程——弹性摆的运动为一种简谐运动，角频率为—— 2、加以阻尼时 如将弹性系统浸在粘度很大的油料中或采用磁性电性阻尼， 则在中增加一项阻尼力矩，阻尼力矩的大小与摆角的角速度成正比，（为比例系数），则运动方程为： 根据前面讨论条件又可为：，——为阻尼系数 此式表示摆的运动可为周期性的阻尼振动，也可为非周期或由和之间关系而定。 （二）阻尼弹性摆在干扰加速度作用下的运动 当有干扰加速度作用时，弹性摆的运动方程为： 设：因很小，所以，且，将