New concepts for airborne gravity measurement

• Published in: Aerospace science and technology 2001-09, Vol.5 (6), p.413-424
• Main Author: Abdelmoula, Fethi
• Format: Article
• Language: English
• Subjects: airborne gravimetry; Earth sciences; Earth, ocean, space; Exact sciences and technology; flight measurement; Fluggravimetrie; Flugmesstechnik; Gravimeter; gravity sensor; Internal geophysics; model-based filters; modellbasierte Filter; Solid-earth geophysics, tectonophysics, gravimetry
• ISSN: 1270-9638; 1626-3219
• DOI: 10.1016/S1270-9638(01)01114-2

A fundamental survey of vehicle mounted gravimeters shows the superposition from the gravity and the kinematical acceleration due to item modification. The particular problems of airborne gravimetry lie in the presence of relatively strong disturbances due to air turbulence. The vehicle acceleration caused in this manner is from high dynamics and up to a factor of 10 6 greater than the anomaly signal (local changes of acceleration due to the earth's gravitation). Thus, the technically scientific problem of utilizing gravimeters in airplanes lies in a suitable compensation for the vehicle's acceleration. The measurement methods applied reduce the high frequency disturbance signal with the aid of a low-pass filter. These methods are restricted only for the localization of very large anomalies. The required resolution for an air gravimeter cannot be reached only through a direct low-pass or band-pass filtering, since the frequency ranges of the disturbance and the anomaly overlap. A clear improvement of the resolution requires completely new concepts. For separating gravity and kinematical acceleration, there must be further sensors that are not influenced by gravity, e.g. altimeter and the Global Positioning System (GPS). An overall system, into which the individual sensors are integrated and associated via suitable complementary filtering with each other, allows it to register gravity with a higher resolution than is presently possible. Grundsätzlich wird von einem Gravimetersensor die Überlagerung aus der Gravitation und der kinematischen Beschleunigung infolge Positionsänderungen erfasst. Die besondere Problematik der Fluggravimetrie liegt in den vergleichsweise starken Störungen infolge von Luftturbulenz. Die hierdurch hervorgerufenen Fahrzeugbeschleunigungen sind von hoher Dynamik und bis um den Faktor 10 6 größer als das Nutzsignal (lokale Variation der Erdgravitation). Das technisch wissenschaftliche Problem beim Einsatz von Gravimetern in Flugzeugen liegt damit in einer geeigneten Kompensation der Fahrzeugbeschleunigungen. Die bislang in Flugzeugen angewandten Messverfahren, bei denen die höherfrequenten Störsignale mit Hilfe eines Tiefpassfilters reduziert werden, eignen sich nur zur Lokalisierung sehr großer Anomalien. Das für ein Luftgravimeter geforderte Auflösungsvermögen kann durch direkte Tiefpass- oder Bandpassfilterung allein nicht erreicht werden, da sich die Frequenzbereiche von Stör- und Nutzsignal überdecken. Eine deutliche Verbesserung