一种浅海区海底高精度重力测量系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种浅海区海底高精度重力测量系统，属于重力测量领域，装置包括工作船、海底重力仪系统和导航系统；海底重力仪系统包括船上操控系统、重力仪，船上操控系统位于工作船上，船上操控系统通过通讯电缆与重力仪连接；导航系统包括GPS系统、星站卫星差分系统和超短基线声学定位系统，GPS系统用于对工作船进行行驶导航，星站卫星差分系统用于进行水上三维定位，超短基线声学定位系统用于进行水下三维定位；工作船上设有供电装置和绞车，供电装置通过供电电缆与船上操控系统、绞车、星站卫星差分系统和超短基线声学定位系统连接。本实用新型专利技术的技术方案大大提高了海底重力测点定位精度，可满足重力规范不大于±10米的要求。

A high precision seabed gravity measurement system in shallow sea area

The utility model relates to a shallow submarine high precision gravity measurement system, which belongs to the field of gravity measurement device includes working ship, submarine, gravity meter system and navigation system; sea gravimeter systems include ship control system, gravity meter, ship control system in the work on the ship, the ship control system is connected with the gravity meter communication cables; navigation system including GPS system, satellite satellite differential system and ultra short baseline acoustic positioning system, GPS system for working ship driving navigation, satellite satellite differential system for water three-dimensional localization, ultra short baseline acoustic positioning system for underwater 3D positioning; work on the ship is provided with a power supply unit and winch control system, power supply device, the power supply cable and shipboard winch, satellite satellite connection differential system and ultra short baseline acoustic positioning system. The technical scheme of the utility model greatly improves the positioning precision of the gravity survey point of the seabed, and can meet the requirements of the gravity norm not more than 10 meters.

【技术实现步骤摘要】
一种浅海区海底高精度重力测量系统
本技术涉及一种浅海区海底高精度重力测量系统，具体涉及0～200m水深海底高精度重力测量系统，属于重力测量领域。
技术介绍
目前，浅海区海底高精度重力测量系统仅利用GPS进行水上平面定位，未能进行水下平面定位，重力仪在水中由于受海流冲击会发生偏移，水深越深，偏移越大，定位精度越差。本单位曾公开了中国专利文件“一种超浅海域海底高精度重力测量系统，申请号201620485470.6”，提供了一种超浅海域海底高精度重力测量系统，但该方案仅适用于50米以内的超浅海域高精度重力勘探，当水深超过50米时，其定位精度不能满足重力规范不大于±10米的精度要求。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本技术提供一种浅海区海底高精度重力测量系统。本技术的技术方案如下：一种浅海区海底高精度重力测量系统，包括工作船、海底重力仪系统和导航系统；海底重力仪系统包括船上操控系统、重力仪，船上操控系统位于工作船上，船上操控系统通过通讯电缆与重力仪连接；重力仪在工作时沉入海底；导航系统包括GPS系统、星站卫星差分系统和超短基线声学定位系统，GPS系统的定位精度较差，所以GPS系统用于对工作船进行行驶导航，将浅海重力测点理论平面坐标输入到GPS系统中后，引导工作船到达重力测量点位；星站卫星差分系统的定位精度高，但导航功能差，星站卫星差分系统用于进行水上三维定位，超短基线声学定位系统用于进行水下三维定位；工作船上设有供电装置和绞车，供电装置通过供电电缆与船上操控系统、绞车、星站卫星差分系统和超短基线声学定位系统连接。根据本技术优选的，超短基线声学定位系统包括光纤惯性导航系统、声学换能器和声学应答器，光纤惯性导航系统、声学换能器位于工作船上，声学应答器位于重力仪上。进一步优选的，声学换能器位于工作船船头底部。以缩短与重力仪的距离，实现重力仪与超短基线声学定位系统联为一体。进一步优选的，光纤惯性导航系统通过通讯电缆与星站卫星差分系统、声学换能器连接。进一步优选的，声学应答器位于重力仪上方的中心轴线上。增加水下三维定位的精确度。声学换能器发射声波信号至声学应答器，声学应答器接在收到讯问信号后，发射区别于讯问信号的响应信号回到声学换能器，响应信号经由通讯电缆经数据采集处理，依据测量声学应答器的距离和方位，解算出声学应答器相对于船载声学换能器三维空间海底位置的坐标，最后通过相对位置和声学换能器的GPS坐标换算出声学应答器的大地坐标，以达到实时定位的目的。使用星站卫星差分系统进行水上三维定位，并结合超短基线声学定位系统进行海底重力测点三维定位，定位精度可满足高精度重力测量规范要求。根据本技术优选的，重力仪包括调平装置、密封仓、配重框架，配重框架置于重力仪外侧，船上操控系统通过通讯电缆与调平装置、密封仓连接。海底重力仪必须在水平状态下才能正确测量读数，重力仪沉入海底后需先进行调平工作。重力仪内置调平装置，可在坡度小于25°的倾斜状态下对重力仪进行调平操作，保证重力仪处在水平状态下读数。海底重力仪调平装置主要由垂直相交的X、Y两个方向伺服电机组成，工作时，X方向伺服电机先将重力仪调至X方向水平状态，然后Y方向伺服电机将重力仪调至Y方向水平状态，调平装置将重力仪调平至±20弧秒内，从而保证重力仪总体达到水平状态。密封仓的作用主要有2方面：⑴.隔绝海水对重力仪电子元件及电路的浸泡；⑵.克服海水流动对重力仪灵敏系统的振动干扰，从而形成稳定的重力测量系统。密封仓由上、下两个半球型密封罩通过支撑环连接为球型，球体直径80cm，密封罩及支撑环为合金材质，具防海水腐蚀能力。上、下两密封罩间垫有O型橡胶密封圈，以保证在浅海海域(200m水深内)不漏水。在密封仓外部设计了配重框架，为了减小重力仪受海流的冲击影响，配重框架为不锈钢管材料，可根据海流大小在框架底部增加配重，以提高重力仪测量稳定性。船上操控系统通过通讯电缆与重力仪核心内各感应器连接，实现在船上对海底重力仪进行各项遥控操作，主要有：⑴海底重力仪通电后，船上操控系统自动对重力仪进行加热，以保证重力仪石英弹簧灵敏系统处于恒温状态下正常测量读数。⑵实现对海底重力仪进行调平操作及测量读数。测量过程中可实时监测海底重力仪X、Y方向倾斜情况和读数情况，从而监控测量数据质量。⑶为了检查密封仓是否漏水，船上操控系统实时进行密封仓漏水监测，当密封仓漏水时操控系统发出报警信号，以便及时进行处理。利用上述浅海区海底高精度重力测量系统进行重力测量的工作流程如下：(1)利用GPS系统的导航功能引导工作船到达重力测量点位；(2)利用绞车将重力仪沉入海底；(3)通过船上操控系统对重力仪进行调平，然后测量读数；(4)重力仪进行重力测量的同时，利用星站卫星差分系统测定重力测量点坐标；(5)重力仪读数的同时利用超短基线声学定位系统进行水深测量并记录，以进行重力异常布格改正；(该改正是取得水深数据后，在电脑上利用EXCEL进行数据改正的，属于后期数据改正过程)(6)读数完毕后，关闭重力仪，将重力仪起吊到工作船上。水深小于4m海域，采用吃水浅的小船作为工作船，采用小功率发电机作为供电装置，使用1.2kw卷扬机将重力仪沉入水底进行测量。卷扬机采用普通镀锌钢缆进行重力仪吊装，采用4芯电缆进行重力仪供电和通信。水深大于4m海域，采用400马力大船，使用10kw三相发电机作为供电装置，利用液压绞车将海底重力仪沉入海底进行测量，液压绞车采用7芯镀锌钢丝铠装电缆，以实现吊装、供电和通信功能。本技术的有益效果在于：本技术的技术方案提出了利用超短基线声学定位系统进行水下重力仪定位，大大提高了海底重力测点定位精度，形成了定位及测量功能完善的海底高精度重力测量系统，在200米水深以内的浅海域，定位精度可满足重力规范不大于±10米的要求，因此可应用于0-200米水深浅海区海底高精度重力测量。且由于星站卫星差分系统和超短基线声学定位系统的引入，实现了海底重力测点水上和水下实时三维定位，从而不再需要设立验潮站进行验潮工作，改进了工作方法，减少了工作环节，提高了重力异常精度。附图说明图1为本技术浅海区海底高精度重力测量系统示意图；其中：1-1、GPS系统，1-2、GPS系统天线，1-3、星站卫星差分系统，1-4、星站卫星差分系统天线；1-5、光纤惯性导航系统，1-6、声学换能器，1-7、声学应答器；2、工作船，2-1、发电机，2-2、绞车；3-1、船上操控系统，3-2、重力仪，3-3、配重框架；4、海面，5、海底。具体实施方式下面通过实施例并结合附图对本技术做进一步说明，但不限于此。实施例1：一种浅海区海底高精度重力测量系统，包括工作船2、海底重力仪系统和导航系统。海底重力仪系统包括船上操控系统3-1、重力仪3-2，船上操控系统3-1位于工作船2上，船上操控系统3-1通过通讯电缆与重力仪3-2连接，重力仪在工作时沉入海底。重力仪核心为无静电石英熔凝弹簧结构灵敏系统，从而保证了重力仪的高灵敏度。重力仪测量范围达8000×10-5m/s2，可覆盖全球读数，该仪器可在±200弧秒内的倾斜状态下读数。导航系统包括GPS系统1-1、星站卫星差分系统1-3和超短基线声学定位系统，GPS系统的定位精度较差，所以GPS本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种浅海区海底高精度重力测量系统，其特征在于，包括工作船、海底重力仪系统和导航系统；海底重力仪系统包括船上操控系统、重力仪，船上操控系统位于工作船上，船上操控系统通过通讯电缆与重力仪连接；导航系统包括GPS系统、星站卫星差分系统和超短基线声学定位系统，GPS系统用于对工作船进行行驶导航，星站卫星差分系统用于进行水上三维定位，超短基线声学定位系统用于进行水下三维定位；工作船上设有供电装置和绞车，供电装置通过供电电缆与船上操控系统、绞车、星站卫星差分系统和超短基线声学定位系统连接。

【技术特征摘要】
1.一种浅海区海底高精度重力测量系统，其特征在于，包括工作船、海底重力仪系统和导航系统；海底重力仪系统包括船上操控系统、重力仪，船上操控系统位于工作船上，船上操控系统通过通讯电缆与重力仪连接；导航系统包括GPS系统、星站卫星差分系统和超短基线声学定位系统，GPS系统用于对工作船进行行驶导航，星站卫星差分系统用于进行水上三维定位，超短基线声学定位系统用于进行水下三维定位；工作船上设有供电装置和绞车，供电装置通过供电电缆与船上操控系统、绞车、星站卫星差分系统和超短基线声学定位系统连接。2.根据权利要求1所述的浅海区海底高精度重力测量系统，其特征在于，超短基线声学定位系统包括光纤惯性导航系统、...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘洪波，陈宏杰，王恩强，臧凯，吴治国，韩玉珍，
申请(专利权)人：山东省物化探勘查院，
类型：新型
国别省市：山东,37