零漂改正

零漂改正是指对测量仪器零点漂移引起的测量值随时间变化所加的改正。

零漂改正概念

零漂改正是指为了克服传统陆地重力梯度测量方法的不足，提出了利用两台或多台具有电子读数的相对重力仪测量重力梯度的同步观测方法和相应的数据处理模型，该方法无需进行固体潮改正和零漂改正而直接求解重力差，垂直重力梯度实验结果验证了该方法的有效性。

重力梯度是重力位的二阶导数，反映了地球重力场在全空间的变化率和水准面的曲率，具有比重力本身更高的分辨率，能够更好地反映场源体的细节和探测地下物质的分布及界面起伏等。重力垂直梯度是重力梯度张量中最重要的分量，主要应用于反演近地表异常物体、推求地球内部重力。

零漂改正零漂改正对中国地壳运动观测重力数据的处理

中国地壳运动观测网络相对重力联测工作由LCR-G型重力仪施测。由于LCR-G型重力仪具有零漂率小（<5 μGal/h）且基本呈线性的优点，因此，传统的重力网平差模型主要采用线性零漂的处理方法，即认为重力仪零漂率在观测过程中保持不变，将其作为未知参数与测点重力值一并进行平差。然而实际外业测量中，其零漂的长期变化可能存在非线性。由于中国地壳运动观测网络观测时间跨度大，在数据处理中将零漂率作为固定常数可能不合适。本文利用中国地壳运动观测网络2000年流动重力观测数据，探讨相对重力仪零漂的不同处理方法对重力网平差结果的影响。

零漂改正相对重力仪零点漂移

重力仪漂移是由弹簧张力的衰减及未被补偿或未被屏蔽的外界作用引起的。为减弱或消除零点漂移对观测数据的影响，一般采取往返闭合观测的方式，即A－B－C…C－B－A的观测顺序，并要求闭合时间应尽量缩短。如果能适当控制漂移，便可以识别出较大的跳动，从而消除其影响。

零漂改正相对重力数据处理

（1）传统平差模型

传统平差模型将仪器的零漂改正放在平差过程中，其原始观测数据经过仪器格值系数改正、周期误差改正、潮汐改正、气压改正、仪器高改正等预处理以后得到测点间的观测段差，将段差作为平差元素，采用间接平差模型，即可得到观测方程为：

v_ij=g_j-g_i+d(t_j-t_i)-(g_j-g_i)

式中，v_ij为任意测点i、j之间的段差改正数；g_i和g_j为测点i、j的预处理重力值（不包括漂移改正）；t_i和t_j为i、j两点的观测时间；d为相对重力仪零漂率平差值；g_i和g_j为测点i、j的平差重力值。

（2）改进平差模型

改进的平差模型顾及到重力仪零漂长期变化的非线性，在数据预处理阶段，按闭合观测时间分段求取仪器零漂率并改正，将零漂改正后的预处理段差值作为平差元素，列出其观测方程：

v_ij=g_j-g_i-(g_j-g_i)

式中，v_ij为任意测点i、j之间的段差改正数；g_i和g_j为测点i、j经漂移改正后的预处理重力值；g_i和g_j为测点i、j的平差重力值。

零漂改正平差计算

由表2可以看出，利用传统模型的平差结果消除数据中的粗差，并进行二次平差以后，平差精度较原始数据有了很大改进，但仍然低于改进模型，测点的平差重力值与改进模型结果的差异也大大减小。造成传统模型误差较大的原因，是部分测段仪器零漂率与其平均零漂率相差较大，按平均零漂率计算会导致该测段往返观测自差及互差超限，这时通常会认为是由于仪器突跳导致；而由改进模型结果看来，这种零漂率的变化是仪器零漂特性的正常反映，只要适当地进行零漂改正即可有效地消除其影响。

零漂改正相关性分析在重力仪零漂改正中的应用

零漂改正研究背景

众所周知，地面相对重力仪的核心测量单元弹性元件(弹簧)均存在零点漂移，这是重力测量中不可避免的现象。他受温度、气压、电磁力、弹性元件蠕变和弹性疲劳等不稳定因素的影响，消除零漂保证重力仪的测量精度是一个复杂的问题。为了使弹簧减少非线性移动和降低漂移率，主要采取的措施：一方面研制和选用高质量的弹簧，提高重力仪整体制造的工艺水平；另一方面采用恒温和自动温度补偿装置，提供稳定的内在测量环境。通过这些改进，使弹簧的零漂变小并努力做到使它与时间保持线性关系，就可以使用前、后校数据对中间的测量数据做零漂校正，最后实现提高重力仪的测量精度水平。GT航空重力仪结构、重力传感器设计以及测量实现过程虽然不同，但航空重力仪的敏感单元与弹簧类似，同样也存在这种零漂现象。我国资源型航空重力测量使用的是引进俄罗斯GT-1A航空重力仪，但由于GT-1A航空重力仪量程小、抗颠簸能力差等原因，造成飞行生产效率低下。中国国土资源航空物探遥感中心通过与GT公司合作，将现有的GT-1A型升级到GT-2A型，升级后的航空重力仪具有更大的动态范围(±1g)和更低的噪声水平。GT航空重力仪均设计了二级温控系统，温控精度不大于0．01°C，重力传感器处在一个精度更高的恒温环境中，24h漂移不大于5mGal/day。GT航空重力仪通过重力传感器精密设计和高精度温控系统的使用，控制了传感器大部分的非线性漂移，使通用零漂改正方法在航空重力测量中变得可行。

航空重力仪内部温控精度虽然很高，但是传感器单元受外界环境温度变化还是比较敏感，尤其在夏、冬两季，外界极端的高、低温度和剧烈的温差变化下，温控温度发生细微的变化，就会连锁反应到重力传感器敏感元件的测量中。发现这种重力值变化与外界温度以及仪器内部多级温控之间都存在一定的规律。笔者对传感器静态测量数据进行固体潮改正和零漂改正后，使用一元线性回归方法对初步改正过的静态数据和仪器温控数据建立回归方程进行处理。这种方法研究了传感器测量值和温度之间的关系，提高了处理航空重力仪静态数据的精度水平。笔者探讨了影响传感器测量精度的关键因素并改进了零漂改正方法，对下一步实际应用拟合方法进行动态测量中的零漂改正建模研究，具有很好的借鉴意义。

零漂改正最小二乘零漂改正

静态数据经固体潮改正后，数据零漂特征几乎没有被改变，为了与仪器腔体内的温度做相关性分析，还需要去除零漂现象。此处的零漂改正方法使用常规公式，根据i和j已知点，推算n=1，2，…，N，所有点的零漂改正值，公式如下:

如果直接进行首、尾点零漂改正的精度为0.42 mGal，改正后也会使首、尾数据点相等而拉成水平走势。使用最小二乘零漂改正的精度略有改善，但这不是主要的，最终目的是为了使这组数据与仪器腔体温度变化呈现出更好的一致性。假如静态数据做完固体潮改正后，与温度走势吻合度较好，也可以跳过最小二乘零漂改正这一步。

零漂改正研究结论

笔者采用相关性分析方法对航空重力仪静态数据中的扰动量与仪器腔体内温度数据进行了研究，获得两者之间具有较强的相关性，并建立了合理可靠的回归方程，最终改正后的重力静态数据标准差精度有了很大的提高。这对深入理解传感器零漂改正处理方法和应用于动态测量数据中的零漂改正预测研究具有实际意义。

航空重力仪结构复杂，实际的测量环境也是变化无常。一方面二级温控系统控制了传感器大部分的非线性漂移，但也不排除偶发的非线性突变现象；另一方面，重力传感器的零漂现象不仅受温度影响，还可能受气压、机载振动等因素的干扰。如何建立一个更加合理的多元线性回归模型或者非线性回归模型，还有待于进一步开展深入研究。