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Using quantum optical sensors for determining the Earth’s gravity field from space / Jurgen Müller in Journal of geodesy, vol 94 n° 8 (August 2020)  

Public [article]  inJournal of geodesy > vol 94 n° 8 (August 2020) . - n° 71 Titre : Using quantum optical sensors for determining the Earth’s gravity field from space Type de document : Article/Communication Auteurs : Jurgen Müller, Auteur ; Hu Wu, Auteur Année de publication : 2020 Article en page(s) : n° 71 Note générale : bibliographie Langues : Anglais (eng) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Géodésie physique [Termes IGN] capteur optique [Termes IGN] champ de pesanteur terrestre [Termes IGN] données GOCE [Termes IGN] données GRACE [Termes IGN] gradient [Termes IGN] gradiomètre [Termes IGN] gravimétrie spatiale [Termes IGN] horloge du satellite [Termes IGN] incertitude temporelle [Termes IGN] longueur d'onde [Termes IGN] onde myriamétrique [Termes IGN] optique quantique Résumé : (auteur) Quantum optical technology provides an opportunity to develop new kinds of gravity sensors and to enable novel measurement concepts for gravimetry. Two candidates are considered in this study: the cold atom interferometry (CAI) gradiometer and optical clocks. Both sensors show a high sensitivity and long-term stability. They are assumed on board of a low-orbit satellite like gravity field and steady-state ocean circulation explorer (GOCE) and gravity recovery and climate experiment (GRACE) to determine the Earth’s gravity field. Their individual contributions were assessed through closed-loop simulations which rigorously mapped the sensors’ sensitivities to the gravity field coefficients. Clocks, which can directly obtain the gravity potential (differences) through frequency comparison, show a high sensitivity to the very long-wavelength gravity field. In the GRACE orbit, clocks with an uncertainty level of 1.0×10−18 are capable to retrieve temporal gravity signals below degree 12, while 1.0×10−17 clocks are useful for detecting the signals of degree 2 only. However, it poses challenges for clocks to achieve such uncertainties in a short time. In space, the CAI gradiometer is expected to have its ultimate sensitivity and a remarkable stability over a long time (measurements are precise down to very low frequencies). The three diagonal gravity gradients can properly be measured by CAI gradiometry with a same noise level of 5.0 mE/Hz−−−√. They can potentially lead to a 2–5 times better solution of the static gravity field than that of GOCE above degree and order 50, where the GOCE solution is mainly dominated by the gradient measurements. In the lower degree part, benefits from CAI gradiometry are still visible, but there, solutions from GRACE-like missions are superior. Numéro de notice : A2020-537 Affiliation des auteurs : non IGN Thématique : POSITIONNEMENT Nature : Article nature-HAL : ArtAvecCL-RevueIntern DOI : 10.1007/s00190-020-01401-8 Date de publication en ligne : 24/07/2020 En ligne : https://doi.org/10.1007/s00190-020-01401-8 Format de la ressource électronique : URL article Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=95730 [article]

Effects of space weather on GOCE electrostatic gravity gradiometer measurements / Elmas Sinem Ince in Journal of geodesy, vol 90 n° 12 (December 2016)  

Public [article]  inJournal of geodesy > vol 90 n° 12 (December 2016) . - pp 1389 - 1403 Titre : Effects of space weather on GOCE electrostatic gravity gradiometer measurements Type de document : Article/Communication Auteurs : Elmas Sinem Ince, Auteur ; Spiros D. Pagiatakis, Auteur Année de publication : 2016 Article en page(s) : pp 1389 - 1403 Note générale : Bibliographie Langues : Anglais (eng) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Géodésie physique [Termes IGN] champ de pesanteur terrestre [Termes IGN] champ magnétique local [Termes IGN] géophysique externe [Termes IGN] gradient de gravitation [Termes IGN] gradiomètre [Termes IGN] perturbation ionosphérique [Termes IGN] pôle Résumé : (Auteur) We examine the presence of residual nongravitational signatures in gravitational gradients measured by GOCE electrostatic gravity gradiometer. These signatures are observed over the magnetic poles during geomagnetically active days and can contaminate the trace of the gravitational gradient tensor by up to three to five times the expected noise level of the instrument (∼11 mE). We investigate these anomalies in the gradiometer measurements along many satellite tracks and examine possible causes using external datasets, such as interplanetary electric field measurements from the ACE (advanced composition explorer) and WIND spacecraft, and Poynting vector (flux) estimated from equivalent ionospheric currents derived from spherical elementary current systems over North America and Greenland. We show that the variations in the east-west and vertical electrical currents and Poynting vector components at the satellite position are highly correlated with the disturbances observed in the gradiometer measurements. The results presented in this paper reveal that the disturbances are due to intense ionospheric current variations that are enhanced by increased solar activity that causes a very dynamic drag environment. Moreover, successful modelling and removal of a high percentage of these disturbances are possible using external geomagnetic field observations. Numéro de notice : A2016-809 Affiliation des auteurs : non IGN Thématique : POSITIONNEMENT Nature : Article nature-HAL : ArtAvecCL-RevueIntern DOI : 10.1007/s00190-016-0931-8 En ligne : http://dx.doi.org/10.1007/s00190-016-0931-8 Format de la ressource électronique : URL article Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=82601 [article]

Gradiomètre planaire aéroporté pour l'étude de la gravité en zones littorales / Karim Douch (2015)  

Public Titre : Gradiomètre planaire aéroporté pour l'étude de la gravité en zones littorales Type de document : Thèse/HDR Auteurs : Karim Douch , Auteur ; Michel Diament , Directeur de thèse ; Isabelle Panet , Encadrant ; Bruno Christophe, Encadrant Editeur : Paris : Université Sorbonne Paris Cité Année de publication : 2015 Importance : 176 p. Format : 21 x 30 cm Note générale : bibliographie Thèse préparée à l’Institut de physique du globe de Paris, École doctorale STEP’UP - ED N°560, IPGP - Équipe de gravimétrie et géodésie spatiale, en Sciences de la Terre et de l’environnement Langues : Français (fre) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Géodésie physique [Termes IGN] géodésie marine [Termes IGN] gradient de gravitation [Termes IGN] gradiomètre [Termes IGN] gravimétrie aérienne [Termes IGN] littoral Index. décimale : THESE Thèses et HDR Résumé : (auteur) Les variations du champ de gravité aux échelles inférieures à 100 km recèlent beaucoup d'informations utiles en géodésie, géophysique et prospection mais restent peu couvertes. C'est notamment le cas des transitions terre-mer où les données gravimétriques sont éparses et de qualité hétérogène. Pour dépasser ces limitations, nous proposons d'utiliser la gradiométrie en gravimétrie aéroportée et analysons dans cette thèse un nouveau concept de gradiomètre électrostatique : GREMLIT. Dans un premier temps, l'adaptation de cet instrument ultrasensible à l'environnement dynamique d'un avion est étudiée. Les accélérations sur les axes sensibles des accéléromètres composant le gradiomètre doivent, en effet, rester inférieures à 10e-4m.s-2 pour éviter la saturation. La solution proposée consiste à fixer GREMLIT sur une plateforme asservie en rotation. Cette solution est évaluée pour des conditions de vol réelles et validée. Par la suite, nous estimons grâce à un simulateur l'erreur totale sur les gradients de gravité qui seraient déterminés lors d'un relevé aéroporté. Cette simulation comprend notamment une phase indispensable d'étalonnage des biais des gyromètres qui est décrite. Nous montrons qu'il est possible d'atteindre une précision 1E/(Hz)1/2 pour une résolution de 2 km après un filtrage gaussien sur les gradients de gravité exprimés dans le repère local. L'utilisation et l'intérêt de la gradiométrie aéroportée pour l'étude des courants côtiers sont finalement discutés. A cet effet, les bases d'une méthode numérique de calcul de la déviation de la verticale à partir d'une grille de mesure de gradient de pesanteur sont présentées. Numéro de notice : 14510 Affiliation des auteurs : LASTIG LAREG (2012-mi2018) Thématique : POSITIONNEMENT Nature : Thèse française Note de thèse : thèse : Sciences de la Terre et de l’environnement : IPGP : 2015 Organisme de stage : LAREG (IGN) & ONERA nature-HAL : Thèse DOI : sans En ligne : https://hal.science/tel-01151736 Format de la ressource électronique : URL Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=83232

Ultra-sensitive electrostatic planar acceleration gradiometer for airborne geophysical surveys / Karim Douch in Measurement Science and Technology, vol 25 n° 10 (October 2014)  

Public [article]  inMeasurement Science and Technology > vol 25 n° 10 (October 2014) Titre : Ultra-sensitive electrostatic planar acceleration gradiometer for airborne geophysical surveys Type de document : Article/Communication Auteurs : Karim Douch , Auteur ; Bruno Christophe, Auteur ; Bernard Foulon, Auteur ; Isabelle Panet , Auteur ; Gwendoline Pajot-Métivier , Auteur ; Michel Diament , Auteur Année de publication : 2014 Note générale : bibliographie Langues : Anglais (eng) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Géodésie physique [Termes IGN] accéléromètre [Termes IGN] gradiomètre [Termes IGN] gravimétrie aérienne [Termes IGN] instrument de géophysique Résumé : (auteur) We propose a new concept of gravity gradiometer, GREMLIT, for the determination of the spatial derivatives of gravitational acceleration during airborne surveys. The core of this instrument is the acceleration gradiometer composed of four ultra-sensitive electrostatic planar accelerometers, inheriting from technologies developed for the GRACE and GOCE satellite gravity missions. Data from these missions have greatly improved our knowledge of the Earth's gravity field and its time variations. However, resolving wavelengths of a few 10 km or less, beyond the reach of the satellite resolution, is of utmost importance to study a number of crustal geophysical processes and geological structures. We first present the benefits for a new gravity gradiometer, then we describe the planar acceleration gradiometer, which put together with three orthogonal gyroscopes, constitutes the gravity gradiometer GREMLIT. The acceleration gradiometer enables measurement at one point of the horizontal spatial derivatives of the acceleration horizontal components. We explain the measurement principle and describe the computation of the gravity gradients along with the necessary ancillary measurements. From a detailed error budget analysis of the accelerometers, an expected spectral sensitivity below $\text{1E/}\sqrt{\text{Hz}}$ is found in the [10−3, 0.2] Hz measurement bandwidth. To maintain such performance in flight, we finally discuss the adaptation of the acceleration gradiometer to the turbulent airborne environment. To limit the saturation of the accelerometers, we propose to cancel the common-mode output of the acceleration gradiometer by integrating the instrument on a double-gimbal platform controlled by the common-mode. We demonstrate on a real case study that with such a solution, it is technically possible to prevent the saturation of the accelerometers at least 95% of the time and it is not damaging to the airborne survey. Numéro de notice : A2014-782 Affiliation des auteurs : LASTIG LAREG+Ext (2012-mi2018) Thématique : POSITIONNEMENT Nature : Article nature-HAL : ArtAvecCL-RevueIntern DOI : 10.1088/0957-0233/25/10/105902 Date de publication en ligne : 20/08/2014 En ligne : http://dx.doi.org/10.1088/0957-0233/25/10/105902 Format de la ressource électronique : URL article Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=78599 [article]

A new planar electrostatic gravity gradiometer for airborne surveys / Karim Douch (2013)  

Public Titre : A new planar electrostatic gravity gradiometer for airborne surveys Type de document : Article/Communication Auteurs : Karim Douch , Auteur ; Bernard Foulon, Auteur ; Bruno Christophe, Auteur ; Michel Diament , Auteur ; Gwendoline Pajot-Métivier , Auteur ; Isabelle Panet , Auteur Editeur : Tulsa [Oklahoma - Etats-Unis] : Society of Exploration Geophysicists SEG Année de publication : 2013 Conférence : SEG 2013, Society of Exploration Geophysicists International Exposition and 83rd Annual Meeting, Expanding Geophysical Frontiers 22/09/2013 27/09/2013 Houston Texas - Etats-Unis Proceedings Curran Associates Importance : pp 1216 - 1219 Note générale : in SEG Technical Program Expanded Abstracts 2013 Langues : Français (fre) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Géodésie physique [Termes IGN] gradiomètre [Termes IGN] gravimètre [Termes IGN] gravimétrie aérienne [Termes IGN] instrument aéroporté [Termes IGN] instrument de géodésie Résumé : (auteur) Compared to classical gravimetric surveys, the measurement of the spatial rates of the gravitational acceleration offers an improved insight on the distribution and geometry of the subsurface causative masses. Though, there is only one commercialized gradiometer system currently available on the market. The purpose of our project is thus to develop a new compact gravity gradiometer based on electrostatic accelerometers, for airborne or ship-borne surveys. These accelerometers inherit from technologies developed by ONERA for spatial missions like GRACE or GOCE. The principle of measurement is described along with a first assessment of its performance in real airborne conditions. The goal is to reach the critical precision of 1Eötvös corresponding to a sensitivity to variations of 0.1μGal/m. Numéro de notice : C2013-021 Affiliation des auteurs : LASTIG LAREG+Ext (2012-mi2018) Autre URL associée : lien DOI Thématique : POSITIONNEMENT Nature : Communication nature-HAL : ComAvecCL&ActesPubliésIntl DOI : 10.1190/segam2013-1122.1 En ligne : https://www.researchgate.net/profile/Bruno-Christophe/publication/269042781_A_ne [...] Format de la ressource électronique : URL article Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=97261

Monitoring GOCE gradiometer calibration parameters using accelerometer and star sensor data: methodology and first results / C. Siemes in Journal of geodesy, vol 86 n° 8 (August 2012)  

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Mission design, operation and exploitation of the gravity field and steady-state ocean circulation explorer mission / R. Floberghagen in Journal of geodesy, vol 85 n° 11 (November /2011)  

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GOCE : obtaining a portrait of Earth's most intimate features / M. Drinkwater in ESA bulletin, n° 133 (February 2008)  

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Die Satellitengradiometriemission GOCE - Theorie, technische Realisierung und wissenschaftliche Nutzung / J. Muller (2001)

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Gravity field error analysis / E. Schrama (1990)

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Superconducting gravity gradiometer mission, 1. Volume 1 Study team executive summary / S.H. Morgan (1989)

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Determination of the gravity disturbance on the earth's topographic surface from airborne gravity gradient data / Y.M. Wang (1988)

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Superconducting gravity gradiometer mission, 2. Volume 2 Study team technical report / S.H. Morgan (1988)

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Spaceborne gravity gradiometers / W.C. Wells (1984)

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Abschätzung der Leistungsfähigkeit von gradiometerunterstützten inertialen Navigationssystemen / E. Doukakis (1979)

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