加拿大SGL公司利用AIRGrav航空重力測量系統(tǒng)，使用Cessna208、DA-42和DHC-6等多種固定翼飛機(jī)作為航空重力的飛行平臺(tái)，除了集成單一的航空重力勘查系統(tǒng)外（如圖1），還集成了重/磁綜合勘查系統(tǒng)、航重和航磁水平梯度綜合勘查系統(tǒng)。這些系統(tǒng)可以獲得高分辨率的航空重力測量數(shù)據(jù)，環(huán)境適應(yīng)能力好，測量效率高。

CMG公司利用GT-1A/2A航空重力測量系統(tǒng)，使用Cessna208、BN-2T、DA-42等多種固定翼飛機(jī)飛行平臺(tái)，集成了航空重力勘查系統(tǒng)、航空重（磁）和航空重（磁、放）綜合勘查系統(tǒng)。圖2為CMG公司在BN-2T飛機(jī)上集成的GT-2A航空/磁/放綜合勘查系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了一次飛行同時(shí)獲取多種地球物理參數(shù)的目標(biāo)，大大地提高了勘查效率。

俄羅斯的Aerogeophysice公司利用AN-26、AN-30等飛機(jī)集成了GT-1A/2A航空重力勘查系統(tǒng)，在本土和北極部分地區(qū)完成了1∶10萬和1∶20萬比例尺的航空重力測量。美國DG公司利用C-130“大力神”飛機(jī)集成了AT1A航空重力勘查系統(tǒng)，在南極開展了航空重力測量。到目前為止，國外成功用于航空重力測量的固定翼飛機(jī)多達(dá)22種，主要為中―小型固定翼飛機(jī)，主要機(jī)型有：CESSNA208、DHC6６、AK350、BN-2T、PA31、AN24、AN26等。

SGL公司利用AIRGrav航空重力儀在AS250-B3直升機(jī)上集成了航空重力勘查系統(tǒng)、航空重/磁和航空重/磁/放綜合勘查系統(tǒng)，并在加拿大Quesnellia地區(qū)開展了航空重/磁/放綜合測量。同樣，CMG公司和加拿大Geotech公司也在AS250-B3直升機(jī)上集成了GT-2A直升機(jī)航空重力勘查系統(tǒng)（圖3）。俄羅斯地球物理所使用米?8直升機(jī)（MI8），集成了GT-1A直升機(jī)航空重力勘查系統(tǒng)，并在俄羅斯AralSea的地區(qū)開展了飛行測量。

到目前為止，國外成功用于航空重力測量的直升機(jī)達(dá)到6種，主要機(jī)型有：AS350-B2/B3、R44、LAMA、S76、ALH和MI8等。

國外集成的航空重力勘查系統(tǒng)已呈多樣化，不僅成功地實(shí)現(xiàn)了多平臺(tái)的航空重力勘查系統(tǒng)，而且實(shí)現(xiàn)了多參數(shù)多種組合的航空重力勘查系統(tǒng)，以滿足不同目的的地球物理勘查任務(wù)。目前世界各國正致力于發(fā)展小型化、更高精度的航空重力勘查系統(tǒng)，以期用于更為經(jīng)濟(jì)的飛行平臺(tái)，獲取更多參數(shù)的高分辨率航空重力綜合勘查系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)更為廣泛的應(yīng)用。

由于航空重力測量系統(tǒng)抗顛簸能力的增強(qiáng)，航空重力可在各種不同的測量條件下開展調(diào)查工作，比如海岸帶，或是起伏地形的等高度飛行測量，或是高山區(qū)的緩起伏飛行測量，在起伏飛行和中―強(qiáng)顛簸條件下進(jìn)行測量均能正常工作。緩起伏飛行 *** 的發(fā)展，有效地突出了地質(zhì)效果，且能滿足了航空地球物理綜合測量等要求；同時(shí)隨著航空重力測量精度的提高，大比例尺航空重力測量也應(yīng)運(yùn)而生，拓寬了航空重力的應(yīng)用領(lǐng)域，可實(shí)現(xiàn)更為精細(xì)的航空重力測量工作。

在傳統(tǒng)固定翼航空重力平飛測量的基礎(chǔ)上，發(fā)展了固定翼和直升機(jī)航空重力緩起伏飛行的測量 *** ，并逐步發(fā)展為成熟的技術(shù)。2007年SGL公司率先利用AIRGrav航空重力儀在BN-2B Islander飛機(jī)和AS350-B3直升機(jī)上集成了航空重/磁綜合勘查系統(tǒng)，并在加拿大British Columbia的Quesnellia地區(qū)開展1∶20萬比例尺航空重/磁綜合測量，局部加密到1∶10萬比例尺，平均地速大約185km/h，完成的總工作量約為27000km。2009年SGL公司在British Columbia的QUEST南部地區(qū)開展了高分辨率的航空重力調(diào)查，測線距為2km，控制線線距為20km，使用飛機(jī)CESSNA場208B（C-GSGJ）和鉆石之星DA-42（C-GSDK），平均地速大約166.5km/h，完成的總工作量約為25010km。以上兩個(gè)測區(qū)均為丘陵區(qū)和陡峭山區(qū)，地形海拔高度分別為380～2500m和62～2587m。SGL公司事先按照起伏坡度76m/1600m爬升和下降率根據(jù)地形設(shè)計(jì)出起伏飛行的測線，沿著設(shè)計(jì)的測線采用起伏飛行的 *** ，飛行高度為200m（真高），并且實(shí)際飛行高度與設(shè)計(jì)飛行高度偏差＞15m的連續(xù)長度要求＜7km。采用起伏飛行的 *** ，既盡可能地接近探測目標(biāo)體獲得更好的測量效果，又有利于獲得高質(zhì)量的航空重力測量數(shù)據(jù)。

作為2OO7年春的死海綜合調(diào)查項(xiàng)目（DE-SIRE），沿著和垂直于死海盆地的Aquaba和死海之間的斷裂進(jìn)行了直升機(jī)航空重力測量。測量飛機(jī)為德國Sikorsky S-76B型直升機(jī)，CMG公司提供GT-1A航空重力儀。死海谷位于海平面下方400多m，山脊高度高于1500m。考慮到死海盆地地形高差大，采用低速和沿地形起伏飛行的直升機(jī)航空重力測量，獲得了盡可能好的測量質(zhì)量和高的分辨率。

為了解決航空重力用于礦產(chǎn)資源勘查等異常空間分辨率能力不足的問題，發(fā)展了大比例尺航空重力測量 *** 。至今為止不完全統(tǒng)計(jì)，SGL公司分別在6個(gè)小測區(qū)開展了大比例尺直升機(jī)AIRGrav航空重力調(diào)查，用于礦產(chǎn)資源勘查。采用低速（56km/h，或16m/s）５０m線距進(jìn)行測量，同時(shí)采用機(jī)載激光掃描系統(tǒng)（LiDAR）獲取高分辨率（網(wǎng)距1m）的數(shù)字地形模型，通過增強(qiáng)數(shù)據(jù)處理技術(shù)，獲得了測量精度為0.4×10-5m/s2、異常空間分辨率300m高精度航空重力數(shù)據(jù)，滿足了礦產(chǎn)資源勘查的需要。圖4展示了Podolsky測區(qū)疊加在地形模型上的重力異常圖，該區(qū)為銅、鎳混合硫化物礦，目的是通過航空重力反演計(jì)算為該區(qū)提供更可信的大高密度體分布情況。在航空重力異常反演時(shí)，利用航磁和鉆井資料進(jìn)行反演約束。

在俄羅斯Aralseaａ南西的Uzbekitan地區(qū)開展了大比例尺GT-1A直升機(jī)（MI8）航空重力測量，測區(qū)面積3000km2。該區(qū)為平底夾帶數(shù)十米高陡坡的地形，平底部被鹽水沉積層覆蓋，難以進(jìn)行地面重力測量。測量時(shí)采用300m（海拔高度）同一高度飛行，以減少起伏飛行加速度的影響，距地表80～230m。測量線距為250m、切割線線距為2500m，較密的測線可提供了更多的測量數(shù)據(jù)，為的是在數(shù)據(jù)處理過程中減少擾動(dòng)加速度的影響。采用濾波長度為80～100s的kalman濾波，在速度160km/h時(shí)的異常空間分辨率為1.5～2.0km。采用由幾條測線網(wǎng)格數(shù)據(jù)形成的數(shù)字重力場模型來評(píng)價(jià)測量誤差，模型的均方差（RMS）為0.36×10-5m/s2。而后利用航空重力資料，加上鉆井和地震資料，圈定出碳?xì)浠衔锟碧竭h(yuǎn)景區(qū)。

國外各公司（不同機(jī)構(gòu)）均根據(jù)自身的儀器特點(diǎn)，制定了航空重力的測量 *** 、校正 *** 、質(zhì)量控制和數(shù)據(jù)處理等內(nèi)部技術(shù)要求，其中質(zhì)量控制和數(shù)據(jù)處理在業(yè)內(nèi)有比較統(tǒng)一 *** 和標(biāo)準(zhǔn)。雖然各公司之間并沒有形成統(tǒng)一的測量技術(shù)要求或測量技術(shù)規(guī)范，但這些技術(shù)要求仍然是制訂商業(yè)合同的依據(jù)，或成為本國航空重力測量的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

AIRGrav和GT-1/2A航空重力測量工作量占據(jù)目前世界上的80％以上，為更先進(jìn)、主流的航空重力測量系統(tǒng)。表1中的技術(shù)指標(biāo)分別代表著2套測量系統(tǒng)目前的技術(shù)水平。

表1 國外航空重力測量各技術(shù)參數(shù)匯總

沿地形低高度的緩起伏飛行和大比例尺航空重力測量技術(shù)，已成為成熟的技術(shù)而得到廣泛應(yīng)用，獲得了比較滿意的測量效果。但目前航空重力異常空間分辨率相對(duì)有限，仍然不能完全滿足礦產(chǎn)資源勘查等需求，發(fā)展更高空間分辨率的航空重力測量技術(shù)成為今后世界各國努力的方向。

發(fā)展高空間分辨率的航空重力測量技術(shù)，除了在測量高度降低和測量比例尺加大等測量技術(shù)做出努力外，更需要發(fā)展新型航空重力測量技術(shù)裝備，比如：航空重力梯度測量系統(tǒng)，甚至是航空重力全張量梯度測量系統(tǒng)，有效地提高航空重力異常的空間分辨能力，才能充分發(fā)揮航空重力在地球探測中的應(yīng)用能力。

航空重力數(shù)據(jù)處理主要包括：慣導(dǎo)與DGPS數(shù)據(jù)解算，數(shù)據(jù)質(zhì)量統(tǒng)計(jì)控制，測線自由空間重力異常計(jì)算（各項(xiàng)改正和濾波計(jì)算），數(shù)據(jù)調(diào)平處理，數(shù)據(jù)噪聲處理，地形改正處理，基礎(chǔ)圖件編制，數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)價(jià)。航空重力測量系統(tǒng)研制廠商針對(duì)各自的航空重力儀開發(fā)出航空重力數(shù)據(jù)處理軟件，可以說都是唯一的。航空重力數(shù)據(jù)處理中的厄特渥斯等各項(xiàng)改正所采用 *** 基本一致，但在獲得航空重力自由空間重力異常所采用濾波 *** 和相關(guān)改正順序上大相徑庭。

勘查飛行時(shí)，飛行載體引起的擾動(dòng)加速度可達(dá)到1m/s2，航空重力數(shù)據(jù)處理必須從上萬毫伽強(qiáng)動(dòng)態(tài)干擾的環(huán)境中計(jì)算出重力值，為了實(shí)現(xiàn)航空重力測量，采用雙頻差分GPS方式獲取高精度的載體數(shù)據(jù)。SGL公司研究表明：高精度的差分GPS處理技術(shù)是獲取高分辨率和高質(zhì)量重力數(shù)據(jù)的關(guān)鍵。

通常采用差分GPS的載波相位觀測數(shù)據(jù)來解算載體的位置、速度和加速度，并利用雙頻（L1、L2）、單頻（L1）對(duì)載波相位解算結(jié)果進(jìn)行相互檢查。在確定速度和加速度時(shí)也常常用到差分多普勒數(shù)據(jù)，多普勒 *** 是滿足載波相位解算的初始逼近。

航空重力通常采用GPS/慣性組合的方式進(jìn)行解算，取長補(bǔ)短，使組合后兩者的精度高于兩個(gè)系統(tǒng)單獨(dú)工作的精度。一方面通過慣導(dǎo)系統(tǒng)的定位數(shù)據(jù)來修復(fù)GPS的跳點(diǎn)和錯(cuò)誤點(diǎn)，對(duì)GPS數(shù)據(jù)的完整性進(jìn)行檢測，提高GPS數(shù)據(jù)質(zhì)量；另一方面利用GPS數(shù)據(jù)對(duì)慣性系統(tǒng)中的慣性傳感器漂移等參數(shù)進(jìn)行修正，減小穩(wěn)定平臺(tái)姿態(tài)角的誤差，以提高航空重力水平加速度改正的精度。

（略）

航空重力儀工作在強(qiáng)干擾噪聲背景下，而強(qiáng)噪聲背景下提取微弱重力異常信號(hào)是航空重力測量中需要解決的重點(diǎn)問題，也是核心關(guān)鍵技術(shù)之一。航空重力測量中，經(jīng)過各項(xiàng)改正后航空重力數(shù)據(jù)通常采用低通濾波處理，提取出消除高頻干擾后有用的航空重力異常信號(hào)，測線濾波的程度取決于原始數(shù)據(jù)的噪聲和異常分辨率的要求］。

GT系列航空重力數(shù)據(jù)處理采用了自適應(yīng)卡爾曼濾波方式進(jìn)行平滑濾波，差分GPS高度作為觀測量建立觀測方程，利用卡爾曼平滑理論進(jìn)行重力異常解算，在壓制干擾信號(hào)的同時(shí)更好地保留有效重力測量信息，形成航空重力自由空間重力異常，通常采用半波長50s進(jìn)行濾波，重力異常空間分辨率1.5～3km（飛行速度110～218km/h）。

AIRGrav航空重力數(shù)據(jù)處理使用余弦錐形低通濾波器按時(shí)間序列對(duì)原始測線數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波來去除統(tǒng)計(jì)噪聲，測線濾波的程度取決于數(shù)據(jù)的噪聲和分辨率的要求，測線濾波的程度總是要小于網(wǎng)格化濾波，以避免網(wǎng)格化時(shí)數(shù)據(jù)畸變，通常采用半波長50s的濾波器對(duì)航空重力數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，重力異常空間分辨率1.5～3km（飛行速度110～218km/h）。

國外還有一些公司采用FIR低通濾波技術(shù)，但解算效果遠(yuǎn)不如GT和AIRGrav系統(tǒng)，尤其是在比較顛簸的飛行條件下或起伏飛行時(shí)。

通常情況下，像航磁測量一樣，航空重力測量數(shù)據(jù)只需要進(jìn)行控制線法調(diào)平處理，但由于航空重力測量在強(qiáng)干擾下存在著隨機(jī)噪聲，為了減小隨機(jī)噪聲發(fā)展了微調(diào)平處理技術(shù)。

⑴控制線法調(diào)平處理

采用統(tǒng)計(jì)估算 *** 對(duì)航空重力測量控制線和測線交叉點(diǎn)的重力場作更大隨機(jī)校正，以補(bǔ)償主要由定位誤差、飛行高度變化和零漂等引起的隨機(jī)水平誤差。

⑵微調(diào)平處理

對(duì)控制線法調(diào)平后的航空重力數(shù)據(jù)進(jìn)行微調(diào)平，即將每條測線的噪聲值從控制線法調(diào)平后航空重力數(shù)據(jù)中去除，獲得了微調(diào)平處理后的航空重力異常，目的是進(jìn)一步減小重力異常中的隨機(jī)噪聲。

航空重力測量地形改正 *** 與傳統(tǒng)的地面重力改正 *** 一樣，一定程度上比地面重力改正更容易些，因?yàn)楹娇罩亓Σ恍枰馗恼鄳?yīng)地不會(huì)產(chǎn)生因近地不規(guī)則密度而引起的誤差。地形改正既可用數(shù)字地形模型（DEM），也可用航空重力測量時(shí)獲得的地形數(shù)據(jù)。國外主要使用SRTM數(shù)據(jù)進(jìn)行重力地形改正。SRTM數(shù)據(jù)為空間網(wǎng)格90m×90m地形數(shù)據(jù)，參考水準(zhǔn)面為WGS-84大地水準(zhǔn)面模型，高程精度約±16m，水平精度約±20m。

SGL公司地形改正使用Galgary大學(xué)大地測量開發(fā)的軟件，地形改正算法使用的是同密度的2DFFT *** 。CMG公司利用OasisMontaj地形改正模塊進(jìn)行布格改正和地形改正，地形改正值采用Nagy（1966）方形域地形改正 *** （中區(qū)）和Kane（1962）扇形分區(qū)地形改正 *** （遠(yuǎn)區(qū)）描述的組合 *** 計(jì)算得來。一般選用密度2.67g/cm3，湖泊和海水采用密度1.00 g/cm3。計(jì)算出地形與布格重力改正數(shù)據(jù)后，需采用與獲得航空自由空間重力異常相同濾波方式、相同濾波尺度對(duì)改正數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，然后進(jìn)行地形與布格改正，形成全測區(qū)的航空布格重力異常數(shù)據(jù)。航空重力布格改正的流程如圖5。

雖然國外航空重力數(shù)據(jù)處理技術(shù)已經(jīng)邁開了一大步，但由于航空重力測量存在著大量的擾動(dòng)干擾，不得不通過數(shù)據(jù)濾波的方式來濾除干擾，獲得低頻重力場信息，因而制約航空重力測量對(duì)重力異常的分辨能力，這大大地限制了航空重力的應(yīng)用范圍。同時(shí)，由于飛行測量時(shí)存在著大氣湍流的影響，航空重力測量精度常常會(huì)明顯的降低，人們一直在尋找更為合適的濾波處理 *** 來減少大氣湍流的影響。因此，航空重力數(shù)據(jù)處理技術(shù)一直處于不斷的改進(jìn)之中，以尋求測量精度更高、異常空間分辨能力更好的數(shù)據(jù)處理 *** 。

在充分借鑒國外航空重力勘查系統(tǒng)集成經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，我國先后自主集成出航空重力、航空重（磁）和航空重（磁、遙）等勘查系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了在固定翼飛機(jī)和直升機(jī)飛行平臺(tái)下的航空重力測量，促使了我國航空重力勘查系統(tǒng)的集成技術(shù)邁進(jìn)國際先進(jìn)水平。

在充分借鑒和研究國外航空重力測量技術(shù)的基礎(chǔ)上，我國通過大規(guī)模的航空重力應(yīng)用試驗(yàn)，形成具有我國特色的航空重力測量技術(shù)，尤其是用于青藏高原等高山區(qū)的航空重力測量技術(shù)，加快了我國航空重力測量技術(shù)快速發(fā)展。

作為航空重力測量的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，我國從學(xué)習(xí)國外先進(jìn)的航空重力數(shù)據(jù)處理開始，通過多年的摸索和研究，不僅能夠熟練地使用國外進(jìn)口的數(shù)據(jù)處理軟件，而且自主研發(fā)出航空重力數(shù)據(jù)處理軟件，促進(jìn)了航空重力數(shù)據(jù)處理這項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的進(jìn)步，縮短了與國外的差距。

航空重力測量采用的勘查系統(tǒng)、測量 *** 和數(shù)據(jù)處理技術(shù)直接影響著測量質(zhì)量和應(yīng)用效果，筆者首次全面總結(jié)歸納了國外更先進(jìn)的航空重力系統(tǒng)集成、測量 *** 與數(shù)據(jù)處理技術(shù)，對(duì)提高我國航空重力測量技術(shù)水平，高質(zhì)量地開展航空重力測量具有明顯地促進(jìn)和推動(dòng)作用。

⑴全面地介紹了多類型成熟的航空重力勘查系統(tǒng)。本文介紹了國外基于固定翼飛機(jī)和直升機(jī)2類飛行平臺(tái)所集成的航空重力、重（磁）、重（磁、放）等各類型的先進(jìn)勘查系統(tǒng)，多達(dá)30種飛行平臺(tái)幾乎涵蓋了目前世界上所有類型在用的航空重力勘查系統(tǒng)，為讀者提供了更寬廣、成熟的集成技術(shù)，以滿足多樣化測量和應(yīng)用的需要。

⑵系統(tǒng)地介紹了多樣化發(fā)展的航空重力測量 *** 。本文在介紹常規(guī)的同一高度平飛開展中比例尺測量的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)介紹了國外利于提高航空重力測量效果的起伏飛行測量 *** ，還介紹了國外發(fā)展大比例尺航空重力測量技術(shù)的最新進(jìn)展，以及國外公司制定的航空重力測量內(nèi)部技術(shù)要求，為讀者提高航空重力測量質(zhì)量和應(yīng)用效果提供了相關(guān)的 *** 技術(shù)。

⑶詳細(xì)地介紹了多途徑的航空重力數(shù)據(jù)處理技術(shù)。本文介紹了差分GPS的解算技術(shù)，并通過與慣性系統(tǒng)的組合解算技術(shù)，減小系統(tǒng)誤差，提高定位精度；在數(shù)據(jù)濾波處理方面，介紹了強(qiáng)干擾條件下提取微弱重力異常的卡爾曼濾波和余弦錐形低通濾波技術(shù)，均為目前航空重力異常解算精度更高的技術(shù)。這些技術(shù)的介紹，有助于提升我國航空重力數(shù)據(jù)處理水平，同時(shí)為我國研發(fā)高精度航空重力數(shù)據(jù)處理軟件提供了重要的技術(shù)支撐。

總之，本文通過國外先進(jìn)的航空重力系統(tǒng)集成、測量 *** 和數(shù)據(jù)處理技術(shù)的介紹，以期幫助讀者消化吸收和深度引用國外的先進(jìn)技術(shù)，提升我國航空重力的測量效果和應(yīng)用能力，促進(jìn)我國自主研制航空重力測量技術(shù)的發(fā)展，對(duì)充分發(fā)揮航空重力在基礎(chǔ)地質(zhì)研究、油氣資源調(diào)查、固體礦產(chǎn)勘探、環(huán)境地質(zhì)調(diào)查等領(lǐng)域的作用，均有十分重要的意義和實(shí)用價(jià)值。