RU2431873C2 - Processing gravimetric survey data - Google Patents

Processing gravimetric survey data Download PDF

Info

Publication number
RU2431873C2
RU2431873C2 RU2008107327/28A RU2008107327A RU2431873C2 RU 2431873 C2 RU2431873 C2 RU 2431873C2 RU 2008107327/28 A RU2008107327/28 A RU 2008107327/28A RU 2008107327 A RU2008107327 A RU 2008107327A RU 2431873 C2 RU2431873 C2 RU 2431873C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
routes
data
field
potential field
reconnaissance
Prior art date
Application number
RU2008107327/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2008107327A (en
Inventor
Фил ХОУТОН (GB)
Фил ХОУТОН
Гари БАРНС (GB)
Гари Барнс
Марк ДЭВИС (GB)
Марк Дэвис
Джон Моррис ЛАМЛИ (GB)
Джон Моррис Ламли
Original Assignee
Аркекс Лимитед
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from GB0515401A external-priority patent/GB2428827B/en
Priority claimed from GB0515402A external-priority patent/GB0515402D0/en
Application filed by Аркекс Лимитед filed Critical Аркекс Лимитед
Publication of RU2008107327A publication Critical patent/RU2008107327A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2431873C2 publication Critical patent/RU2431873C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: described is a method of processing potential field measurement data obtained from surveying the Earth's potential field in order to determine map data for mapping the field. The method comprises steps where potential field measurement data are entered. Potential field measurement data include data which give the set of potential field measurements and corresponding positions. Each position gives the potential field measurement position in three-dimensional space; the set of relationships between potential field measurements and positions is determined. Each relationship links the potential field measurement with the function of the corresponding position in three-dimensional space, multiplied by the field mapping parameter; and an essentially self-consistent set of field mapping parameters for the set of relationships is determined in order to determine mapping data.
EFFECT: improved data processing methods.
29 cl, 4 dwg

Description

Данное изобретение относится к усовершенствованным методам обработки данных измерений потенциального поля, полученных при авиационной разведке, например гравиметрической разведке, и к усовершенствованным методам сбора данных, которые обеспечиваются за счет усовершенствованных методов обработки данных.The present invention relates to improved methods for processing potential field measurement data obtained by aerial reconnaissance, for example gravimetric reconnaissance, and to improved data collection methods that are provided by improved data processing methods.

Традиционно, авиационная разведка потенциального поля, например гравиметрическая разведка, проводится по схеме сетки. Сетка задается ортогональными наборами параллельных линий (маршруты полета) на двухмерной поверхности, которая огибает нижележащий рельеф. Огибающая поверхность удовлетворяет ограничению минимальной высоты (т.е. минимальной высотой над землей, на которой разрешено летать самолету) и ограничению по максимальной скорости подъема/спуска самолета, обычно около трех процентов. Этот подход годится для плоского рельефа, но для холмистого или гористого рельефа, поверхность, на которой летит самолет, может варьироваться в пределах двух-трех километров от, скажем, дна нижележащей долины до вершины гористого района/ района разведки, поэтому необходим другой подход.Traditionally, aerial reconnaissance of a potential field, for example gravimetric reconnaissance, is carried out according to a grid scheme. The grid is defined by orthogonal sets of parallel lines (flight paths) on a two-dimensional surface that envelops the underlying relief. The envelope surface satisfies the limitation of the minimum height (i.e., the minimum height above the ground at which the aircraft is allowed to fly) and the restriction on the maximum aircraft ascent / descent speed, usually about three percent. This approach is suitable for a flat terrain, but for a hilly or mountainous terrain, the surface on which the plane flies can vary within two to three kilometers from, say, the bottom of the underlying valley to the top of the mountainous / reconnaissance area, so a different approach is needed.

Полезно иметь возможность собирать данные потенциального поля, в частности гравиметрические данные, вблизи земли, т.е. на низкой высоте. При гравиметрической разведке близлежащая масса обеспечивает данные высокой и низкой (пространственной) частоты, тогда как влияние более глубоколежащей массы наблюдается в основном только на низких частотах. При поиске нижележащих аномалий промежуточная масса имеет преобладающее влияние, и для обеспечения точного представления глубинных особенностей желательно иметь хорошее представление поверхностных особенностей, чтобы иметь возможность вычитать, в частности, высокие частоты (которые преобладают в энергетическом спектре). Например, сигнал с длиной волны λ ослабевает с высотой z по закону exp(-kz), где k=2π/λ, откуда можно оценить, что составляющая сигнала с длиной волны 200 метров от массы на глубине 100 метров ослабевает приблизительно в 20 раз от своего первоначального значения на поверхности земли (и дополнительно ослабевает в геометрической прогрессии с ростом высоты), тогда как можно видеть, что более длинные длины волны ослабевают значительно медленнее. В общем случае размер и позиция разведки выбираются согласно шкале длины волны, соответствующей сигнатуре, предполагаемой в соответствии с размером и глубиной цели.It is useful to be able to collect potential field data, in particular gravimetric data, near the ground, i.e. at low altitude. In gravimetric reconnaissance, the nearby mass provides high and low (spatial) frequency data, while the influence of a deeper mass is observed mainly at low frequencies. In the search for underlying anomalies, the intermediate mass has a predominant influence, and to ensure an accurate representation of the deep features, it is desirable to have a good representation of the surface features in order to be able to subtract, in particular, high frequencies (which prevail in the energy spectrum). For example, a signal with a wavelength λ weakens with a height z according to the law exp ( -kz ), where k = 2π / λ, whence it can be estimated that the component of a signal with a wavelength of 200 meters from the mass at a depth of 100 meters weakens approximately 20 times from its initial value on the surface of the earth (and additionally decreases exponentially with increasing height), while it can be seen that longer wavelengths decrease much more slowly. In the general case, the size and position of the reconnaissance are selected according to the wavelength scale corresponding to the signature assumed in accordance with the size and depth of the target.

Из вышеприведенного рассмотрения следует, что в общем случае желательно иметь возможность осуществлять авиационную разведку на низкой высоте, но на практике ограничения самолета и схема полетов, привязанная к сетке, может накладывать значительные ограничения. Схема полетов, привязанная к сетке, необходима, поскольку традиционные методы обработки данных гравиметрической разведки опираются на предположение постоянной высоты. В широком смысле предположение состоит в том, что для глубинного источника высота самолета приблизительно постоянна, и отклонение от этого предположения рассматривается лишь как небольшая коррекция. Кроме того, традиционные методы обработки данных гравиметрической разведки опираются на регулярно размещенные элементы данных, обычно в количестве степени двойки, что позволяет применять (быстрое) преобразование Фурье, тем самым задавая требование для ортогональных наборов параллельных маршрутов полета. Необходимо, чтобы маршруты полета располагались на общей поверхности, поскольку существующие методы предполагают, например, что если два маршрута пересекаются, то они пересекаются на одной и той же высоте. Дополнительная проблема с существующими маршрутами полета возникает, когда область разведки не является в точности прямоугольной, например вследствие локального рельефа. В этом случае, чтобы иметь возможность применять традиционные методы, элементы данных "забиваются", например, путем интерполяции или экстраполяции для генерации регулярного набора элементов данных в прямоугольной области. Затем длины волны (или, в частности, волновые числа), используемые для Фурье-анализа, определяются по максимальным размерам x и y (длине и ширине) забитой прямоугольной области.From the above consideration it follows that in the general case it is desirable to be able to carry out aerial reconnaissance at a low altitude, but in practice aircraft limitations and a flight scheme tied to a grid can impose significant restrictions. A gridded flight pattern is necessary because traditional methods for processing gravity data are based on the assumption of a constant height. In a broad sense, the assumption is that for a deep source, the height of the aircraft is approximately constant, and the deviation from this assumption is considered only as a small correction. In addition, traditional methods for processing gravimetric reconnaissance data rely on regularly placed data elements, usually in the power of two, which makes it possible to use the (fast) Fourier transform, thereby setting the requirement for orthogonal sets of parallel flight paths. It is necessary that flight routes be located on a common surface, since existing methods assume, for example, that if two routes intersect, then they intersect at the same height. An additional problem with existing flight routes arises when the reconnaissance area is not exactly rectangular, for example due to local terrain. In this case, in order to be able to apply traditional methods, the data elements are “clogged”, for example, by interpolation or extrapolation to generate a regular set of data elements in a rectangular area. Then the wavelengths (or, in particular, the wave numbers) used for the Fourier analysis are determined by the maximum dimensions x and y (length and width) of the clogged rectangular region.

Ввиду вышеизложенных недостатков традиционных методов требуются усовершенствованные методы обработки данных разведки потенциального поля и схемы разведывательных полетов.In view of the aforementioned disadvantages of traditional methods, improved methods for processing potential field intelligence data and reconnaissance flight schemes are required.

Согласно первому аспекту настоящего изобретения предусмотрен способ обработки данных измерений потенциального поля, полученных при разведке потенциального поля земли для определения картографических данных для картографирования поля, способ содержит этапы, на которых вводят данные измерений потенциального поля, причем данные измерений потенциального поля содержат данные, задающие совокупность измерений потенциального поля и соответствующих позиций, причем каждая позиция задает позицию измерения потенциального поля в трехмерном пространстве; определяют совокупность соотношений между измерениями потенциального поля и позициями, причем каждое соотношение соотносит измерение потенциального поля с функцией соответствующей позиции в трехмерном пространстве, умноженной на параметр картографирования поля; и определяют, по существу, самосогласованный набор параметров картографирования поля для совокупности соотношений для определения, таким образом, картографических данных.According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for processing potential field measurement data obtained from prospecting a potential field of the earth to determine map data for mapping a field, the method comprising the steps of entering potential field measurement data, the potential field measuring data comprising data defining a plurality of measurements potential field and corresponding positions, and each position sets the measurement position of the potential field in three-dimensional space; determining a set of relations between potential field measurements and positions, each relationship relating a potential field measurement to a function of the corresponding position in three-dimensional space multiplied by the field mapping parameter; and determine, in essence, a self-consistent set of field mapping parameters for a set of relationships to determine, thus, the cartographic data.

Данные потенциального поля могут содержать гравиметрические данные (данные измерения гравитационного поля), данные гравитационного градиентометра (данные измерения градиента магнитного поля), данные векторного магнитометра, данные истинного магнитного градиентометра или аналогичные данные. Параметры картографирования поля (коэффициенты или параметры, позволяющие описывать потенциальное поле) можно использовать для генерации аналогичных данных потенциального поля и, согласно вариантам осуществления, в общем случае параметры определяются выбором значений параметров, которые задают данные потенциального поля, например гравитационного поля или градиента гравитационного поля, которые наиболее точно аппроксимируют данные измерений потенциального поля. Это может быть, например, минимизация среднеквадратической ошибки или другая аналогичная оптимизация.Potential field data may include gravimetric data (gravitational field measurement data), gravitational gradiometer data (magnetic field gradient measurement data), vector magnetometer data, true magnetic gradiometer data, or similar data. Field mapping parameters (coefficients or parameters allowing to describe the potential field) can be used to generate similar data of the potential field and, according to embodiments, in general, the parameters are determined by the choice of parameter values that specify the data of the potential field, for example, the gravitational field or the gradient of the gravitational field, which most accurately approximate potential field measurements. This may be, for example, minimizing the mean square error or other similar optimization.

Согласно вариантам осуществления соотношения содержат систему уравнений, которую можно представить, например, матрицей, и определение содержит решение этих уравнений. Предпочтительно уравнения являются избыточно ограниченными, и решение содержит решение посредством процедуры понижения шума, например оптимизации методом наименьших квадратов. Предпочтительно соотношения таковы, что они имеют вид поля реального (гравитационного) потенциала, благодаря чему шум, который обычно не имеет такого вида, в итоге отфильтровывается в процедуре оптимизации. Таким образом, предпочтительно функция (трехмерной) позиции удовлетворяет уравнению Лапласа. В ряде репрезентативных примеров способа может быть порядка 10K параметров и 100K позиций.According to embodiments, the ratios comprise a system of equations that can be represented, for example, by a matrix, and the definition contains a solution to these equations. Preferably, the equations are excessively bounded, and the solution comprises a solution through a noise reduction procedure, such as least squares optimization. Preferably, the ratios are such that they have the form of a field of real (gravitational) potential, so that the noise, which usually does not have this kind, is ultimately filtered out in the optimization procedure. Thus, preferably, the (three-dimensional) position function satisfies the Laplace equation. In a number of representative examples of the method, there may be about 10K parameters and 100K positions.

Картографические данные могут просто содержать набор параметров картографирования поля (коэффициенты или параметры потенциального поля), поскольку эти данные можно использовать для генерации диапазона данных потенциального поля (например, данных гравитационного поля или градиента гравитационного поля) в зависимости от нужной высоты, зоны покрытия и/или картографируемой поверхности. Однако способ может дополнительно содержать определение нужного поля, обычно на поверхности, из набора параметров картографирования поля для генерации карты, т.е. осуществление прямого вычисления данных потенциального поля из набора параметров картографирования поля. Согласно объяснению, приведенному ниже, варианты осуществления способа предусматривают генерацию того же типа данных потенциального поля, которые измеряются, по меньшей мере, неявно, при определении параметров картографирования поля посредством процедуры, целью которой является минимизация или иная оптимизация различий между вычисленными и измеренными значениями. То, что это работает независимо от того, содержат ли данные потенциального поля, скажем, гравиметрические данные или данные гравитационного градиентометра, можно видеть, применяя одну из теорем Грина. Кроме того, зная один тип данных потенциального поля, например гравитационное поле или градиент гравитационного поля, можно определить другой путем интегрирования/дифференцирования, а также скалярный потенциал.The cartographic data may simply contain a set of field mapping parameters (coefficients or potential field parameters), since this data can be used to generate a range of potential field data (for example, gravitational field data or a gravitational field gradient) depending on the desired height, coverage area and / or mapped surface. However, the method may further comprise determining the desired field, usually on the surface, from a set of field mapping parameters for generating the map, i.e. direct calculation of potential field data from a set of field mapping parameters. According to the explanation below, embodiments of the method provide for generating the same type of potential field data that is measured, at least implicitly, when determining the parameters of the field mapping using a procedure that aims to minimize or otherwise optimize the differences between the calculated and measured values. That this works regardless of whether the potential field data contains, say, gravimetric data or gravitational gradiometer data, can be seen using one of Green's theorems. In addition, knowing one type of data of the potential field, for example, the gravitational field or the gradient of the gravitational field, it is possible to determine the other by integration / differentiation, as well as the scalar potential.

В одном варианте осуществления способа применяется представление эквивалентного источника данных потенциального поля. В этом варианте осуществления находят значения поверхностной плотности (или массы) для совокупности массивных элементов поверхности, которые совместно создают гравитационное (или другое) поле, которое наилучшим образом аппроксимирует измеренное гравитационное (или другое) поле. Поверхность в общем случае, но не обязательно, является плоской, и ее, например, можно выбирать для аппроксимации поверхности земли в районе разведки. Найдя значения для этих массивных элементов, можно применять простое прямое вычисление для прогнозирования скалярного потенциала, или гравитационного поля, или градиента гравитационного поля, например для генерации любой нужной карты района разведки. Обычно прямое вычисление производится для определения одной или нескольких составляющих поля на плоскости плоского картографирования.In one embodiment of the method, an equivalent data source representation of a potential field is applied. In this embodiment, values of surface density (or mass) are found for a combination of massive surface elements that together create a gravitational (or other) field that best approximates the measured gravitational (or other) field. The surface in the general case, but not necessarily, is flat, and it, for example, can be selected to approximate the surface of the earth in the area of exploration. Having found the values for these massive elements, one can use simple direct calculation to predict the scalar potential, or the gravitational field, or the gradient of the gravitational field, for example, to generate any desired map of the reconnaissance area. Typically, direct calculation is performed to determine one or more field components on a plane mapping plane.

В общих чертах, согласно вариантам осуществления этого способа квадрат разности между измеренным полем и полем, определенным из масс эквивалентного источника (измеряется/вычисляется гравитационное поле или градиент гравитационного поля), является функцией ошибок по массе. Таким образом, беря частную производную этой функции по, отдельно, массе каждого элемента поверхности, составляем систему уравнений, в которой переменными являются только массы всех массивных элементов поверхности (при условии, что позиция измерения в отношении массивного элемента поверхности, r-r′, известна). Эту систему уравнений удобно представить в виде матрицы и решать относительно значений массивных элементов поверхности. Поскольку количество измерений обычно много больше количества уравнений в системе (т.е. количества массивных элементов), например, по меньшей мере, в пять или десять раз больше, система уравнений является избыточно ограниченной. Это полезно, поскольку значения массивных элементов поверхности ни в коем случае не будут соответствовать шуму; вместо процедуры оптимизации для определения значений массивных элементов поверхности используется, например, аппроксимация методом наименьших квадратов, что позволяет понизить шум. Кроме того, благодаря использованию физической модели гравитационного поля, уравнения подчиняются уравнению Лапласа, что позволяет аппроксимировать гравитационное поле, а не шум.In general terms, according to embodiments of this method, the square of the difference between the measured field and the field determined from the masses of the equivalent source (the gravitational field is measured / calculated or the gradient of the gravitational field) is a function of mass errors. Thus, taking the partial derivative of this function with respect to, separately, the mass of each surface element, we compose a system of equations in which only the masses of all massive surface elements are variables (provided that the measurement position with respect to the massive surface element, r - r ′ , is known ) It is convenient to present this system of equations in the form of a matrix and solve it with respect to the values of massive surface elements. Since the number of measurements is usually much larger than the number of equations in the system (i.e., the number of massive elements), for example, at least five or ten times more, the system of equations is excessively limited. This is useful since the values of massive surface elements will in no way correspond to noise; instead of the optimization procedure, for example, the least squares approximation is used to determine the values of massive surface elements, which reduces the noise. In addition, due to the use of the physical model of the gravitational field, the equations obey the Laplace equation, which allows us to approximate the gravitational field, rather than noise.

Во втором варианте осуществления способа применяется метод модифицированных базисных функций Фурье. Согласно этому методу для представления данных измерений используется двухмерное разложение в ряд Фурье, но благодаря умножению на высотно-зависимый коэффициент (

Figure 00000001
) каждой двухмерной составляющей (
Figure 00000002
), это представление все же является наиболее общим и подчиняется уравнению Лапласа (при дифференцировании множителей высотно-зависимого коэффициента и сокращении двухмерных составляющих). Разложение можно обрезать в той или иной точке, в зависимости от нужной точности представления, например, определяемой количеством переменных, сделанных зависимыми. Можно применять другие разложения, например по сферическим гармоникам, которые полезны для более обширных областей, в частности, когда кривизной земли нельзя пренебречь.In the second embodiment of the method, the modified Fourier basis function method is applied. According to this method, two-dimensional Fourier series expansion is used to represent the measurement data, but due to multiplication by a height-dependent coefficient (
Figure 00000001
) of each two-dimensional component (
Figure 00000002
), this representation is still the most general and obeys the Laplace equation (when differentiating the factors of the height-dependent coefficient and reducing the two-dimensional components). The decomposition can be cut off at one point or another, depending on the desired accuracy of the representation, for example, determined by the number of variables made dependent. Other decompositions can be applied, for example, in spherical harmonics, which are useful for more extensive areas, in particular, when the curvature of the earth cannot be neglected.

В общем случае коэффициенты разложения определяются следующим образом. В позиции r измеренное потенциальное поле (гравитационное поле или градиент гравитационного поля) известно, и для конкретной пары значений k m и k n значение

Figure 00000003
также известно. Таким образом, при разложении в ряд Фурье (например, согласно приведенному ниже уравнению (3)) каждый элемент данных можно в итоге рассматривать по отдельности, и, как и в первом варианте осуществления, описанном выше, формируется система уравнений, которую можно решить относительно коэффициентов разложения в ряд Фурье. Эти коэффициенты затем можно использовать для определения (путем прямого вычисления) гравитационного поля или градиента гравитационного поля на любой двухмерной поверхности, которую нужно картографировать. Очевидно, что в этом (и предыдущем) варианте осуществления данные можно выбирать произвольным образом, поскольку элементы данных фактически не связаны между собой - все, что необходимо, это набор измерений и соответствующих (x, y, z) позиций, чтобы иметь возможность определения гравитационного поля или градиента гравитационного поля на любом другом наборе точек, в частности на поверхности или плоскости, то есть карте. Кроме того, отсюда следует, что, с использованием традиционных методов, нет необходимости забивать данные измерений для построения прямоугольника. В принципе, элементы данных можно рассматривать как участок произвольной формы двухмерной области максимальных размеров, определяемых максимальными длинами волны для разложения в ряд Фурье в направлениях x и y (хотя, как можно видеть, данные измерений не обязаны лежать на двухмерной поверхности). Отсюда следует, что значения k m и k n можно выбирать независимо от размеров области разведки (здесь k - волновое число, т.е. 2π/λ, тогда как при традиционной разведке максимальная длина волны должна соответствовать длине или ширине прямоугольной области разведки).In the general case, the expansion coefficients are determined as follows. At position r, the measured potential field (gravitational field or gradient of the gravitational field) is known, and for a particular pair of values of k m and k n, the value
Figure 00000003
also known. Thus, when expanding in a Fourier series (for example, according to the equation (3) below), each data element can be considered separately, and, as in the first embodiment described above, a system of equations is formed that can be solved with respect to the coefficients Fourier series expansion. These coefficients can then be used to determine (by direct calculation) the gravitational field or the gradient of the gravitational field on any two-dimensional surface that needs to be mapped. Obviously, in this (and previous) embodiment, the data can be arbitrarily selected, since the data elements are practically not interconnected - all that is needed is a set of measurements and corresponding ( x , y , z ) positions in order to be able to determine the gravitational field or gradient of the gravitational field on any other set of points, in particular on a surface or plane, that is, a map. In addition, it follows that, using traditional methods, there is no need to clog measurement data to construct a rectangle. In principle, data elements can be considered as a part of an arbitrary shape of a two-dimensional region of maximum dimensions determined by the maximum wavelengths for expansion in a Fourier series in the x and y directions (although, as you can see, the measurement data does not have to lie on a two-dimensional surface). It follows that the values of k m and k n can be chosen regardless of the size of the reconnaissance area (here k is the wave number, i.e. 2π / λ, whereas in traditional reconnaissance, the maximum wavelength should correspond to the length or width of the rectangular reconnaissance area).

Согласно другому аспекту изобретения предусмотрена система обработки данных для обработки данных измерений потенциального поля, полученных при разведке потенциального поля земли, для определения картографических данных для картографирования поля, система содержит устройство хранения данных для хранения данных измерений потенциального поля, причем данные измерений потенциального поля содержат данные, задающие совокупность измерений потенциального поля и соответствующих позиций, причем каждая позиция задает позицию измерения потенциального поля в трехмерном пространстве; устройство хранения программ для хранения кода управления процессором; и процессор, подключенный к устройству хранения данных и устройству хранения программ, для загрузки и выполнения кода управления, причем код содержит код, предписывающий процессору вводить данные измерений потенциального поля; определять совокупность соотношений между измерениями потенциального поля и позициями, причем каждое соотношение соотносит измерение потенциального поля с функцией соответствующей позиции в трехмерном пространстве, умноженной на параметр картографирования поля; и определять, по существу, самосогласованный набор параметров картографирования поля для совокупности соотношений для определения, таким образом, картографических данных.According to another aspect of the invention, there is provided a data processing system for processing potential field measurement data obtained by prospecting a potential field of the earth, for determining cartographic data for mapping a field, the system comprises a data storage device for storing potential field measurement data, wherein the potential field measurement data contains data, defining a set of measurements of the potential field and the corresponding positions, and each position sets the measurement position of the sweat ntsialnogo field in three-dimensional space; a program storage device for storing a processor control code; and a processor connected to the data storage device and the program storage device for downloading and executing a control code, the code comprising a code instructing the processor to input measurement data of a potential field; determine the totality of the relationships between the potential field measurements and the positions, each relationship correlating the potential field measurement with the function of the corresponding position in three-dimensional space, multiplied by the field mapping parameter; and determine, in essence, a self-consistent set of field mapping parameters for a set of relationships to determine, thus, the cartographic data.

Согласно дополнительному аспекту изобретения предусмотрен способ обработки данных измерений, полученных в авиационной гравиметрической разведке для обеспечения данных для карты гравитационного поля, причем данные измерений содержат совокупность измерений гравитационного потенциального поля, с каждым из которых связана позиция измерения в трехмерном пространстве, способ содержит этапы, на которых используют данные измерений для оценки коэффициентов, на которые умножается функция трехмерной позиции в гармоническом разложении, для определения, таким образом, представления гравитационного поля в районе разведки для карты гравитационного поля.According to an additional aspect of the invention, there is provided a method for processing measurement data obtained in aeronautical gravimetric reconnaissance to provide data for a gravitational field map, the measurement data comprising a collection of gravitational potential field measurements, each of which has a measurement position in three-dimensional space, the method comprises the steps of use the measurement data to estimate the coefficients by which the function of the three-dimensional position in the harmonic expansion is multiplied, for defining, therefore, a representation of the gravitational field in the area of exploration for a map of the gravitational field.

Изобретение дополнительно предусматривает способ обработки данных измерений, полученных в авиационной гравиметрической разведке для обеспечения данных для карты гравитационного поля, причем данные измерений содержат совокупность измерений гравитационного потенциального поля, с каждым из которых связана позиция измерения в трехмерном пространстве, способ содержит этапы, на которых используют данные измерений для оценки совокупности массивных элементов, каждый из которых умножается на функцию трехмерной позиции в представлении эквивалентного источника гравитационного поля, для обеспечения, таким образом, данных для карты гравитационного поля.The invention additionally provides a method for processing measurement data obtained in aeronautical gravimetric reconnaissance to provide data for a map of the gravitational field, the measurement data containing a set of measurements of the gravitational potential field, each of which is associated with a measurement position in three-dimensional space, the method comprises the steps of using the data measurements to evaluate a set of massive elements, each of which is multiplied by a function of a three-dimensional position in the representation of ivalentnogo source gravitational field to thereby provide data for the map of the gravitational field.

Изобретение дополнительно предусматривает способ картографирования гравитационного поля, способ содержит этапы, на которых вводят данные измерений, полученные в авиационной гравиметрической разведке, причем данные измерений содержат совокупность измерений гравитационного потенциального поля, с каждым из которых связана позиция измерения в трехмерном пространстве; определяют совокупность соотношений между измерениями потенциального поля и позициями, причем каждое соотношение соотносит измерение потенциального поля с функцией соответствующей позиции в трехмерном пространстве, умноженной на параметр картографирования поля; и картографируют гравитационное поле, определяя, по существу, самосогласованный набор параметров картографирования поля для совокупности соотношений.The invention further provides a method for mapping a gravitational field, the method comprising the steps of introducing measurement data obtained in aeronautical gravimetric reconnaissance, the measurement data comprising a collection of potential gravitational field measurements, each of which has a measurement position in three-dimensional space; determining a set of relations between potential field measurements and positions, each relationship relating a potential field measurement to a function of the corresponding position in three-dimensional space multiplied by the field mapping parameter; and map the gravitational field, determining, essentially, a self-consistent set of field mapping parameters for a set of relationships.

Варианты осуществления вышеописанных способов дополнительно содержат разведку поля для получения данных измерений потенциального поля путем облета набора маршрутов, которые не обязаны быть параллельными или образовывать схему прямоугольной сетки.Embodiments of the above methods further comprise reconnaissance of the field to obtain measurement data of the potential field by flying around a set of routes that do not have to be parallel or form a rectangular grid.

Как упомянуто выше, варианты осуществления вышеописанного способа можно применять, при желании, к фактически произвольно выбранным данным. Хотя произвольная выборка может оказаться неудобной с практической точки зрения, тем не менее очевидно, что, поскольку описанные здесь способы, в общем случае, не ограничены, маршруты авиационной разведки можно выбирать так, чтобы получить лучшие начальные данные, в частности, за счет возможно более низкого полета, ограниченного только общими соображениями безопасности и возможностями самолета. Таким образом, например, в широком смысле традиционный набор маршрутов можно дополнять полетами вдоль линий долин и/или модифицировать, например, искривляя один или несколько маршрутов полета для повторения горного рельефа.As mentioned above, embodiments of the above method can be applied, if desired, to virtually randomly selected data. Although random sampling may be inconvenient from a practical point of view, it is nevertheless obvious that, since the methods described here are generally not limited, aerial reconnaissance routes can be chosen so as to obtain better initial data, in particular, at the expense of possibly more low flight, limited only by general safety considerations and aircraft capabilities. Thus, for example, in a broad sense, the traditional set of routes can be supplemented by flights along the lines of the valleys and / or modified, for example, by curving one or more flight routes to repeat the mountainous terrain.

Хотя маршруты не обязаны пересекаться на, по существу, одинаковой высоте ("перекрещивание"), тем не менее перекрещивания полезны для понижения шума и низкочастотного дрейфа, поскольку они обеспечивают два сильно коррелирующих измерения аналогичных участков. Однако в отличие от традиционных методов разведки маршруты не обязаны пересекаться на одной и той же высоте. Кроме того, возможны различные схемы пересечения, например, в долине два кусочно-линейных или змеевидных маршрута могут извиваться в противоположных направлениях для обеспечения последовательности перекрещиваний вдоль маршрутов.Although routes do not have to intersect at substantially the same height (“crossover”), crossovers are nonetheless useful for reducing noise and low-frequency drift, as they provide two highly correlated measurements of similar sections. However, unlike traditional reconnaissance methods, routes are not required to cross at the same altitude. In addition, various crossing patterns are possible, for example, in a valley, two piecewise linear or serpentine routes can meander in opposite directions to ensure a sequence of crossings along the routes.

Поэтому согласно дополнительному аспекту изобретения предусмотрен способ проведения авиационной разведки потенциального поля, способ содержит этапы, на которых ведут самолет по набору маршрутов и измеряют данные потенциального поля в точках на маршрутах, в котором набор маршрутов имеет одну или несколько из следующих особенностей: два маршрута пересекаются на высотах, отличающихся, по меньшей мере, на 50 метров; в районе разведки маршруты в одном и том же общем направлении не параллельны более чем на 5 градусов; маршруты включают в себя криволинейные маршруты; маршруты из набора маршрутов, вместе взятые, по существу, не лежат на поверхности; маршруты из набора маршрутов, вместе взятые, задают поверхность, в котором, по меньшей мере, один из маршрутов задает одно из двух ортогональных направлений на поверхности, так что скорости изменения высоты с расстоянием в разных ортогональных направлениях поверхности отличаются более чем на 5 процентов.Therefore, according to an additional aspect of the invention, there is provided a method for conducting aerial reconnaissance of a potential field, the method comprising the steps of conducting an airplane along a set of routes and measuring potential field data at points on routes in which the set of routes has one or more of the following features: two routes intersect at heights differing by at least 50 meters; in the intelligence area, routes in the same general direction are not more than 5 degrees parallel; routes include curved routes; routes from a set of routes taken together, essentially, do not lie on the surface; the routes from the set of routes taken together define a surface in which at least one of the routes defines one of two orthogonal directions on the surface, so that the rates of change of height with distance in different orthogonal directions of the surface differ by more than 5 percent.

Согласно вариантам осуществления вышеописанных способов два маршрута пересекаются на высотах, отличающихся более чем на 50, 100, 150 или 200 метров. Маршруты могут быть прямолинейными, кусочно-линейными или искривленными и в общем случае соседние маршруты полета могут отклоняться от параллельности более чем на два градуса, три градуса, пять градусов, десять градусов или более. Как отмечено выше, маршруты, вместе взятые, не обязаны, по существу, лежать на поверхности, в частности, по причине отсутствия ограничения "по существу, постоянной высоты". Однако один удобный метод построения набора маршрутов для такой авиационной разведки предусматривает обеспечение традиционной разведки с ее последующей модификацией в сторону приближения к земле, в частности, на низинных участках, где желательно лучшее покрытие.According to embodiments of the above methods, the two routes intersect at heights differing by more than 50, 100, 150 or 200 meters. Routes can be straight, piecewise linear or curved and, in general, adjacent flight routes can deviate from parallelism by more than two degrees, three degrees, five degrees, ten degrees or more. As noted above, routes taken together are not required to essentially lie on the surface, in particular due to the lack of a “substantially constant height” restriction. However, one convenient method of constructing a set of routes for such aerial reconnaissance involves providing traditional reconnaissance with its subsequent modification towards approaching the ground, in particular, in lowlands where better coverage is desired.

Типичный способ обеспечения традиционной разведки предусматривает построение двухмерной поверхности, огибающей рельеф, на котором должна производиться разведка. В высоких точках нижележащего рельефа высота поверхности обычно определяется минимально разрешенной высотой полета самолета (для безопасности), и затем высота поверхности уменьшается вследствие присущих самолету ограничений на скорость подъема/спуска, обычно порядка двух-трех процентов. Поскольку маршруты ограничиваются прямоугольной сеткой, эти ограничения применяются в двух ортогональных направлениях. В отличие от вариантов осуществления вышеописанного способа такое ограничение нужно применять только в одном направлении (в одном измерении, а не в двух). В итоге для определения маршрутов полета можно применять одномерную огибающую. Таким образом, согласно вариантам осуществления описанного здесь способа набор маршрутов, вместе взятых, задает поверхность, на которой лежит маршрут, задающий один или два ортогональных направления, причем в другом направлении поверхности разрешено иметь скорость изменения высоты с расстоянием, превышающую разрешенную скорость подъема/спуска самолета, например, более чем на три процента, пять процентов, десять процентов, двадцать процентов или более.A typical way of providing traditional reconnaissance involves the construction of a two-dimensional surface enveloping the terrain on which reconnaissance is to be carried out. At high points of the underlying terrain, the surface height is usually determined by the minimum permitted aircraft altitude (for safety), and then the surface height decreases due to the aircraft’s inherent limitations of ascent / descent, usually of the order of two to three percent. Because routes are limited to a rectangular grid, these restrictions apply in two orthogonal directions. Unlike the embodiments of the above method, such a restriction needs to be applied in only one direction (in one dimension, and not in two). As a result, a one-dimensional envelope can be used to determine flight routes. Thus, according to the embodiments of the method described here, the set of routes taken together defines the surface on which the route lies, defining one or two orthogonal directions, and in the other direction of the surface it is allowed to have a rate of change of height with a distance exceeding the allowed speed of ascent / descent of the aircraft for example, more than three percent, five percent, ten percent, twenty percent or more.

Изобретение также предусматривает носитель данных, переносящий навигационные данные самолета для такого набора маршрутов авиационной разведки потенциального поля.The invention also provides a data carrier carrying aircraft navigation data for such a set of potential field aerial reconnaissance routes.

Изобретение дополнительно предусматривает код управления процессором для реализации вышеописанных способов, в частности, на носителе данных, например диске, CD- или DVD-ROM, в программируемой памяти, например постоянной памяти (программно-аппаратное обеспечение), или на носителе данных, например носителе оптического или электрического сигнала. Код (и/или данные) для реализации вариантов осуществления изобретения может содержать исходный, объектный или исполнимый код, на традиционном языке программирования (интерпретируемом или компилируемом), например C, или код ассемблера, код для настройки и управления ASIC (специализированной интегральной схемой) или FPGA (вентильной матрицей, программируемой пользователем), или код на языке описания аппаратных средств, например Verilog (торговая марка) или VHDL (языке описания аппаратных средств для высокоскоростных интегральных схем). Специалисту очевидно, что такой/ие код и/или данные могут распределяться между рядом компонентов, осуществляющих связь друг с другом.The invention further provides a processor control code for implementing the above methods, in particular on a storage medium, such as a disk, CD or DVD-ROM, in programmable memory, such as read-only memory (firmware), or on a storage medium, such as optical media or electrical signal. The code (and / or data) for implementing the embodiments of the invention may contain source, object, or executable code in a traditional programming language (interpreted or compiled), for example C, or assembler code, code for configuring and controlling ASIC (specialized integrated circuit), or FPGA (Field Programmable Gate Array), or code in a hardware description language, such as Verilog (trademark) or VHDL (hardware description language for high-speed integrated circuits). It will be apparent to those skilled in the art that such code and / or data may be distributed among a number of components communicating with each other.

Ниже изложены дополнительные аспекты изобретения. The following are additional aspects of the invention .

Способ проведения разведки потенциального поля с воздуха, для чего самолет снабжен комплектом оборудования для геофизических измерений, включающим в себя один или несколько приборов для измерения потенциального поля, например векторный гравиметр, гравитационный градиентометр, магнитометр, магнитный градиентометр или другие приборы, и согласно которому самолет облетает нерегулярный набор разъединенных, не находящихся на одном уровне, непрямолинейных маршрутов полета, которые покрывают район разведки, предпочтительно с наименьшим возможным расстоянием между поверхностью и самолетом для каждой линии полета и с приблизительно однородным покрытием района разведки (такие линии согласуются с безопасной эксплуатацией самолета). Предпочтительно, согласно этому способу, величина потенциального поля земли, представляющего интерес, определяется с использованием алгоритмов, которые работают с данными измерений, полученными с помощью прибора для измерения потенциального поля, собранными вдоль линий разведки как есть, без необходимости выравнивать данные, приводить данные к общей горизонтальной плоскости или привязывать данные к сетке, причем такие данные включают в себя измерение самой величины потенциального поля и (мгновенную) позицию и, в необязательном порядке, высоту прибора(ов) для измерения потенциального поля.A method of reconnaissance of a potential field from the air, for which the aircraft is equipped with a set of equipment for geophysical measurements, including one or more instruments for measuring the potential field, for example, a vector gravimeter, gravity gradiometer, magnetometer, magnetic gradiometer or other devices, and according to which the plane flies an irregular set of disconnected, not at the same level, non-linear flight routes that cover the reconnaissance area, preferably with the least the possible distance between the surface and the aircraft for each flight line and with approximately uniform coverage of the reconnaissance area (such lines are consistent with the safe operation of the aircraft). Preferably, according to this method, the magnitude of the potential field of the land of interest is determined using algorithms that work with the measurement data obtained using the device for measuring the potential field, collected along the intelligence lines as is, without the need to align the data, bring the data to a common horizontal plane or to attach data to the grid, and such data include the measurement of the magnitude of the potential field and (instantaneous) position and, optionally e, the height of the instrument (s) for measuring the potential field.

Способ проведения разведки потенциального поля с воздуха, описанный выше, но в котором схема полета немного изменена с целью достижения приемлемого количества "перекрещиваний" на единицу площади, причем в данном случае "перекрещивание" представляет собой точку, где линии полета самолета с разными курсовыми направлениями номинально пересекаются в одной и той же точке в пространстве.The method of reconnaissance of a potential field from the air, described above, but in which the flight pattern is slightly modified in order to achieve an acceptable number of “crossings” per unit area, and in this case, “crossover” is the point where the flight lines of an aircraft with different heading directions are nominally intersect at the same point in space.

Способ проведения разведки потенциального поля с воздуха, описанный выше, где некоторые линии из набора, по существу, параллельных, но не обязательно прямых линий, сознательно сделаны извивающимися для увеличения количества перекрещиваний с другими линиями в этом наборе, которые проходятся параллельно.The method of reconnaissance of a potential field from the air described above, where some lines from a set of essentially parallel, but not necessarily straight lines, are deliberately made wriggling to increase the number of crossings with other lines in this set that run in parallel.

Способ проведения разведки потенциального поля с воздуха, описанный выше, где все линии проходятся с целью обеспечения максимального (возможного) количества перекрещиваний по всему району разведки (с учетом ограничения, например, на суммарную/ое длину/время полета). Ни одна из линий разведки не обязана быть параллельной какой-либо другой линии разведки, также ни одна из линий не обязана быть прямой, и в общем случае многие линии не будут пересекать весь район разведки от края до края.The method of reconnaissance of a potential field from the air described above, where all lines are drawn in order to ensure the maximum (possible) number of crossings over the entire reconnaissance area (taking into account restrictions, for example, on the total / length / flight time). None of the lines of intelligence is required to be parallel to any other line of intelligence, nor is any of the lines required to be straight, and in the general case, many lines will not cross the entire area of intelligence from edge to edge.

Способ проведения разведки потенциального поля с воздуха, описанный выше, но в котором самолет осуществляет разведку по более традиционной схеме, например по схеме разведки с двухмерной огибающей или постоянной высотой или какой-либо другой схеме, которая запутывает линии полета и связывает их с тем, чтобы они пересекались в каждом перекрещивании. (Например, навигационные данные могут задавать точное пересечение, хотя на практике пилот достигает этого лишь с точностью, например, 10 м или 20 м.)The method of reconnaissance of a potential field from the air, described above, but in which the aircraft carries out reconnaissance according to a more traditional pattern, for example, according to a reconnaissance pattern with a two-dimensional envelope or constant height or some other pattern that entangles the flight lines and connects them so that they intersected at each crossing. (For example, navigation data can specify the exact intersection, although in practice the pilot achieves this only with an accuracy of, for example, 10 m or 20 m.)

Способ проведения разведки потенциального поля с воздуха, описанный выше, в котором данные "выравниваются" до обработки. Выравнивание здесь является общим термином, который охватывает методы, включающие в себя один или несколько из: понижения шума, удаления низкочастотного дрейфа, согласования низкочастотного спектра соседних линий, соотнесения данных с плоскостью фиксированной высоты и пр. Данные также можно привязывать к сетке до обработки.The method of reconnaissance of a potential field from the air, described above, in which the data is "aligned" before processing. Alignment here is a general term that encompasses methods that include one or more of: reducing noise, removing low-frequency drift, matching the low-frequency spectrum of adjacent lines, correlating data with a fixed-height plane, etc. Data can also be snapped to the grid before processing.

Способ проведения разведки потенциального поля с воздуха, описанный выше, где первая стадия анализа содержит удаление или регулировку данных, которые никоим образом не могут быть обусловлены никакими геологическими структурами, являющимися предметом исследования или геоморфологии (рельефом), в районе разведки. Влияние рельефа также можно использовать для корректировки данных на любой стадии обработки до расчета гравитационного потенциала земли.The method of reconnaissance of a potential field from the air, described above, where the first stage of the analysis involves the removal or adjustment of data that can in no way be caused by any geological structures that are the subject of research or geomorphology (relief) in the area of exploration. The influence of the relief can also be used to adjust data at any stage of processing before calculating the gravitational potential of the earth.

Способ проведения разведки потенциального поля с воздуха, описанный выше, где создается точная DEM (цифровая модель рельефа) с использованием лидара (лазерного радара) совместно с IMU (инерциальным измерительным блоком), а также с DGPS (дифференциальной системой глобального позиционирования) для корректировки данных лидара для плоского движения. Данные DEM и DGPS также можно использовать для корректировки данных измерений потенциального поля с учетом рельефа. Аналогично данные ускорения, высоты, ориентации, угловой скорости и углового ускорения самолета также можно использовать для корректировки выходных данных аппаратуры для измерения потенциального поля. Любой бортовой или дистанционный датчик можно использовать для обеспечения информации положения и движения для самолета и/или аппаратуры для измерения потенциального поля.The method of reconnaissance of a potential field from the air described above, where an exact DEM (digital elevation model) is created using a lidar (laser radar) in conjunction with IMU (inertial measuring unit), as well as with DGPS (differential global positioning system) to correct the lidar data for flat movement. DEM and DGPS data can also be used to correct potential field measurements for terrain. Similarly, the data of acceleration, altitude, orientation, angular velocity and angular acceleration of the aircraft can also be used to adjust the output of the equipment for measuring the potential field. Any on-board or remote sensor can be used to provide position and movement information for an airplane and / or equipment for measuring potential fields.

Поэтому предпочтительно оборудовать самолет различными дополнительными стандартными авиационными приборами геофизической разведки, например аппаратурой для GPS, DGPS, альтиметра, измерения высоты, измерения давления, гиперспектрального сканера, системы электромагнитных измерений (EM), системы измерения переходных электромагнитных процессов (TDEM), векторного магнитометра, акселерометра, гравиметра и других устройств, включая другие устройства измерения потенциального поля.Therefore, it is preferable to equip the aircraft with various additional standard geophysical reconnaissance aircraft, for example, GPS, DGPS, altimeter, altitude, pressure, hyperspectral scanner, electromagnetic measurement system (EM), transient electromagnetic measurement system (TDEM), vector magnetometer, accelerometer , gravimeter and other devices, including other potential field measuring devices.

Способ проведения разведки потенциального поля с воздуха, описанный выше, в котором выходные сигналы аппаратуры на самолете разведки корректируются с использованием аппаратуры на стационарной или подвижной базовой станции, например, согласно наилучшей практике в данное время. Такое оборудование может включать в себя аппаратуру GPS и магнитную аппаратуру и высококачественные наземные гравиметры.The method of reconnaissance of a potential field from the air, described above, in which the output signals of the equipment on the reconnaissance aircraft are corrected using the equipment on a stationary or mobile base station, for example, according to best practice at this time. Such equipment may include GPS equipment and magnetic equipment and high-quality ground-based gravimeters.

Способ проведения разведки потенциального поля с воздуха, описанный выше, в котором данные, собранные согласно любому из вышеописанных способов, объединяются с любыми данными наземной или спутниковой разведки для улучшения анализа, причем такие данные включают в себя данные рельефа, спектральные, магнитные или другие данные.The method for reconnaissance of a potential field from the air described above, in which the data collected according to any of the above methods are combined with any ground or satellite reconnaissance data to improve analysis, and such data includes terrain, spectral, magnetic or other data.

Эти и другие аспекты изобретения будут дополнительно описаны исключительно в порядке примера, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:These and other aspects of the invention will be further described solely by way of example, with reference to the accompanying drawings, in which:

Фиг. 1 - самолет с данными авиационной разведки и пример системы обработки данных, приспособленной для реализации варианта осуществления способа, отвечающего изобретению;FIG. 1 is an aircraft with aerial reconnaissance data and an example of a data processing system adapted to implement an embodiment of the method of the invention;

Фиг. 2 - логическая блок-схема процедуры обработки данных измерений потенциального поля для реализации варианта осуществления способа, отвечающего изобретению;FIG. 2 is a flowchart of a processing procedure for measuring potential field data for implementing an embodiment of the method of the invention;

Фиг. 3 - логическая блок-схема процедуры генерации данных маршрутов полета для осуществления авиационной разведки потенциального поля согласно варианту осуществления способа, отвечающего изобретению; иFIG. 3 is a flowchart of a procedure for generating flight data for aerial reconnaissance of a potential field according to an embodiment of the method of the invention; and

Фиг. 4 - иллюстративный набор маршрутов полета для авиационной разведки потенциального поля, данные которых можно обрабатывать согласно вариантам осуществления изобретения.FIG. 4 is an illustrative set of flight routes for aerial reconnaissance of a potential field, the data of which can be processed according to embodiments of the invention.

Теоретическое обоснованиеTheoretical background

Сначала обратимся к теоретическим основам, которые позволяют лучше понять изобретение.First, we turn to the theoretical foundations that allow a better understanding of the invention.

Данные потенциального поля включают в себя, но без ограничения, гравиметрические данные, данные гравитационного градиентометра, данные векторного магнитометра и данные истинного магнитного градиентометра. Такие данные можно математически описать рядом соотношений, которые определяют характер изменения величин в зависимости от пространственных координат с учетом различных типов измерения. Элементы и представления потенциального поля можно вывести из скалярной величины.Potential field data includes, but is not limited to, gravimetric data, gravitational gradiometer data, vector magnetometer data, and true magnetic gradiometer data. Such data can be mathematically described by a number of relations that determine the nature of the change in values depending on spatial coordinates, taking into account various types of measurements. Elements and representations of a potential field can be derived from a scalar quantity.

Для гравитационного поля соответствующий потенциал представляет собой скалярный потенциал гравитационного поля, Φ(r), определяемый какFor a gravitational field, the corresponding potential is the scalar potential of the gravitational field, Φ ( r ), defined as

Figure 00000004
Figure 00000004

где r, ρ(r′), G - соответственно позиция измерения гравитационного поля, массовая плотность в положении r′ и гравитационная постоянная. Напряженность гравитационного поля, выражающая действие гравитационного поля, равна пространственной производной скалярного потенциала. Напряженность гравитационного поля - это вектор, поскольку имеет направление, которое всем известно - сила тяжести действует вниз. Ее можно представить тремя составляющими относительно любой выбранной декартовой системы координат:where r , ρ ( r ′), G - respectively, the position of measurement of the gravitational field, mass density at position r ′ and the gravitational constant. The gravitational field intensity, expressing the effect of the gravitational field, is equal to the spatial derivative of the scalar potential. The gravitational field is a vector, because it has a direction that everyone knows - gravity acts downward. It can be represented by three components with respect to any selected Cartesian coordinate system:

Figure 00000005
Figure 00000005

Каждая из этих трех составляющих изменяется в каждом из этих трех направлений, вследствие чего градиент гравитационного поля представляет собой тензор, имеющий девять составляющих:Each of these three components changes in each of these three directions, as a result of which the gradient of the gravitational field is a tensor having nine components:

Figure 00000006
Figure 00000006

Математическая теория потенциальных полей и фундаментальные уравнения и соотношения вытекают из анализа свойств скалярной потенциальной функции, ее производных, ее преобразований Фурье и других математических величин.The mathematical theory of potential fields and fundamental equations and relations arise from an analysis of the properties of a scalar potential function, its derivatives, its Fourier transforms and other mathematical quantities.

Согласно одной из теорем Грина если на замкнутой поверхности известна любая из пространственных производных скалярного потенциала (включая сам скалярный потенциал), то значение этой пространственной производной известно во всех точках объема, ограниченного этой поверхностью. Отсюда следует, что если эта величина известна во всех точках, то путем дифференцирования и интегрирования можно получить все остальные производные скалярного потенциала, включая сам скалярный потенциал, и все его производные фактически известны во всех точках объема, когда лишь одна из производных известна на поверхности, охватывающей этот объем. Это говорит о том, что полное измерение любой составляющей любой производной скалярного потенциала позволяет вычислить любую другую составляющую любой производной скалярного потенциала. Отсюда следует, что, по меньшей мере, теоретически не имеет значения, какую величину измерять, и выбор аппаратуры определяется исключительно тем, какой прибор измеряет нужную величину с наибольшим отношением сигнал/шум.According to one of Green's theorems, if any of the spatial derivatives of the scalar potential (including the scalar potential itself) is known on a closed surface, then the value of this spatial derivative is known at all points of the volume bounded by this surface. It follows that if this quantity is known at all points, then by differentiation and integration it is possible to obtain all other derivatives of the scalar potential, including the scalar potential itself, and all its derivatives are actually known at all points of the volume, when only one of the derivatives is known on the surface, covering this volume. This suggests that a complete measurement of any component of any derivative of the scalar potential allows us to calculate any other component of any derivative of the scalar potential. It follows that, at least theoretically, it does not matter what quantity to measure, and the choice of equipment is determined solely by which device measures the desired value with the highest signal-to-noise ratio.

Дифференцирование вышеописанного скалярного потенциала гравитационного поля (после решения некоторых вопросов, связанных с

Figure 00000007
, когда r→0) в конце концов дает:Differentiation of the scalar potential of the gravitational field described above (after solving some issues related to
Figure 00000007
when r → 0) finally gives:

Figure 00000008
Figure 00000008

которое в областях, свободных от материи, сводится к уравнению Лапласа, важному фундаментальному соотношению в теории гравитации:which in areas free of matter reduces to the Laplace equation, an important fundamental relation in the theory of gravity:

Figure 00000009
Figure 00000009

Гармонические функции удовлетворяют уравнению Лапласа и многие из их свойств можно использовать в анализе данных, собранных в ходе разведки потенциального поля.Harmonic functions satisfy the Laplace equation, and many of their properties can be used in the analysis of data collected during the exploration of a potential field.

Данные можно анализировать и обрабатывать с использованием различных методов, которые работают с данными, собранными при разведке, в качестве начальной точки, но которые затем изменяют данные и/или их формат таким образом, что все значения, связанные с измеренными величинами, оказываются на регулярной двухмерной сетке, расположенной на горизонтальной плоскости анализа фиксированной высоты, используемые процессы называются "выравниванием" и "привязкой к сетке".Data can be analyzed and processed using various methods that work with the data collected during exploration as a starting point, but which then change the data and / or their format so that all values associated with the measured values are on a regular two-dimensional a grid located on a horizontal plane of analysis of a fixed height, the processes used are called "alignment" and "snap to the grid."

Привязка к сетке - это геофизический метод численной обработки, основной принцип которой состоит в:Snap to the grid is a geophysical method of numerical processing, the basic principle of which is:

- разбиении района разведки на прямоугольные ячейки, стороны которых обычно выровнены с основными направлениями прохождения разведки,- dividing the reconnaissance area into rectangular cells, the sides of which are usually aligned with the main directions of reconnaissance,

- замене фактических данных измерений данными, которые полностью "эквивалентны" данным измерений, но которые являются назначенными значениями в точках посередине каждой ячейки.- replacing the actual measurement data with data that is completely "equivalent" to the measurement data, but which are assigned values at the points in the middle of each cell.

Такие данные называются данными, "привязанными к сетке". Существует много способов убедиться, что данные, "задуманные" как представляющие данные измерений, действительно "эквивалентны" данным измерений. Также существует много способов выбора размеров каждой ячейки, но все они связаны с усредненным разбиением линий, проведенных в двух ортогональных направлениях. Когда линии разведки проведены не регулярно, как описано здесь, идею привязки к сетке, хотя и не обязательно, но все же можно использовать, но при этом существует гораздо больше возможностей выбора размера и ориентации ячеек.Such data is called “gridded” data. There are many ways to make sure that data “conceived” as representing measurement data is truly “equivalent” to measurement data. There are also many ways to select the size of each cell, but all of them are associated with an average partition of lines drawn in two orthogonal directions. When reconnaissance lines are not drawn regularly, as described here, the idea of gridding, although not necessary, can still be used, but there are much more options for selecting cell size and orientation.

Когда данные имеют этот формат, их значительно удобнее подвергать математическим преобразованиям. Никакие данные, участвующие в этих процессах, не обязаны удовлетворять уравнению Лапласа. Данные рассматриваются как набор чисел, и к числам применяются статистические и другие методы для получения наилучшей оценки потенциального поля на горизонтальной плоскости анализа.When data has this format, it is much more convenient to subject them to mathematical transformations. No data involved in these processes is required to satisfy the Laplace equation. The data are considered as a set of numbers, and statistical and other methods are applied to the numbers to obtain the best estimate of the potential field on the horizontal plane of analysis.

Данные можно свести к двухмерному ряду Фурье таким образом, чтобы в дополнение к требованию, чтобы данные находились на фиксированной высоте, действовало требование, чтобы каждая линия данных имела 2n элементов данных, чтобы можно было применять метод быстрого преобразования Фурье и чтобы сбор данных осуществлялся в ортогональных направлениях.The data can be reduced to a two-dimensional Fourier series so that, in addition to the requirement that the data be at a fixed height, there is a requirement that each data line have 2 n data elements, that the fast Fourier transform method can be applied, and that the data be collected in orthogonal directions.

Общий вид представления в виде двухмерного ряда Фурье для градиента гравитационного поля можно представить в виде суммы двухмерных пространственных синусоидальных волн в виде:The general view of the representation in the form of a two-dimensional Fourier series for the gradient of the gravitational field can be represented as the sum of two-dimensional spatial sinusoidal waves in the form:

Figure 00000010
Figure 00000010

где волновые числа k m, k n связаны с размером области разведки, L x, L y в направлениях x, y соответственно:where the wave numbers k m , k n are related to the size of the reconnaissance area, L x , L y in the x , y directions, respectively:

Figure 00000011
Figure 00000011

Это разложение пригодно только при постоянной высоте. Однако мы позже опишем зависимость коэффициентов g zz(k m,k n) от волнового числа и высоты, которые совместно задают двухмерное преобразование Фурье градиента гравитационного поля.This decomposition is suitable only at a constant height. However, we will later describe the dependence of the coefficients g zz ( k m , k n ) on the wave number and height, which together define the two-dimensional Fourier transform of the gravitational field gradient.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществленияDetailed Description of Preferred Embodiments

Данные не требуется обрабатывать согласно описанному выше, если используются свойства гравитационного или магнитного потенциальных полей. Нижеприведенное описание посвящено гравитационному полю, но его легко распространить на магнитные поля.Data does not need to be processed as described above if the properties of gravitational or magnetic potential fields are used. The following description is about the gravitational field, but it can easily be extended to magnetic fields.

Прежде всего, выскажем несколько утверждений, касающихся гравитационного поля.First of all, we will make a few statements regarding the gravitational field.

1. Гравитационное поле вне тела можно моделировать во всех отношениях, как если бы оно порождалось материей, целиком расположенной в бесконечно тонком слое на поверхности тела, который в точности повторяет очертания поверхности тела. Такой слой задает эквивалентный источник, т.е. источник гравитации, который создает, по существу, (теоретически в точности) такую же гравитационную сигнатуру, как само тело. Существует много способов задания эквивалентных источников, они могут быть подобны вышеописанным или могут быть строго горизонтальными, они могут полностью или частично находиться над или под поверхностью земли или располагаться иным образом, но все они имеют одно и то же свойство, а именно они генерируют такое же гравитационное поле, как земля. Дополнительную информацию можно найти в книге R.J. Blakely, "Potential Theory in Gravity and Magnetic Applications", Cambridge University Press, 1995.1. The gravitational field outside the body can be modeled in all respects, as if it was generated by matter entirely located in an infinitely thin layer on the surface of the body, which exactly repeats the outline of the surface of the body. Such a layer defines an equivalent source, i.e. a source of gravity, which creates essentially (theoretically exactly) the same gravitational signature as the body itself. There are many ways to specify equivalent sources, they can be similar to those described above or can be strictly horizontal, they can be completely or partially above or below the surface of the earth or can be located in another way, but they all have the same property, namely they generate the same gravitational field like earth. Further information can be found in R.J. Blakely, "Potential Theory in Gravity and Magnetic Applications", Cambridge University Press, 1995.

2. Гравитационное поле вне тела также можно уникальным образом записать в виде последовательности модифицированных двухмерных базисных функций Фурье, которая пригодна для всех позиций вне тела. Эта функция является явно выраженной гармонической функцией и воспроизведена ниже. Ее форма является самой общей и может представлять любое возможное распределение массы в теле.2. The gravitational field outside the body can also be uniquely written as a sequence of modified two-dimensional basic Fourier functions, which is suitable for all positions outside the body. This function is a pronounced harmonic function and is reproduced below. Its shape is the most general and can represent any possible distribution of mass in the body.

Согласно предпочтительным вариантам осуществления мы измеряет G zz как функцию позиции r measure с использованием гравитационного градиентометра и работаем с ней без необходимости генерировать другие элементы тензора градиента гравитационного поля. Это можно использовать для генерации представления нижележащего распределения массы. Здесь мы опишем два метода, которые можно применять, а именно метод эквивалентного источника и метод модифицированных базисных функций Фурье. Из вышеупомянутой теоремы Грина следует, что нижележащее распределение массы можно вывести, в принципе, из G zz, хотя в описанных здесь методах теорема Грина не используется в явном виде.According to preferred embodiments, we measure G zz as a function of the r measure position using a gravitational gradiometer and work with it without the need to generate other elements of the gravitational field gradient tensor. This can be used to generate a representation of the underlying mass distribution. Here we describe two methods that can be applied, namely, the equivalent source method and the modified Fourier basis function method. It follows from the above Green's theorem that the underlying mass distribution can, in principle, be deduced from G zz , although the Green's theorem is not used explicitly in the methods described here.

Метод эквивалентного источникаEquivalent Source Method

В этом варианте осуществления поверхность района разведки разбивается на малые участки со стороной обычно порядка 50 м - они называются пластинки (далее массивные элементы). Нетрудно непосредственно вычислить гравитационное поле каждой пластинки Blakely (там же), масса которой регулируется до тех пор, пока не будет получено наилучшее общее совпадение с данными измерений. Это определение массы производится посредством стандартной процедуры аппроксимации методом наименьших квадратов. Аппроксимация осуществляется путем сопоставления данных в истинной позиции измерения с гравитационным полем, генерируемым предложенным эквивалентным источником в тех же самых истинных позициях измерения. Этот процесс математически строг и не предполагает никаких искусственных регулировок данных для их согласования с горизонтальной прямоугольной областью разведки.In this embodiment, the surface of the reconnaissance area is divided into small areas with a side usually of the order of 50 m - they are called plates (hereinafter massive elements). It is easy to directly calculate the gravitational field of each Blakely plate (ibid.), The mass of which is regulated until the best general agreement with the measurement data is obtained. This mass determination is carried out using the standard least squares approximation procedure. The approximation is carried out by comparing the data in the true measurement position with the gravitational field generated by the proposed equivalent source in the same true measurement positions. This process is mathematically rigorous and does not involve any artificial adjustments to the data to match the horizontal rectangular area of intelligence.

После получения такой аппроксимации она рассматривается как первичный набор данных. В ходе всего последующего анализа для определения геологической структуры осуществляется сравнение и минимизация различий между гравитационным полем, которое генерировала бы любая данная геологическая структура, с полем, генерируемым эквивалентным источником. Одно реальное преимущество метода в том, что наилучшая аппроксимация исходит из распределения массы, хотя и искусственного, и потому решение наилучшей аппроксимации автоматически будет удовлетворять уравнению Лапласа. В этом состоит отличие от вышеописанного традиционного метода, который создает численную наилучшую аппроксимацию, но не налагает дополнительное ограничение, что данные должны удовлетворять уравнению Лапласа, т.е. что она должна исходить из реального распределения массы.After obtaining such an approximation, it is considered as a primary data set. In the course of the entire subsequent analysis to determine the geological structure, the differences between the gravitational field that any given geological structure would generate and the field generated by an equivalent source are compared and minimized. One real advantage of the method is that the best approximation comes from the distribution of mass, albeit artificial, and therefore the solution to the best approximation will automatically satisfy the Laplace equation. This is the difference from the traditional method described above, which creates the best numerical approximation, but does not impose an additional restriction that the data must satisfy the Laplace equation, i.e. that it should come from the real distribution of mass.

Метод эквивалентного источника не обязан использовать поверхность, согласованную с топографией, он может использовать источники, которые покрывают любую поверхность, которая может находиться на постоянной высоте, выше или ниже истинной поверхности земли, может пересекать истинную поверхность земли и т.д. Выбор поверхности, соответствующей топографии, скорее всего, приведет к меньшему варьированию массы отдельных пластинок, но общий результат, в принципе, не будет сильно отличаться для любого разумного выбора поверхности.The equivalent source method is not required to use a surface consistent with topography, it can use sources that cover any surface that can be at a constant height, above or below the true surface of the earth, can intersect the true surface of the earth, etc. The choice of a surface corresponding to topography is likely to lead to a smaller variation in the mass of individual plates, but the overall result, in principle, will not be much different for any reasonable choice of surface.

Аналогично, пластинки могут быть любого размера и любой формы, они даже не обязаны быть одного размера - действительно, анализ будет эффективнее, если допустить изменение их размера и геометрии в зависимости от того, насколько быстро изменяется топография на каждом участке. Математическая сложность процесса определяется исключительно количеством используемых пластинок и тем, сколько из этих пластинок используется при анализе в каждой позиции в области разведки. Одно преимущество этого метода в том, что для некоторых составляющих гравитационного поля или градиента гравитационного поля можно использовать только пластинки на участке элемента данных, и это значительно снижает сложность анализа. Ясно, что этот анализ осуществляется в пространстве.Similarly, the plates can be of any size and any shape, they do not even have to be of the same size - indeed, the analysis will be more effective if we allow a change in their size and geometry depending on how quickly the topography in each area changes. The mathematical complexity of the process is determined solely by the number of plates used and how many of these plates are used in the analysis at each position in the field of exploration. One advantage of this method is that for some components of the gravitational field or gradient of the gravitational field, you can use only plates in the data element area, and this significantly reduces the complexity of the analysis. It is clear that this analysis is carried out in space.

После генерации эквивалентного источника можно прогнозировать любую производную скалярного потенциала гравитационного поля на любой поверхности путем прямого вычисления. Этот процесс полезен как с точки зрения анализа, так и с точки зрения визуализации.After generating an equivalent source, you can predict any derivative of the scalar potential of the gravitational field on any surface by direct calculation. This process is useful both in terms of analysis and in terms of visualization.

В частности, с учетом массы каждого элемента поверхности прямое вычисление используется для прогнозирования значения, которое получила бы измеренная величина в каждой точке измерения, если бы эта величина была составляющей вектора гравитационного поля или тензора градиента гравитационного поля. В общем случае оно получается суммированием показанной ниже формы. Здесь мы используем gg для обозначения измеренной величины, которая, как указано выше, является G zz в некоторых предпочтительных вариантах осуществления.In particular, taking into account the mass of each surface element, direct calculation is used to predict the value that the measured value at each measurement point would receive if this value were a component of the gravitational field vector or the gravitational field gradient tensor. In general, it is obtained by summing the form shown below. Here we use gg to denote the measured value, which, as indicated above, is G zz in some preferred embodiments.

Figure 00000012
Figure 00000012
(1)(one)

В вышеприведенном Уравнении F обозначает функцию Грина (Blakely, там же, на стр. 185, включена посредством ссылки) и r mass-element задает положение массивного элемента (например, его центра тяжести или какой-либо другой заданной точки). Функция F является стандартной и известна специалистам в данной области техники (и может быть выведена для любой геометрии массивных элементов). Например, функция Грина F для прямоугольной призмы задана в Blakely, там же, на стр. 187, включена посредством ссылки; она имеет 8 членов, каждый из которых соответствует вершине призмы.In the above Equation, F denotes the Green function (Blakely, ibid., On page 185, incorporated by reference) and r mass-element sets the position of the massive element (for example, its center of gravity or some other given point). Function F is standard and known to those skilled in the art (and can be deduced for any geometry of massive elements). For example, the Green's F function for a rectangular prism is defined in Blakely, ibid., On page 187, enabled by reference; it has 8 members, each of which corresponds to the top of a prism.

В связи с этим соотношением важно указать, что функция "F" известна, а масса каждого элемента - нет. Вычисленное значение в общем случае не будет совпадать с измеренным значением, и согласно одному подходу мы составляем следующую сумму:In connection with this relation, it is important to indicate that the function "F" is known, but the mass of each element is not. The calculated value in the general case will not coincide with the measured value, and according to one approach we compose the following sum:

Figure 00000013
Figure 00000013
(2)(2)

Величина S в итоге задает суммарную квадратическую ошибку S (шум и ошибки моделирования), и, минимизируя ее, можно найти наилучшую аппроксимацию gg calculated. Это можно делать посредством стандартных процедур, например с использованием Matlab (RTM).The value of S ultimately determines the total quadratic error S (noise and modeling errors), and by minimizing it, we can find the best approximation gg calculated . This can be done through standard procedures, for example using Matlab (RTM).

Обобщая вышеприведенное доказательство, для величины S неизвестными являются только фактические массы всех массивных элементов и, конечно, шум измерения, связанный с измерением в каждой точке. Наилучшая аппроксимация, т.е. наилучшая оценка значений этих массивных элементов, получается, если потребовать, чтобы S было минимальным в отношении вариаций массы каждого элемента. После получения правильных коэффициентов величина S является просто суммой квадратов шумовых членов, связанных с каждым измерением, и это минимальное значение, которое может принимать S. Дифференцируя S по массе каждого массивного элемента, т.е. первая производная S по m mass-element должна быть равна нулю для каждого массивного элемента. В результате получается система уравнений, в которой переменными являются только массы всех массивных элементов поверхности и где количество уравнения равно количеству массивных элементов, участвующих в процедуре аппроксимации. Эту систему уравнений удобно представить в виде матрицы и решать относительно значений массивных элементов поверхности. Поскольку количество измерений обычно много больше количества уравнений в системе (т.е. количества массивных элементов), например, по меньшей мере, в пять или десять раз больше, система уравнений является избыточно ограниченной. Это полезно, поскольку значения массивных элементов поверхности ни в коем случае не будут соответствовать шуму; вместо процедуры оптимизации для определения значений массивных элементов поверхности используется, например, аппроксимация методом наименьших квадратов, что позволяет понизить шум. Кроме того, благодаря использованию физической модели гравитационного поля (реальных массивных элементов) уравнения подчиняются уравнению Лапласа, что позволяет аппроксимировать гравитационное поле, а не шум.Summarizing the above proof, only the actual masses of all massive elements and, of course, the measurement noise associated with the measurement at each point are unknown for S. Best approximation i.e. the best estimate of the values of these massive elements is obtained if we require that S be minimal in relation to the mass variations of each element. After obtaining the correct coefficients, S is simply the sum of the squared noise terms associated with each measurement, and this is the minimum value that S can take. Differentiating S by the mass of each massive element, i.e. the first derivative of S with respect to m mass-element must be zero for each massive element. The result is a system of equations in which only the masses of all massive surface elements are variables and where the number of equations is equal to the number of massive elements involved in the approximation procedure. It is convenient to present this system of equations in the form of a matrix and solve it with respect to the values of massive surface elements. Since the number of measurements is usually much larger than the number of equations in the system (i.e., the number of massive elements), for example, at least five or ten times more, the system of equations is excessively limited. This is useful since the values of massive surface elements will in no way correspond to noise; instead of the optimization procedure, for example, the least squares approximation is used to determine the values of massive surface elements, which reduces the noise. In addition, due to the use of the physical model of the gravitational field (real massive elements), the equations obey the Laplace equation, which allows us to approximate the gravitational field, rather than noise.

На практике массивными элементами, удаленными более чем на заданное расстояние, можно фактически пренебречь, например, взвешивая массивные элементы согласно расстоянию и задавая вес, равный нулю, за пределами порогового расстояния. Это пороговое расстояние обычно составляет несколько километров, например в пределах от 1 до 10 километров, хотя оно зависит в некоторой степени от географии (например, может потребоваться увеличить расстояние для охвата находящейся неподалеку большой горы). Результатом взвешивания массивных элементов для пренебрежения теми из них, которые располагаются дальше порогового расстояния, является то, что матрица, представляющая различие между вычисленными и измеренными значениями, оказывается разреженной матрицей. Это полезно, поскольку такая матрица может содержать, например, от 100K до 500K элементов данных, и затраты на обработку значительно снижаются, если большинство ее элементов будут равны нулю.In practice, massive elements spaced more than a predetermined distance can be virtually neglected, for example, by weighing massive elements according to the distance and setting the weight to zero outside the threshold distance. This threshold distance is usually several kilometers, for example between 1 and 10 kilometers, although it depends to some extent on geography (for example, you may need to increase the distance to cover a large mountain nearby). The result of weighing massive elements to neglect those that are located beyond the threshold distance is that the matrix representing the difference between the calculated and measured values is a sparse matrix. This is useful because such a matrix can contain, for example, from 100K to 500K data elements, and processing costs are significantly reduced if most of its elements are equal to zero.

Специалисту ясно, что заданная выше величина S является всего лишь одним вариантом подгонки расчетных данных к данным измерений, и существует много других вариантов. Когда плоскость для эквивалентной поверхности для массивных элементов задана, независимыми параметрами являются массы массивных элементов (поскольку функция расстояния известна); специалисту ясно, что существует много численных методов, которые можно применять для аппроксимации этих независимых параметров, включая, например, итерационный числовой поиск. Один метод, оказавшийся полезным на практике, состоит в использовании разновидности Уравнения 2, в которой вместо квадратичной функции используется модуль.It is clear to the skilled person that the S value specified above is just one option for fitting the calculated data to the measurement data, and there are many other options. When the plane for the equivalent surface for massive elements is specified, the independent parameters are the masses of the massive elements (since the distance function is known); it is clear to the specialist that there are many numerical methods that can be used to approximate these independent parameters, including, for example, iterative numerical search. One method that has proven useful in practice is to use a variation of Equation 2, which uses a module instead of a quadratic function.

После нахождения массивных элементов прямое вычисление (т.е. суммирование вкладов массивных элементов) позволяет найти другие составляющие скалярного потенциала и, путем дифференцирования, другие составляющие G. Полученные значения G можно сравнивать с геологической моделью (именуемой здесь "интерпретацией") для определения нижележащей геологической структуры.After finding the massive elements, direct calculation (i.e., summing the contributions of the massive elements) allows you to find other components of the scalar potential and, by differentiation, other components of G. The obtained values of G can be compared with the geological model (referred to here as the “interpretation”) to determine the underlying geological structure.

Метод модифицированных базисных функций ФурьеThe method of modified basis Fourier functions

Во втором варианте осуществления способа применяется метод модифицированных базисных функций Фурье. Согласно этому методу для представления данных измерений используется двухмерное разложение в ряд Фурье, но каждый двухмерный коэффициент A mn каждой составляющей (

Figure 00000014
) двухмерного преобразования Фурье гравитационного поля переписан в виде произведения коэффициента, не зависящего от позиции (C mn) и высотно-зависимого коэффициента (
Figure 00000015
). Т.е.
Figure 00000016
. В явном виде можно записать гравитационное поле любого распределения массы в формеIn the second embodiment of the method, the modified Fourier basis function method is applied. According to this method, two-dimensional Fourier series expansion is used to represent the measurement data, but each two-dimensional coefficient A mn of each component (
Figure 00000014
) the two-dimensional Fourier transform of the gravitational field is rewritten in the form of the product of a coefficient independent of position ( C mn ) and a height-dependent coefficient (
Figure 00000015
) Those.
Figure 00000016
. In explicit form, we can write the gravitational field of any mass distribution in the form

Figure 00000017
Figure 00000017

На языке преобразований Фурье A mn - это двухмерное преобразование Фурье гравитационного поля. Это представление является самым общим, и каждая составляющая разложения, представляющего гравитационное поле в явном виде, подчиняется уравнению Лапласа (при дифференцировании множителей высотно-зависимого коэффициента и сокращении двухмерных составляющих). Таким образом, выявлена высотная зависимость каждого коэффициента Фурье, а также ясно, что представление гравитационного поля, обеспечиваемое знанием коэффициентов C mn, позволяет полностью определить гравитационное поле в любой точке пространства, где нет массы. Разложение, предусмотренное этим модифицированным рядом Фурье, можно обрезать в той или иной точке, в зависимости от нужной точности представления.In the language of Fourier transforms, A mn is the two-dimensional Fourier transform of the gravitational field. This representation is the most general, and each component of the expansion that represents the gravitational field in explicit form obeys the Laplace equation (when differentiating the factors of the height-dependent coefficient and reducing the two-dimensional components). Thus, the altitude dependence of each Fourier coefficient is revealed, and it is also clear that the representation of the gravitational field, provided by the knowledge of the coefficients C mn , allows you to completely determine the gravitational field at any point in space where there is no mass. The decomposition provided by this modified Fourier series can be cut off at one point or another, depending on the desired accuracy of the representation.

В позиции r измеренное потенциальное поле (гравитационное поле или градиент гравитационного поля) известно, и для конкретной пары значений k m и k n, известных как волновые числа, значение каждой базисной функции модифицированного ряда Фурье

Figure 00000018
также известно. Каждое волновое число выражает гармоническое пространственное изменение базисной функции Фурье, например, каждый коэффициент с данным волновым числом k m =2π/λm будет периодически изменяться в пространстве с периодом λm. Дополнительное свойство метода Фурье состоит в том, что для каждого из независимых направлений каждое волновое число будет целым кратным минимального волнового числа, которое соответствует длине волны, в общем случае эквивалентной размеру области разведки.At position r, the measured potential field (gravitational field or gradient of the gravitational field) is known, and for a particular pair of values of k m and k n , known as wave numbers, the value of each basis function of the modified Fourier series
Figure 00000018
also known. Each wave number expresses a harmonic spatial change in the basis Fourier function, for example, each coefficient with a given wave number k m = 2π / λ m will periodically change in space with a period of λ m . An additional property of the Fourier method is that for each of the independent directions, each wave number will be an integer multiple of the minimum wave number, which corresponds to a wavelength that is generally equivalent to the size of the reconnaissance area.

Можно применять другие разложения, например по сферическим гармоникам, которые полезны для более обширных областей, в частности, когда кривизной земли нельзя пренебречь.Other decompositions can be applied, for example, in spherical harmonics, which are useful for more extensive areas, in particular, when the curvature of the earth cannot be neglected.

В общем случае коэффициенты разложения определяются практически так же, как описано выше для метода эквивалентного источника. Выбрав максимальную длину волны, представляющую интерес, для каждого направления и ориентацию и начало отсчета системы координат для измерения, можно определить значение базисных функций в каждой точке пространства. После этого та же самая функция квадратов разностей S вычисляется для измеренной величины, и наилучшие значения коэффициентов C mn определяются путем минимизации такой функции по отношению к вариациям C mn. Таким образом, как и в первом варианте осуществления, описанном выше, формируется система уравнений, которую можно решить относительно коэффициентов разложения в ряд Фурье. Эти коэффициенты затем можно использовать для определения (путем прямого вычисления) гравитационного поля или градиента гравитационного поля на любой двухмерной поверхности, которую нужно картографировать. Будет показано, что в этом (и предыдущем) варианте осуществления данные можно выбирать произвольным образом, поскольку элементы данных фактически не связаны между собой - все, что необходимо, это набор измерений и соответствующих (x, y, z) позиций, чтобы иметь возможность определения гравитационного поля или градиента гравитационного поля на любом другом наборе точек или действительно на плоскости, то есть карте. Кроме того, отсюда следует, что нет необходимости забивать данные измерений для построения прямоугольника. В принципе, элементы данных можно рассматривать как участок произвольной формы двухмерной области максимальных размеров, определяемых максимальными длинами волны для разложения в ряд Фурье в направлениях x и y (хотя, как можно видеть, данные измерений не обязаны лежать на двухмерной поверхности). Отсюда следует, что значения km и k n можно выбирать независимо от размеров области разведки (здесь k - волновое число, т.е. 2π/λ, тогда как при традиционной разведке максимальная длина волны должна соответствовать длине или ширине прямоугольной области разведки).In the general case, the expansion coefficients are determined almost in the same way as described above for the equivalent source method. By choosing the maximum wavelength of interest for each direction and the orientation and origin of the coordinate system for the measurement, one can determine the value of the basis functions at each point in space. After that, the same function of the squared differences S is calculated for the measured quantity, and the best values of the coefficients C mn are determined by minimizing such a function with respect to the variations of C mn . Thus, as in the first embodiment described above, a system of equations is formed that can be solved with respect to the Fourier series expansion coefficients. These coefficients can then be used to determine (by direct calculation) the gravitational field or the gradient of the gravitational field on any two-dimensional surface that needs to be mapped. It will be shown that in this (and previous) embodiment, the data can be arbitrarily selected, since the data elements are practically not interconnected - all that is needed is a set of dimensions and corresponding ( x , y , z ) positions in order to be able to determine gravitational field or gradient of the gravitational field on any other set of points or indeed on a plane, that is, a map. In addition, it follows that there is no need to clog measurement data to construct a rectangle. In principle, data elements can be considered as a part of an arbitrary shape of a two-dimensional region of maximum dimensions determined by the maximum wavelengths for expansion in a Fourier series in the x and y directions (although, as you can see, the measurement data does not have to lie on a two-dimensional surface). It follows that the values of k m and k n can be chosen regardless of the size of the reconnaissance area (here k is the wave number, i.e. 2π / λ, whereas in traditional reconnaissance, the maximum wavelength should correspond to the length or width of the rectangular reconnaissance area).

В частности, идея за пределами курса рядов Фурье состоит в решении задачи, выраженной Уравнением (1), в области Фурье, а не в пространственной области. Далее мы будем предполагать, что g zz - это измеренная величина (также обозначаемая выше как G zz).In particular, the idea outside the course of the Fourier series is to solve the problem expressed by Equation (1) in the Fourier domain, and not in the spatial domain. Further we will assume that g zz is a measured quantity (also denoted above as G zz ).

Гравитационное поле любого тела или распределения массы можно выразить в самом общем виде:The gravitational field of any body or mass distribution can be expressed in the most general form:

Figure 00000019
Figure 00000019
(3)(3)

гдеWhere

Figure 00000020
Figure 00000020

В Уравнении (3) коэффициенты g zz '(k m,k n) формально не зависят от высоты и волнового числа, они зависят только от исследуемой геологии. Обратите внимание на формальную схожесть Уравнения (3) с общим видом представления в виде двухмерного ряда Фурье, приведенным выше. Выражения идентичны, что нам и нужно, только еслиIn Equation (3), the coefficients g zz ' ( k m , k n ) formally do not depend on the height and wave number, they depend only on the studied geology. Note the formal similarity of Equation (3) with the general representation of the two-dimensional Fourier series presented above. The expressions are identical, which is what we need only if

Figure 00000021
Figure 00000021

Наблюдается сильная зависимость от высоты и волнового числа стандартных преобразований Фурье, т.е. коэффициентов g zz′(k m,k n). Вот почему нецелесообразно с практической точки зрения осуществлять стандартное преобразование Фурье данных, собранных при разведке с переменной высотой. Также понятно, почему невозможно пересчитывать "вверх" данные от точки к точке; пересчет вверх работает только, если известен точный частотный состав величины. Также можно видеть, что каждая составляющая разложения Уравнения (3) имеет отдельную высотную зависимость.A strong dependence on the height and wave number of standard Fourier transforms is observed, i.e. coefficients g zz ′ ( k m , k n ). That is why it is impractical from a practical point of view to carry out the standard Fourier transform of the data collected during reconnaissance with variable height. It is also clear why it is impossible to recalculate “up” data from point to point; recalculation works only if the exact frequency composition of the quantity is known. You can also see that each component of the expansion of Equation (3) has a separate altitude dependence.

Однако описанный здесь метод модифицированных базисных функций Фурье не пытается осуществлять преобразование Фурье само по себе - это, как описано выше, не математический подход.However, the method of modified Fourier basis functions described here does not attempt to implement the Fourier transform on its own - it is, as described above, not a mathematical approach.

Данный процесс предусматривает, что все элементы данных обрабатываются аналогично и что величине

Figure 00000022
можно присвоить значение, которое является точным, когда позиция измерения известна. Дело в том, что мы выбираем значения k, как описано ниже, и r(x,y,z) известно. По существу, выбираются максимальное и минимальное значения для k x и k y, например, путем построения вокруг (или немного внутри) района разведки воображаемого прямоугольника, который приблизительно представляет район разведки, и размеры прямоугольника задают максимальную длину волны (значения k). Минимальные значения можно выбирать, например, в зависимости от приближенной средней высоты разведки, например кратного средней высоты разведки между 0.5 и 3. Дело в том, что масштаб длин вариаций зависит от высоты разведки, и, в общем случае, минимальное значение выбирается для представления вариаций, которые ожидаются или наблюдаются на средней высоте разведки, превышающие пороговую значимость, с учетом вычислительной мощности. Для иллюстрации идеи вышеупомянутый член exp(-kz), где z= высота разведки, уменьшен приблизительно в e-6 раз для длин волны, равных высоте разведки.This process provides that all data elements are processed in the same way and that
Figure 00000022
You can assign a value that is accurate when the measurement position is known. The fact is that we choose the values of k , as described below, and r ( x , y , z ) is known. Essentially, the maximum and minimum values for k x and k y are selected, for example, by constructing around (or slightly inside) the reconnaissance area of an imaginary rectangle that approximately represents the reconnaissance area, and the dimensions of the rectangle specify the maximum wavelength ( k values). The minimum values can be selected, for example, depending on the approximate average reconnaissance height, for example, a multiple of the average reconnaissance height between 0.5 and 3. The fact is that the scale of the lengths of the variations depends on the reconnaissance height, and, in general, the minimum value is chosen to represent the variations that are expected or observed at an average intelligence height that exceeds threshold significance, taking into account the computing power. To illustrate the idea, the aforementioned term exp (- kz ), where z = reconnaissance height, is reduced approximately e -6 times for wavelengths equal to reconnaissance height.

Тогда мы имеем систему уравнений, базирующихся на Уравнении (3) в количестве, равном количеству используемых элементов данных, благодаря чему измеренные значения градиента гравитационного поля, включающие в себя шум, и величина

Figure 00000023
известны в каждой точке измерения данных. После этого неизвестными являются коэффициенты g zz′(k m,k n), и процесс аппроксимации однозначно становится только процессом получения наилучших оценок коэффициентов.Then we have a system of equations based on Equation (3) in an amount equal to the number of data elements used, due to which the measured values of the gravitational field gradient, including noise, and the quantity
Figure 00000023
known at every data measurement point. After that, the coefficients g zz ′ ( k m , k n ) are unknown, and the approximation process uniquely becomes only the process of obtaining the best estimates of the coefficients.

Согласно Уравнению (3) это дает вычисленные g zz, и по аналогии с Уравнением (1) можно вывести вариант Уравнения (2). Это обеспечивает систему уравнений в количестве, равном количеству неизвестных, которые в этом случае являются значениями коэффициентов gzz. Это делается таким же образом, как в методе эквивалентного источника, т.е. коэффициенты определяются посредством процедуры аппроксимации методом наименьших квадратов. Важный момент состоит в том, что в этом виде коэффициенты g zz′(k m,k n) не имеют явной зависимости от высоты и волнового числа.According to Equation (3), this gives the calculated g zz , and by analogy with Equation (1), one can derive a variant of Equation (2). This provides a system of equations in an amount equal to the number of unknowns, which in this case are the values of the coefficients g zz . This is done in the same way as in the equivalent source method, i.e. the coefficients are determined by the least squares approximation procedure. An important point is that in this form, the coefficients g zz ′ ( k m , k n ) do not have an explicit dependence on the height and wave number.

Этот метод имеет аналогичное преимущество перед распределением эквивалентных источников в том, что решение является гармоническим, поскольку каждый член в разложении Уравнения (3) явно является гармоническим. Аппаратурный шум не является гармоническим, поэтому этот метод, даже сам по себе, имеет возможность существенно устранять шум в процессе.This method has a similar advantage over the distribution of equivalent sources in that the solution is harmonic, since each term in the expansion of Equation (3) is clearly harmonic. Hardware noise is not harmonic, so this method, even by itself, has the ability to significantly eliminate noise in the process.

Этот метод, как и метод эквивалентного источника, не нуждается в привязке данных к регулярной сетке. Одно неожиданное дополнительное преимущество метода состоит в том, что он в отличие от самого по себе метода рядов Фурье не ограничен длинами волны, которые можно использовать для анализа. Это неявный результат, зависящий от пригодности метода модифицированных рядов Фурье, в самом общем выражении, к любой области, могущей представлять интерес. Процесс предусматривает выбор максимальных длин волны, представляющих интерес, в двух ортогональных направлениях плоскости разведки, что приводит к максимальной длине волны, представляющей интерес, в каждом направлении, λx max, λy max. Эта длина волны отражает минимальное волновое число в каждом направлении, определенное какThis method, like the equivalent source method, does not need to bind data to a regular grid. One unexpected additional advantage of the method is that, in contrast to the Fourier series method itself, it is not limited to the wavelengths that can be used for analysis. This is an implicit result, depending on the suitability of the method of modified Fourier series, in the most general expression, in any area that may be of interest. The process involves selecting the maximum wavelengths of interest in two orthogonal directions of the reconnaissance plane, which leads to the maximum wavelength of interest in each direction, λ x max , λ y max . This wavelength reflects the minimum wave number in each direction, defined as

Figure 00000024
Figure 00000024

Все волновые числа в разложении Уравнения (3) являются их целыми кратными. Таким образом:All wave numbers in the expansion of Equations (3) are their multiple integers. In this way:

Figure 00000025
Figure 00000025

Дополнительное преимущество состоит в том, что этот метод не обязан иметь степень 2 в качестве количества элементов данных для использования в анализе каждой линии, что необходимо согласно методу быстрого преобразования Фурье. Это избавляет от необходимости набивать данные для достижения такой ситуации.An additional advantage is that this method does not have to have degree 2 as the number of data elements to use in the analysis of each line, which is necessary according to the fast Fourier transform method. This eliminates the need to type data to achieve this.

В отличие от метода эквивалентного источника, где анализ осуществляется в пространственной области, анализ рядов Фурье осуществляется в частотной области. Под частотой мы понимаем пространственную частоту, которая указывает, сколько периодов данная составляющая имеет на протяжении единичной меры расстояния, и это выражается вышеописанными волновыми числами - чем больше волновое число, тем больше количество периодов на единицу расстояния и тем короче расстояние повторения. Предложенный метод не работает в явном виде в любой области, он лишь позволяет составить систему уравнений, из которой можно вычислить наилучшие оценки неизвестных.In contrast to the equivalent source method, where the analysis is carried out in the spatial domain, the analysis of Fourier series is carried out in the frequency domain. By frequency we mean the spatial frequency, which indicates how many periods a given component has a unit distance measure, and this is expressed by the wave numbers described above - the larger the wave number, the greater the number of periods per unit distance and the shorter the repetition distance. The proposed method does not work explicitly in any field, it only allows you to compile a system of equations from which you can calculate the best estimates of the unknowns.

Методы Фурье в практическом применении обычно требуют измерения в прямоугольной области, и минимальные волновые числа представляют наибольшие длины волны, которые можно использовать для представления данных - наибольшие длины волны явно выражают размер области разведки в каждом направлении. Когда область разведки не удовлетворяет этому критерию, данные обычно формируются в процессе, именуемом набивкой, таким образом, чтобы преобразованный набор данных соответствовал ему.Fourier methods in practical applications usually require measurements in a rectangular region, and the minimum wave numbers represent the largest wavelengths that can be used to represent the data - the largest wavelengths clearly express the size of the reconnaissance area in each direction. When the intelligence area does not meet this criterion, data is usually generated in a process called stuffing so that the transformed dataset matches it.

Метод модифицированных базисных функций Фурье имеет много преимуществ по сравнению с традиционным Фурье-анализом. Например:The modified Fourier basis function method has many advantages over traditional Fourier analysis. For example:

1. Вовсе не обязательно осуществлять преобразования Фурье - мы знаем, что будет стандартный формат, и коэффициенты в разложении Уравнения (3) нужно определять посредством процесса наилучшей аппроксимации, а не путем вычисления преобразований Фурье в явном виде.1. It is not necessary to carry out Fourier transforms at all - we know that there will be a standard format, and the coefficients in the expansion of Equations (3) must be determined by the best approximation process, and not by calculating the Fourier transforms in explicit form.

2. Волновые числа, подлежащие использованию, не обязаны быть целыми кратными размера или формы области разведки. Дело в том, что нам известна форма преобразования Фурье, и мы определяем коэффициенты посредством вышеописанного процесса наилучшей аппроксимации.2. The wave numbers to be used are not required to be integer multiples of the size or shape of the reconnaissance area. The fact is that we know the form of the Fourier transform, and we determine the coefficients through the above-described best approximation process.

Возможно, наиболее впечатляющий результат состоит в том, что данные разведки можно собирать на непостоянной высоте. Традиционно используемые двухмерные преобразования Фурье нужно осуществлять на постоянной высоте, и преобразования Фурье, включенные в Уравнение (3), сильно зависят от высоты. Эта функциональная зависимость в явном виде выражена в Уравнении (3), и коэффициенты g zz′(k m,k n) уже не зависят от высоты.Perhaps the most impressive result is that intelligence data can be collected at inconsistent heights. The traditionally used two-dimensional Fourier transforms must be carried out at a constant height, and the Fourier transforms included in Equation (3) are highly dependent on the height. This functional dependence is explicitly expressed in Equation (3), and the coefficients g zz ′ ( k m , k n ) no longer depend on the height.

ОбзорOverview

Варианты осуществления описанных здесь методов позволяют в полной мере использовать фактические данные измерений, и оба являются математически строгими; они не повреждают данные за счет привязки их к регулярной сетке постоянной высоты, генерируемые решения являются гармоническими, и данные не обязаны иметь степень двойки в качестве количества элементов данных в двух ортогональных направлениях.The embodiments of the methods described here make full use of the actual measurement data, and both are mathematically rigorous; they do not damage the data by linking them to a regular grid of constant height, the generated solutions are harmonic, and the data is not required to have a power of two as the number of data elements in two orthogonal directions.

В общем случае процесс предусматривает использование всех данных из каждого элемента данных и пытается генерировать эквивалентное поверхностное распределение массы или набор коэффициентов модифицированного ряда Фурье с наилучшей аппроксимацией данных в области разведки.In the general case, the process involves the use of all data from each data element and tries to generate an equivalent surface mass distribution or a set of coefficients of the modified Fourier series with the best approximation of the data in the field of exploration.

В этом состоит принципиальное отличие от метода обработки, в котором предполагается, что данные собираются с фиксированной высоты, даже если это не соответствует действительности, и новые данные генерируются из данных измерений с единственной целью генерации данных на регулярной двухмерной сетке. Этот набор данных "привязанный к сетке" присваивает значения данным измерений, которые не измерены и назначены позициям, где самолет не собирал данные, хотя это неправильно.This is a fundamental difference from the processing method, in which it is assumed that the data are collected from a fixed height, even if this is not true, and new data is generated from the measurement data for the sole purpose of generating data on a regular two-dimensional grid. This gridded dataset assigns values to measurement data that is not measured and assigned to positions where the aircraft did not collect data, although this is incorrect.

Ошибки, возникающие в таком процессе, с большой степенью вероятности приобретают значительные размеры, если в данной ситуации аппроксимация фиксированной высоты слаба. Они также велики, если пилот пытается лететь как можно ближе к земле для максимизации сигнала от малых особенностей, расположенных сравнительно близко к поверхности земли - эти особенности обуславливают возникновение коротковолновых составляющих в разложении в модифицированный ряд Фурье. Наконец, ошибки не столь велики при наличии большого аппаратурного шума, поскольку ошибки, связанные с экстраполяцией меньше, чем ошибки, связанные с прибором.Errors arising in such a process, with a high degree of probability, acquire significant dimensions if, in this situation, the approximation of a fixed height is weak. They are also great if the pilot tries to fly as close to the ground as possible to maximize the signal from small features located relatively close to the surface of the earth - these features cause the appearance of short-wave components in the expansion in the modified Fourier series. Finally, the errors are not so large in the presence of large instrumental noise, since the errors associated with extrapolation are smaller than the errors associated with the device.

На Фиг. 1 показан пример самолета 10 для проведения разведки потенциального поля для получения данных для обработки в соответствии с вышеописанным методом. Самолет 10 содержит инерциальную платформу 12, на которой установлен гравитационный градиентометр 14, который выдает данные разведки потенциального поля на систему 16 сбора данных. Инерциальная платформа 14 жестко связана с инерциальным измерительным блоком (IMU) 18, который также выдает на систему 16 сбора данных данные, обычно содержащие данные ориентации (например, данные тангажа, крена и рыскания), данные угловой скорости и углового ускорения и данные ускорения самолета. Самолет также оборудован дифференциальной системой GPS 20 и системой LIDAR 22 или аналогичной системой для обеспечения данных о высоте самолета над нижележащей местностью. Самолет 10 также может быть оборудован другой аппаратурой 24, например магнитометром, системой TDEM и/или гиперспектральной системой построения изображения, которые опять же подают свои сигналы на систему сбора данных. Система 16 сбора данных также принимает сигналы от обычной аппаратуры 26 самолета, которые могут содержать, например, данные альтиметра, скорости относительно воздуха и/или земли и пр. Система 16 сбора данных может обеспечивать некоторую начальную предварительную обработку данных, например, для корректировки данных лидара для движения самолета и/или для объединения данных из IMU 18 и DGPS 20. Система 16 сбора данных может быть снабжена линией связи 16a и/или энергонезависимым хранилищем 16b для обеспечения хранения собранных данных потенциального поля и позиции для дальнейшей обработки. Также может быть предусмотрен сетевой интерфейс (не показан).In FIG. 1 shows an example of an aircraft 10 for prospecting a potential field to obtain data for processing in accordance with the method described above. The aircraft 10 contains an inertial platform 12, on which a gravity gradiometer 14 is installed, which provides intelligence data of the potential field to the data collection system 16. The inertial platform 14 is rigidly connected to the inertial measuring unit (IMU) 18, which also provides data collection system 16 typically containing orientation data (e.g., pitch, roll and yaw data), angular velocity and angular acceleration data, and airplane acceleration data. The aircraft is also equipped with a GPS 20 differential system and a LIDAR 22 system or similar system to provide data on the height of the aircraft above the underlying terrain. The aircraft 10 can also be equipped with other equipment 24, for example, a magnetometer, a TDEM system and / or a hyperspectral imaging system, which again feed their signals to the data acquisition system. The data acquisition system 16 also receives signals from conventional aircraft equipment 26, which may include, for example, altimeter, air and / or ground speed data, etc. The data acquisition system 16 may provide some initial data preprocessing, for example, to adjust lidar data for the movement of an airplane and / or for combining data from IMU 18 and DGPS 20. The data collection system 16 may be provided with a communication line 16a and / or non-volatile storage 16b to provide storage of potential data collected A la and positions for further processing. A network interface (not shown) may also be provided.

Обработка данных для генерации картографических данных для разведки потенциального поля обычно (но не обязательно) осуществляется в автономном режиме, иногда не в той стране, где были собраны данные разведки. Показанная система 50 обработки данных содержит процессор 52, подключенный к устройству 54 хранения данных и кодов, системе ввода/вывода 56 (например, содержащей интерфейсы для сети и/или носителей информации и/или других средств связи), и к пользовательскому интерфейсу 58, например, содержащему клавиатуру и/или мышь. Код и/или данные, хранящиеся в памяти 54, могут передаваться на сменный носитель информации 60. В ходе работы данные включают в себя данные, собранные в ходе разведки потенциального поля, и код содержит код для обработки этих данных для генерации картографических данных, например, в соответствии с процедурой, показанной на Фиг. 2, описанной ниже.Data processing for generating cartographic data for prospecting for a potential field is usually (but not necessarily) carried out offline, sometimes not in the country where the intelligence was collected. The shown data processing system 50 comprises a processor 52 connected to a data and code storage device 54, an input / output system 56 (for example, containing interfaces for a network and / or storage media and / or other communication means), and to a user interface 58, for example containing a keyboard and / or mouse. The code and / or data stored in the memory 54 can be transferred to a removable storage medium 60. During operation, the data includes data collected during the exploration of a potential field, and the code contains a code for processing this data to generate map data, for example, in accordance with the procedure shown in FIG. 2 described below.

На Фиг. 2 показана иллюстративная процедура, реализуемая на процессоре данных, который может, согласно вариантам осуществления, содержать компьютерную систему общего назначения для обработки данных авиационной разведки в соответствии с вышеописанными методами. Таким образом, на этапе S200 процедура вводит данные измерений потенциального поля, например гравитационного градиентометра, и соответствующие данные трехмерной позиции. В необязательном порядке на этапе S200a может применяться некоторая предварительная обработка, например, для удаления аномалий и/или для снижения (или повышения) или выбора данных, подлежащих обработке.In FIG. 2 illustrates an illustrative procedure implemented on a data processor, which may, according to embodiments, comprise a general-purpose computer system for processing aerial reconnaissance data in accordance with the methods described above. Thus, in step S200, the procedure inputs the measurement data of the potential field, for example, a gravitational gradiometer, and the corresponding data of the three-dimensional position. Optionally, some pre-processing may be applied in step S200a, for example, to remove anomalies and / or to reduce (or increase) or select the data to be processed.

На этапе S202 процедура строит избыточно ограниченную систему уравнений, связывающую данные потенциального поля, данные трехмерной позиции и набор параметров картографирования поля. В частности, процедура строит систему уравнений, которые соотносят измерение потенциального поля с функцией соответствующей трехмерной позиции (s(r - r′)), умноженной на параметр картографирования поля. Предпочтительно процедура использует представление потенциального поля, в частности функцию позиции, которое подчиняется уравнению Лапласа, например, посредством вышеописанного эквивалентного источника или модифицированной базисной функции Фурье. В необязательном порядке на этом этапе (S204) могут быть включены данные поправки на рельеф. Процедура решает эту систему уравнений (S206), например, традиционным методом наименьших квадратов для определения, по существу, самосогласованного набора параметров картографирования поля. Они фактически задают карту разведанного потенциального поля и поэтому составляют один предпочтительный выходной сигнал процедуры. Затем (S208) можно осуществлять прямое вычисление с использованием этих параметров для генерации нужной карты потенциального поля на поверхности, например поверхности, аппроксимирующей участок земли, где и когда это требуется.In step S202, the procedure constructs an excessively bounded system of equations relating potential field data, three-dimensional position data, and a set of field mapping parameters. In particular, the procedure builds a system of equations that correlate the measurement of the potential field with the function of the corresponding three-dimensional position ( s ( r - r ′)), multiplied by the field mapping parameter. Preferably, the procedure uses a representation of the potential field, in particular a position function that obeys the Laplace equation, for example, through the above-described equivalent source or a modified basic Fourier function. Optionally, at this stage (S204), these terrain corrections may be included. The procedure solves this system of equations (S206), for example, by the traditional least squares method to determine a substantially self-consistent set of field mapping parameters. They actually provide a map of the prospected potential field and therefore constitute one preferred procedure output. Then (S208), a direct calculation can be performed using these parameters to generate the desired map of the potential field on the surface, for example, a surface approximating a plot of land, where and when it is required.

Для традиционной авиационной гравиметрической разведки не требовалось летать очень близко к земле, поскольку приборы были относительно нечувствительными и дополнительно были настроены на восприятие только больших длин волны. Разведку проводили на более или менее постоянной высоте или на высоте, на которой разумно было бы предполагать, что данные приходят с постоянной высоты.For traditional aeronautical gravimetric reconnaissance, it was not necessary to fly very close to the ground, since the instruments were relatively insensitive and were additionally configured to perceive only large wavelengths. Exploration was carried out at a more or less constant height or at a height at which it would be reasonable to assume that the data comes from a constant height.

Однако для любой разведки с использованием новых, высокочувствительных, систем гравитационного градиентометра, которые также способны разрешать гораздо более короткие волны, желательно летать как можно ближе к земле для максимизации сигнала, в частности, содержащегося в коротковолновых составляющих. Маловероятно, чтоб такие типы разведки адекватно удовлетворяли критерию постоянной высоты, но все современные методы анализа основаны на том, что это так и есть.However, for any reconnaissance using new, highly sensitive gravitational gradiometer systems, which are also capable of resolving much shorter waves, it is advisable to fly as close to the ground as possible to maximize the signal, in particular, contained in short-wave components. It is unlikely that these types of reconnaissance adequately met the criterion of constant height, but all modern analysis methods are based on the fact that this is so.

Однако можно использовать метод эквивалентного источника или модифицированного преобразования Фурье для обработки данных и объединять его с принципиально новым методом полета для разведки потенциального поля.However, you can use the equivalent source method or the modified Fourier transform to process the data and combine it with a fundamentally new flight method to explore the potential field.

В самом общем виде метод предусматривает облет полностью разрозненного набора линий разведки, сбор данных из линий и с использованием данных и абсолютной позиции их сбора получение параметров наилучшей аппроксимации к массам пластинок эквивалентного источника или к составляющим модифицированного преобразования Фурье.In its most general form, the method involves flying around a completely disparate set of reconnaissance lines, collecting data from lines and using data and the absolute position of their collection, obtaining the best approximation parameters for the masses of plates of an equivalent source or for the components of the modified Fourier transform.

Линии разведки не обязаны быть прямыми, не обязаны быть горизонтальными, не обязаны проходить в ортогональных направлениях, линии в приблизительно ортогональных направлениях не обязаны пересекаться. В идеале маршруты полета должны по возможности точно следовать рельефу без каких-либо других ограничений. Конечно, возможен любой другой метод полета, занимающий промежуточное положение между этим методом разведывательного полета и методами, предусматривающими пересекающиеся под прямым углом маршруты полета на постоянной высоте, и любая разведка может включать в себя элементы любого метода полета. Мощь и математическая точность аналитических методов делает эти полетные процедуры возможными.Reconnaissance lines do not have to be straight, do not have to be horizontal, do not have to go in orthogonal directions, lines in approximately orthogonal directions do not have to intersect. Ideally, flight routes should follow the terrain as accurately as possible without any other restrictions. Of course, any other flight method is possible, taking an intermediate position between this reconnaissance flight method and methods involving flight routes intersecting at right angles at a constant height, and any reconnaissance may include elements of any flight method. The power and mathematical precision of analytical methods makes these flight procedures possible.

Очевидно, что данные, собранные с использованием этого метода полета, можно дополнительно обрабатывать до и после использования любого из вышеописанных процессов. Можно использовать любые существующие методы понижения шума или объединения данных. Топографические эффекты можно в значительной степени устранять с использованием высококачественных DEM, в действительности можно использовать любые процессы, связанные с более традиционной обработкой данных.Obviously, data collected using this flight method can be further processed before and after using any of the above processes. You can use any existing methods of reducing noise or combining data. Topographic effects can be largely eliminated using high-quality DEM, in fact, any processes associated with more traditional data processing can be used.

Самолет может представлять собой любой самолет для геофизической разведки, способный летать на малых высотах. На практике, на самолет будет загружено столько оборудования, сколько он сможет нести, исходя из требований безопасности и разумного времени полета. Выбранное оборудование будет измерять сигналы, связанные с геологией, и сигналы, связанные с плоским движением. Последние используются, в частности, для гравиметрической разведки, для корректировки измерений, произведенных аппаратурой, выбранной для измерения геологических свойств.An airplane can be any geophysical exploration aircraft capable of flying at low altitudes. In practice, the aircraft will be loaded with as much equipment as it can carry, based on safety requirements and a reasonable flight time. The equipment selected will measure signals related to geology and signals related to plane motion. The latter are used, in particular, for gravimetric reconnaissance, for the correction of measurements made by equipment selected for measuring geological properties.

На Фиг. 3 показана логическая блок-схема процедуры для генерации данных авиационной разведки, задающих схему полета для разведки потенциального поля, результаты которой можно обрабатывать с использованием вышеописанных методов.In FIG. Figure 3 shows a logical flowchart of a procedure for generating aerial reconnaissance data defining a flight pattern for reconnaissance of a potential field, the results of which can be processed using the methods described above.

На этапе S300 процедура вводит данные рельефа и, например, через пользовательский интерфейс данные, задающие нужный район разведки. Затем на этапе S302 процедура строит огибающую поверхность поверх выбранного участка рельефа для определения схемы разведывательного полета, содержащей набор маршрутов полета. Построение огибающей поверхности может подлежать ограничению на максимальный наклон в любом направлении на поверхности и первоначально маршруты полета могут следовать регулярной схеме. Затем, однако, на этапе S306 процедура регулирует поверхность и/или маршруты полета для адаптации маршрутов к поверхности. Здесь вступает в силу ограничение на максимальную скорость подъема/спуска (определенную на основании характеристик самолета), но его нужно применять только вдоль маршрута. Таким образом, в других направлениях, например, ортогональных к маршруту, наклон поверхности может превышать значение, заданное этим ограничением. Дополнительно или альтернативно, на этапе S308 процедура регулирует поверхность и/или маршруты полета для более точной адаптации маршрутов к поверхности нижележащего рельефа. Для этого необходимо допустить, чтобы маршруты могли быть криволинейными, непараллельными, значительно отличающимися по высоте в точке пересечения (например, более чем на 50 метров, 100 метров или 200 метров), лежащими на поверхности, наклоны которых превышают максимальную скорость подъема/спуска самолета, или не лежащими на одной поверхности. После проведения такой адаптации процедура выводит данные авиационной разведки (S310), задающие определенный набор маршрутов полета. Эти данные пилот может затем использовать для пилотирования самолета в соответствии с определенной схемой разведки.At step S300, the procedure enters terrain data and, for example, through a user interface, data defining a desired reconnaissance area. Then, in step S302, the procedure builds an envelope surface on top of the selected terrain to determine a reconnaissance flight pattern containing a set of flight paths. The construction of the envelope surface may be subject to restrictions on the maximum slope in any direction on the surface, and initially flight routes may follow a regular pattern. Then, however, in step S306, the procedure adjusts the surface and / or flight paths to adapt the routes to the surface. Here the restriction on the maximum speed of ascent / descent (determined on the basis of the characteristics of the aircraft) comes into force, but it should be applied only along the route. Thus, in other directions, for example, orthogonal to the route, the inclination of the surface may exceed the value specified by this restriction. Additionally or alternatively, in step S308, the procedure adjusts the surface and / or flight paths to more accurately adapt the routes to the surface of the underlying terrain. To do this, it is necessary to allow the routes to be curved, non-parallel, significantly different in height at the intersection (for example, more than 50 meters, 100 meters or 200 meters) lying on a surface whose inclinations exceed the maximum ascent / descent speed of the aircraft, or not lying on the same surface. After carrying out such an adaptation, the procedure outputs aerial reconnaissance data (S310) defining a specific set of flight routes. The pilot can then use this data to pilot the aircraft in accordance with a specific reconnaissance scheme.

Очевидно, что в отличие от традиционных систем привязки к сетке, такие методы позволяют задавать маршруты полета вдоль долин, вблизи дна долины, где другие методы будут ограничены минимальным приближением самолета к земле в такой ситуации, вследствие сочетания схемы, привязанной к сетке, и максимальной скорости подъема/спуска самолета. Также очевидно, что в общем случае можно задавать набор маршрутов, следующих рельефу, поскольку описанные здесь методы позволяют обрабатывать данные такой авиационной разведки. Преимущество состоит в том, что данные, полученные такими методами, значительно более точны благодаря значительной скорости спада амплитуды возмущений потенциального поля с высотой над поверхностью земли.Obviously, unlike traditional grid-fixing systems, such methods allow you to specify flight paths along the valleys, near the bottom of the valley, where other methods will be limited by the minimum approach of the aircraft to the ground in such a situation, due to the combination of the grid-attached circuit and the maximum speed lifting / lowering the aircraft. It is also obvious that in the general case it is possible to specify a set of routes following the terrain, since the methods described here allow you to process the data of such aerial reconnaissance. The advantage is that the data obtained by such methods are much more accurate due to the significant decay rate of the amplitude of the perturbations of the potential field with height above the surface of the earth.

На Фиг. 4 показан пример маршрута авиационной разведки, данные из которого можно обрабатывать вышеописанными методами. На фигуре показаны примеры типов маршрутов, по которым эти методы позволяют летать.In FIG. Figure 4 shows an example of an airborne reconnaissance route, data from which can be processed using the methods described above. The figure shows examples of the types of routes along which these methods allow you to fly.

На плоских участках все стратегии полета сходятся, но на холмистых или действительно гористых участках предложенный метод проявляет значительные преимущества. На таких участках каждая часть района разведки анализируется относительно независимо, и вырабатывается стратегия полетов над таким участком.On flat areas, all flight strategies converge, but on hilly or truly mountainous areas, the proposed method has significant advantages. In such areas, each part of the reconnaissance area is analyzed relatively independently, and a flight strategy is developed over that area.

В таких ситуациях район разведки анализируется на предмет его топографии, и вырабатывается стратегия авиационной разведки на основании геологических целей, представляющих интерес, и того, как можно облететь район, чтобы наилучшим образом идентифицировать эти геологические цели. Если, как в обычном случае, необходимо лететь как можно ближе к земле во всех точках разведки, то линии разведки станут разрозненными с относительно малой связностью. Самолет может только подниматься и снижаться с данной скоростью, и необходим соответствующий клиренс, чтобы безопасно проходить над гребнями гор. Линии полета, идущие "вниз" или "вверх" по долинам, не будут пересекаться с линиями, "пересекающими" долины, или будут пересекаться с гораздо меньшим количеством перекрещиваний. Перекрещивания обычно считаются важными для избавления от низкочастотного шума (часто называемого дрейфом), и это еще одно соображение, которое нужно принимать во внимание при проектировании разведки.In such situations, the exploration area is analyzed for its topography, and an aerial reconnaissance strategy is developed based on the geological targets of interest and how the area can be circled to best identify these geological targets. If, as in the usual case, it is necessary to fly as close to the ground as possible at all reconnaissance points, then reconnaissance lines will become fragmented with relatively little connectivity. The aircraft can only rise and fall at a given speed, and an appropriate clearance is necessary to safely pass over the ridges of the mountains. Lines “down” or “up” along the valleys will not intersect with the lines “crossing” the valleys, or they will intersect with much fewer intersections. Crossovers are generally considered important for getting rid of low-frequency noise (often called drift), and this is another consideration to consider when designing intelligence.

Оборудование, желательное для стандартной разведки, включает в себя гравитационный градиентометр; гравиметр; инерциальный измерительный блок (IMU); GPS; лидар; магнитный градиентометр; магнитометр; альтиметр; радиолокационный высотомер; барометр; спектрометр; гиперспектральный построитель изображений; EM; TDEM; навигационное ПО; оборудование сбора данных.Equipment desirable for standard reconnaissance includes a gravity gradiometer; gravimeter; inertial measuring unit (IMU); GPS lidar; magnetic gradiometer; magnetometer; altimeter; radar altimeter; barometer; spectrometer; hyperspectral image builder; EM TDEM navigation software; data collection equipment.

Когда выработана стратегия полета, производится фактическая разведка и сбор данных. При анализе используются реальные данные из системы измерения потенциального поля, эти данные корректируются на любые известные артефакты, связанные с измерениями (например, наклон самолета, ускорения самолета, артефакты давления и т.д.), и затем данные анализируются вышеописанным способом. Полет осуществляется на малых высотах ввиду сильной высотной зависимости измеренного сигнала, в частности сигналов, имеющих малые длины волны, т.е. большие волновые числа.When a flight strategy is developed, actual reconnaissance and data collection is performed. The analysis uses real data from the potential field measurement system, this data is corrected for any known artifacts associated with the measurements (for example, aircraft tilt, aircraft accelerations, pressure artifacts, etc.), and then the data is analyzed as described above. The flight is carried out at low altitudes due to the strong altitude dependence of the measured signal, in particular, signals having small wavelengths, i.e. large wave numbers.

Несомненно, специалист может предложить много других эффективных альтернатив. Следует понимать, что изобретение не ограничивается описанными вариантами осуществления и охватывает модификации, очевидные для специалистов в данной области, в рамках сущности и объема прилагаемой формулы изобретения.Surely, a specialist can offer many other effective alternatives. It should be understood that the invention is not limited to the described embodiments and encompasses modifications obvious to those skilled in the art, within the spirit and scope of the appended claims.

Claims (29)

1. Способ проведения разведки потенциального поля земли для определения картографических данных для картографирования поля содержит этапы, на которых
выполняют авиационную гравиметрическую разведку потенциального поля земли в трех измерениях и получают данные измерений потенциального поля;
вводят данные измерений потенциального поля, причем данные измерений потенциального поля содержат данные, задающие совокупность измерений потенциального поля и соответствующих позиций, причем каждая позиция задает позицию измерения потенциального поля в трехмерном пространстве,
определяют совокупность соотношений связывающих измерение потенциального поля с функцией соответствующей позиции в трехмерном пространстве, умноженной на параметр картографирования поля, и
определяют, по существу, самосогласованный набор параметров картографирования поля для совокупности соотношений для определения, таким образом, картографических данных.
1. The method of reconnaissance of the potential field of the earth to determine the cartographic data for mapping the field contains the steps at which
perform airborne gravimetric reconnaissance of the potential field of the earth in three dimensions and obtain measurement data of the potential field;
enter the measurement data of the potential field, and the measurement data of the potential field contain data specifying a set of measurements of the potential field and the corresponding positions, and each position sets the measurement position of the potential field in three-dimensional space,
determine the set of relations connecting the measurement of the potential field with the function of the corresponding position in three-dimensional space, multiplied by the field mapping parameter, and
define, in essence, a self-consistent set of field mapping parameters for a set of relations for determining, thus, the cartographic data.
2. Способ по п.1, в котором картографические данные содержат набор параметров картографирования поля.2. The method according to claim 1, wherein the cartographic data comprises a set of field mapping parameters. 3. Способ по п.1, в котором картографические данные содержат данные, картографирующие поле на поверхности, способ дополнительно содержит этап, на котором определяют поле на поверхности из набора параметров картографирования поля.3. The method according to claim 1, wherein the cartographic data comprises data mapping a field on the surface, the method further comprises determining a field on the surface from a set of field mapping parameters. 4. Способ по п.1, 2 или 3, в котором соотношения содержат совместные уравнения, и в котором на этапе определения параметра картографирования поля решают совместные уравнения.4. The method according to claim 1, 2 or 3, in which the ratios contain joint equations, and in which at the stage of determining the field mapping parameter, the joint equations are solved. 5. Способ по п.4, в котором количество измерений совокупности потенциального поля больше количества совместных уравнений, и в котором на этапе решения используют процедуру понижения шума.5. The method according to claim 4, in which the number of measurements of the aggregate of the potential field is greater than the number of joint equations, and in which the noise reduction procedure is used at the solution stage. 6. Способ по п.1, 2 или 3, в котором соотношения задают посредством разреженной матрицы и в котором на этапе определения параметров картографирования поля применяют численный метод.6. The method according to claim 1, 2 or 3, in which the ratios are set by means of a sparse matrix, and in which, at the stage of determining the parameters of the field mapping, a numerical method is used. 7. Способ по п.1, в котором функция соответствующей позиции, по существу, удовлетворяет уравнению Лапласа.7. The method according to claim 1, in which the function of the corresponding position essentially satisfies the Laplace equation. 8. Способ по п.1, в котором поле представляют совокупностью массивных элементов, каждая из которых имеет соответствующую массу и соответствующее положение, в котором каждый параметр картографирования поля содержит положение массы, и в котором функция соответствующего положения представляет собой функцию разности между положением измерения потенциального поля и положением массивного элемента.8. The method according to claim 1, in which the field is represented by a set of massive elements, each of which has a corresponding mass and a corresponding position, in which each field mapping parameter contains a mass position, and in which the function of the corresponding position is a function of the difference between the measurement position of the potential field and position of the massive element. 9. Способ по п.1, в котором поле представляют гармоническим разложением, имеющим совокупность коэффициентов разложения, и в котором каждый параметр картографирования поля содержит коэффициент разложения.9. The method according to claim 1, in which the field is represented by harmonic decomposition having a set of decomposition coefficients, and in which each field mapping parameter contains a decomposition coefficient. 10. Способ по п.9, в котором коэффициенты в представлении, по существу, не зависят от высоты над землей.10. The method according to claim 9, in which the coefficients in the view are essentially independent of the height above ground. 11. Способ по п.1, в котором данные измерений потенциального поля содержат одно или несколько из гравиметрических данных и данных гравитационного градиентометра, и в котором поле представляет гравитационное поле.11. The method according to claim 1, in which the measurement data of the potential field contain one or more of the gravimetric data and the data of the gravitational gradiometer, and in which the field represents the gravitational field. 12. Носитель, переносящий код управления процессором для реализации способа по п.1.12. A medium carrying a processor control code for implementing the method according to claim 1. 13. Система обработки данных для обработки данных измерений потенциального поля, полученных при разведке потенциального поля земли для определения картографических данных для картографирования поля, содержит
устройство хранения данных для хранения данных измерений потенциального поля, причем данные измерений потенциального поля содержат данные, задающие совокупность измерений потенциального поля и соответствующих позиций, причем каждая позиция задает позицию измерения потенциального поля в трехмерном пространстве,
устройство хранения программ для хранения кода управления процессором и
процессор, подключенный к устройству хранения данных и устройству хранения программ, для загрузки и выполнения кода управления, причем код содержит код, предписывающий процессору
вводить данные измерений потенциального поля,
определять совокупность соотношений между измерениями потенциального поля и позициями, причем каждое соотношение соотносит измерение потенциального поля с функцией соответствующей позиции в трехмерном пространстве, умноженной на параметр картографирования поля, и
определять, по существу, самосогласованный набор параметров картографирования поля для совокупности соотношений для определения, таким образом, картографических данных.
13. A data processing system for processing data of potential field measurements obtained by prospecting a potential field of the earth for determining cartographic data for mapping a field, comprises
a data storage device for storing measurement data of the potential field, the measurement data of the potential field containing data defining a set of measurements of the potential field and corresponding positions, each position setting the measurement position of the potential field in three-dimensional space,
a program storage device for storing a processor control code and
a processor connected to a data storage device and a program storage device for loading and executing a control code, the code comprising a code instructing the processor
enter the measurement data of the potential field,
determine the totality of the relationships between the potential field measurements and the positions, each relationship correlating the potential field measurement with the function of the corresponding position in three-dimensional space, multiplied by the field mapping parameter, and
define, in essence, a self-consistent set of field mapping parameters for a set of relations for determining, thus, map data.
14. Способ проведения авиационной гравиметрической разведки для обеспечения данных для карты гравитационного поля, в котором выполняют авиационную гравиметрическую разведку потенциального поля земли в трех измерениях и получают данные измерений потенциального поля;
причем данные измерений содержат совокупность измерений гравитационного потенциального поля, с каждым из которых связана позиция измерения в трехмерном пространстве, используют данные измерений для оценки коэффициентов, на которые умножается функция трехмерной позиции в гармоническом разложении для определения, таким образом, представления гравитационного поля в районе разведки для карты гравитационного поля.
14. A method for conducting aeronautical gravimetric reconnaissance to provide data for a map of the gravitational field in which aeronautical gravimetric reconnaissance of the potential field of the earth is performed in three dimensions and the measurement data of the potential field are obtained;
moreover, the measurement data contains a set of measurements of the gravitational potential field, with each of which a measurement position in three-dimensional space is associated, use the measurement data to estimate the coefficients by which the function of the three-dimensional position in the harmonic expansion is multiplied to determine, therefore, the representation of the gravitational field in the exploration area for maps of the gravitational field.
15. Способ по п.14, в котором гармоническое разложение содержит разложение в ряд Фурье, и в котором функция трехмерной позиции содержит функцию, имеющую вид, эквивалентный
Figure 00000026
, где x, y и z задают позицию в трехмерном пространстве, km и kn положительны, и
Figure 00000027
.
15. The method according to 14, in which the harmonic decomposition contains the expansion in a Fourier series, and in which the function of the three-dimensional position contains a function having the form equivalent to
Figure 00000026
, where x, y and z define a position in three-dimensional space, k m and k n are positive, and
Figure 00000027
.
16. Способ по п.14 или 15, в котором коэффициенты формально не зависят от высоты.16. The method according to 14 or 15, in which the coefficients are formally independent of height. 17. Способ проведения авиационной гравиметрической разведки для обеспечения данных для карты гравитационного поля, в котором выполняют авиационную гравиметрическую разведку потенциального поля земли в трех измерениях и получают данные измерений потенциального поля;
причем данные измерений содержат совокупность измерений гравитационного потенциального поля, с каждым из которых связана позиция измерения в трехмерном пространстве,
используют эквивалентного источника представление гравитационного поля, содержащего совокупности массивных элементов, имеющих соответствующую массу и соответствующее положение,
определяют вычисленное значение потенциального поля в каждой позиции измерения;
умножают функцию разности между измеренной позицией и положением массивного элемента на соответствующую массу и
используют данные измерения для оценки масс и совокупности массивных элементов для карты гравитационного поля.
17. A method of conducting aeronautical gravimetric reconnaissance to provide data for a map of the gravitational field in which aeronautical gravimetric reconnaissance of the potential field of the earth is carried out in three dimensions and the measurement data of the potential field are obtained;
moreover, the measurement data contain a set of measurements of the gravitational potential field, each of which is associated with the measurement position in three-dimensional space,
use an equivalent source representation of a gravitational field containing a set of massive elements having an appropriate mass and corresponding position,
determine the calculated value of the potential field in each position of the measurement;
multiply the difference function between the measured position and the position of the massive element by the corresponding mass and
use the measurement data to estimate the masses and aggregate of massive elements for a map of the gravitational field.
18. Способ картографирования гравитационного поля содержит этапы, на которых
вводят данные измерений, полученные в авиационной гравиметрической разведке, проведенной в трехмерном пространстве, причем данные измерений содержат совокупность измерений гравитационного потенциального поля, с каждым из которых связана позиция измерения в трехмерном пространстве,
определяют совокупность соотношений между измерениями потенциального поля и позициями, причем каждое соотношение соотносит измерение потенциального поля с функцией соответствующей позиции в трехмерном пространстве, умноженной на параметр картографирования поля, и
картографируют гравитационное поле, определяя, по существу, самосогласованный набор параметров картографирования поля для совокупности соотношений.
18. A method of mapping a gravitational field comprises the steps of
enter the measurement data obtained in aeronautical gravimetric reconnaissance carried out in three-dimensional space, and the measurement data contain a set of measurements of the gravitational potential field, each of which is associated with the measurement position in three-dimensional space,
determining a set of relations between potential field measurements and positions, each relationship relating a potential field measurement to a function of the corresponding position in three-dimensional space multiplied by the field mapping parameter, and
map the gravitational field, defining, in essence, a self-consistent set of field mapping parameters for the totality of ratios.
19. Способ по п.1, дополнительно содержащий этап, на котором разведывают поле с использованием самолета для сбора данных измерений для определения совокупности соотношений, и в котором на этапе разведки облетают набор маршрутов, имеющих одну или несколько из следующих особенностей:
два маршрута пересекаются на высотах, отличающихся, по меньшей мере, на 50 м,
в районе разведки маршруты в одном и том же общем направлении не параллельны более, чем на 5°,
маршруты включают в себя криволинейные маршруты,
маршруты из набора маршрутов, вместе взятые, по существу, не лежат на поверхности,
высоты с расстоянием в разных ортогональных направлениях поверхности отличаются более чем на 5%.
19. The method according to claim 1, further comprising the step of exploring the field using an aircraft to collect measurement data to determine the totality of the relationships, and in which, at the reconnaissance stage, a set of routes having one or more of the following features are flown around:
two routes intersect at heights differing by at least 50 m,
in the reconnaissance area, routes in the same general direction are not parallel by more than 5 °,
routes include curved routes,
routes from a set of routes taken together, essentially, do not lie on the surface,
heights with distance in different orthogonal directions of the surface differ by more than 5%.
20. Способ по п.14, дополнительно содержащий этап, на котором разведывают поле с использованием самолета для сбора данных измерений для определения совокупности соотношений, и в котором на этапе разведки облетают набор маршрутов, имеющих одну или несколько из следующих особенностей:
два маршрута пересекаются на высотах, отличающихся, по меньшей мере, на 50 м,
в районе разведки маршруты в одном и том же общем направлении не параллельны более, чем на 5°,
маршруты включают в себя криволинейные маршруты,
маршруты из набора маршрутов, вместе взятые, по существу, не лежат на поверхности,
маршруты из набора маршрутов, вместе взятые, задают поверхность, в котором, по меньшей мере, один из маршрутов задает одно из двух ортогональных направления на поверхности, так что скорости изменения высоты с расстоянием в разных ортогональных направлениях поверхности отличаются более чем на 5%.
20. The method according to 14, further comprising the step of exploring the field using an aircraft to collect measurement data to determine the totality of the relationships, and in which, at the reconnaissance stage, a set of routes having one or more of the following features flies around:
two routes intersect at heights differing by at least 50 m,
in the reconnaissance area, routes in the same general direction are not parallel by more than 5 °,
routes include curved routes,
routes from a set of routes taken together, essentially, do not lie on the surface,
the routes from the set of routes taken together define a surface in which at least one of the routes defines one of two orthogonal directions on the surface, so that the rates of change of height with distance in different orthogonal directions of the surface differ by more than 5%.
21. Способ по п.17, дополнительно содержащий этап, на котором разведывают поле с использованием самолета для сбора данных измерений для определения совокупности соотношений, и в котором на этапе разведки облетают набор маршрутов, имеющих одну или несколько из следующих особенностей:
два маршрута пересекаются на высотах, отличающихся, по меньшей мере, на 50 м,
в районе разведки маршруты в одном и том же общем направлении не параллельны более, чем на 5°,
маршруты включают в себя криволинейные маршруты,
маршруты из набора маршрутов, вместе взятые, по существу, не лежат на поверхности,
маршруты из набора маршрутов, вместе взятые, задают поверхность, в котором, по меньшей мере, один из маршрутов задает одно из двух ортогональных направления на поверхности, так что скорости изменения высоты с расстоянием в разных ортогональных направлениях поверхности отличаются более чем на 5%.
21. The method according to 17, further comprising the step of exploring the field using an aircraft to collect measurement data to determine the totality of the relationships, and in which, at the reconnaissance stage, a set of routes having one or more of the following features flies around:
two routes intersect at heights differing by at least 50 m,
in the reconnaissance area, routes in the same general direction are not parallel by more than 5 °,
routes include curved routes,
routes from a set of routes taken together, essentially, do not lie on the surface,
the routes from the set of routes taken together define a surface in which at least one of the routes defines one of two orthogonal directions on the surface, so that the rates of change of height with distance in different orthogonal directions of the surface differ by more than 5%.
22. Способ по п.18, дополнительно содержащий этап, на котором разведывают поле с использованием самолета для сбора данных измерений для определения совокупности соотношений, и в котором на этапе разведки облетают набор маршрутов, имеющих одну или несколько из следующих особенностей:
два маршрута пересекаются на высотах, отличающихся, по меньшей мере, на 50 м,
в районе разведки маршруты в одном и том же общем направлении не параллельны более, чем на 5°,
маршруты включают в себя криволинейные маршруты,
маршруты из набора маршрутов, вместе взятые, по существу, не лежат на поверхности,
маршруты из набора маршрутов, вместе взятые, задают поверхность, в котором, по меньшей мере, один из маршрутов задает одно из двух ортогональных направления на поверхности, так что скорости изменения высоты с расстоянием в разных ортогональных направлениях поверхности отличаются более чем на 5%.
22. The method according to p. 18, additionally containing a stage in which they scout the field using an aircraft to collect measurement data to determine the totality of the ratios, and in which, at the stage of exploration, a set of routes are circled that have one or more of the following features:
two routes intersect at heights differing by at least 50 m,
in the reconnaissance area, routes in the same general direction are not parallel by more than 5 °,
routes include curved routes,
routes from a set of routes taken together, essentially, do not lie on the surface,
the routes from the set of routes taken together define a surface in which at least one of the routes defines one of two orthogonal directions on the surface, so that the rates of change of height with distance in different orthogonal directions of the surface differ by more than 5%.
23. Носитель, переносящий код управления процессором для реализации способа по любому из пп.14, 15 и 17-20.23. A medium carrying a processor control code for implementing the method according to any one of claims 14, 15, and 17-20. 24. Способ проведения авиационной разведки потенциального поля содержит этапы, на которых ведут самолет по набору маршрутов и измеряют данные потенциального поля в точках на маршрутах, в котором набор маршрутов имеет одну или несколько из следующих особенностей:
два маршрута пересекаются на высотах, отличающихся, по меньшей мере, на 50 м,
в районе разведки маршруты в одном и том же общем направлении не параллельны более чем на 5°,
маршруты включают в себя криволинейные маршруты,
маршруты из набора маршрутов, вместе взятые, по существу, не лежат на поверхности,
маршруты из набора маршрутов, вместе взятые, задают поверхность, в котором, по меньшей мере, один из маршрутов задает одно из двух ортогональных направления на поверхности, так что скорости изменения высоты с расстоянием в разных ортогональных направлениях поверхности отличаются более чем на 5%.
24. The method for conducting aerial reconnaissance of a potential field comprises the steps of conducting an airplane through a set of routes and measuring potential field data at points on routes in which the set of routes has one or more of the following features:
two routes intersect at heights differing by at least 50 m,
in the reconnaissance area, routes in the same general direction are not more than 5 ° parallel,
routes include curved routes,
routes from a set of routes taken together, essentially, do not lie on the surface,
the routes from the set of routes taken together define a surface in which at least one of the routes defines one of two orthogonal directions on the surface, so that the rates of change of height with distance in different orthogonal directions of the surface differ by more than 5%.
25. Носитель данных, переносящий навигационные данные, задающие набор маршрутов авиационной разведки потенциального поля по п.24.25. A data carrier carrying navigation data defining a set of aerial reconnaissance routes of a potential field according to paragraph 24. 26. Способ генерации данных авиационной разведки содержит этапы, на которых
определяют схему разведывательных полетов путем наложения поверхности на рельеф, подлежащий разведке, в соответствии с условием максимальной скорости подъема/спуска самолета, и
генерируют данные авиационной разведки для совокупности маршрутов, по существу, на поверхности, и
в котором способ дополнительно содержит этап, на котором регулируют поверхность и/или один или несколько маршрутов для снижения высоты одного или нескольких маршрутов, таким образом, чтобы в, по меньшей мере, одном направлении на поверхности, ортогональном маршруту, условие максимальной скорости подъема/спуска было превышено.
26. A method for generating aerial reconnaissance data comprises the steps of:
determining a reconnaissance flight pattern by applying a surface to the terrain to be reconnoitered, in accordance with the condition of the maximum speed of ascent / descent of the aircraft, and
generating aerial reconnaissance data for a plurality of routes essentially on the surface, and
in which the method further comprises adjusting the surface and / or one or more routes to reduce the height of one or more routes, so that in at least one direction on the surface, orthogonal to the route, the condition of maximum speed of ascent / descent has been exceeded.
27. Способ генерации данных авиационной разведки по п.26, в котором данные авиационной разведки задают способ проведения авиационной разведки потенциального поля содержит этапы, на которых ведут самолет по набору маршрутов и измеряют данные потенциального поля в точках на маршрутах, в котором набор маршрутов имеет одну или несколько из следующих особенностей:
два маршрута пересекаются на высотах, отличающихся, по меньшей мере, на 50 м,
в районе разведки маршруты в одном и том же общем направлении не параллельны более чем на 5°,
маршруты включают в себя криволинейные маршруты,
маршруты из набора маршрутов, вместе взятые, по существу, не лежат на поверхности,
маршруты из набора маршрутов, вместе взятые, задают поверхность, в котором, по меньшей мере, один из маршрутов задает одно из двух ортогональных направления на поверхности, так что скорости изменения высоты с расстоянием в разных ортогональных направлениях поверхности отличаются более чем на 5%.
27. The method of generating aerial reconnaissance data according to claim 26, wherein the aerial reconnaissance data sets a method for conducting aerial reconnaissance of a potential field, comprising the steps of conducting an airplane along a set of routes and measuring potential field data at points on routes in which the set of routes has one or several of the following features:
two routes intersect at heights differing by at least 50 m,
in the reconnaissance area, routes in the same general direction are not more than 5 ° parallel,
routes include curved routes,
routes from a set of routes taken together, essentially, do not lie on the surface,
the routes from the set of routes taken together define a surface in which at least one of the routes defines one of two orthogonal directions on the surface, so that the rates of change of height with distance in different orthogonal directions of the surface differ by more than 5%.
28. Носитель, переносящий код управления процессором для реализации способа по п.26 или 27.28. A medium carrying a processor control code for implementing the method of claim 26 or 27. 29. Носитель данных, переносящий данные авиационной разведки по п.26 или 27. 29. A data carrier carrying aircraft intelligence data according to paragraph 26 or 27.
RU2008107327/28A 2005-07-27 2006-07-17 Processing gravimetric survey data RU2431873C2 (en)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB0515401A GB2428827B (en) 2005-07-27 2005-07-27 Gravity survey data processing
GB0515401.8 2005-07-27
GB0515402.6 2005-07-27
GB0515402A GB0515402D0 (en) 2005-07-27 2005-07-27 Gravity survey data processing
US60/754,862 2005-12-29

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2008107327A RU2008107327A (en) 2009-09-10
RU2431873C2 true RU2431873C2 (en) 2011-10-20

Family

ID=41165907

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008107327/28A RU2431873C2 (en) 2005-07-27 2006-07-17 Processing gravimetric survey data

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN102636819A (en)
RU (1) RU2431873C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2575316C1 (en) * 2014-09-02 2016-02-20 Открытое акционерное общество "Государственный научно-исследовательский навигационно-гидрографический институт" (ОАО "ГНИНГИ") Method for gravimetric survey of water area and apparatus therefor

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103399350B (en) * 2013-07-29 2016-02-24 中国人民解放军国防科学技术大学 A kind of airborne gravity downward continuation method based on integral iteration algorithm
CN106199758A (en) * 2016-06-30 2016-12-07 联想(北京)有限公司 Measurement data calibration steps and electronic equipment
CN106168682B (en) * 2016-07-11 2017-04-05 中南大学 A kind of moving target body monitoring method based on rotational gravity field
AU2017204859B2 (en) * 2016-10-04 2018-08-30 HZW Holdings Pty Ltd A gravimetry assembly
US10670394B2 (en) * 2017-06-27 2020-06-02 The Boeing Company System and method for determining the direction and spacing of fiber paths for a composite ply

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2575316C1 (en) * 2014-09-02 2016-02-20 Открытое акционерное общество "Государственный научно-исследовательский навигационно-гидрографический институт" (ОАО "ГНИНГИ") Method for gravimetric survey of water area and apparatus therefor

Also Published As

Publication number Publication date
CN102636819A (en) 2012-08-15
RU2008107327A (en) 2009-09-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8437960B2 (en) Gravity survey data processing
US9964653B2 (en) Method of terrain correction for potential field geophysical survey data
US8320632B2 (en) Terrain correction systems
US8386180B2 (en) Geophysical data processing systems
US7113868B2 (en) Method and system for processing geophysical survey data
Barnes et al. Processing gravity gradient data
US5402340A (en) Gradiometer based terrain estimation
US8473264B2 (en) Geophysical data processing systems
RU2431873C2 (en) Processing gravimetric survey data
Yildiz A study of regional gravity field recovery from GOCE vertical gravity gradient data in the Auvergne test area using collocation
ZA200903750B (en) Gravity survey data processing
Dransfield et al. Airborne gravity gradiometry: Terrain corrections and elevation error
US20110010095A1 (en) Potential field data survey
WO2012021938A1 (en) A method of analysing data obtained using a gravity gradiometer
Zaki et al. Accuracy assessment of available airborne gravity data in the central western desert of Egypt
AU2012200072A1 (en) Gravity survey data processing
Xin et al. High-Resolution Terrain Reconstruction of Slot Canyon Using Backpack Mobile Laser Scanning and UAV Photogrammetry. Drones 2022, 6, 429
RU2486549C2 (en) Processing of gravity survey data

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150718