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Error analysis of a new planar electrostatic gravity gradiometer for airborne surveys / Karim Douch in Journal of geodesy, vol 89 n° 12 (december 2015)  

Public [article]  inJournal of geodesy > vol 89 n° 12 (december 2015) . - pp 1217 - 1231 Titre : Error analysis of a new planar electrostatic gravity gradiometer for airborne surveys Type de document : Article/Communication Auteurs : Karim Douch, Auteur ; Isabelle Panet , Auteur ; Gwendoline Pajot-Métivier , Auteur ; et al., Auteur Année de publication : 2015 Article en page(s) : pp 1217 - 1231 Note générale : bibliographie Langues : Anglais (eng) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Géodésie physique [Termes descripteurs IGN] champ de pesanteur terrestre [Termes descripteurs IGN] erreur systématique [Termes descripteurs IGN] gravimètre [Termes descripteurs IGN] gyroscope [Termes descripteurs IGN] lever aérien Mots-clés libres : Airborne gravitational gradiometry  Error analysis  Electrostatic accelerometer Résumé : (auteur) Moving-base gravity gradiometry has proven to be a convenient method to determine the Earth’s gravity field. The ESA mission GOCE (Gravity field and steady-state Ocean Circulation Explorer) has enabled to map the Earth gravity field and its gradients with a resolution of 80 km, leading to significant advances in physical oceanography and solid Earth physics. At smaller scales, airborne gravity gradiometry has been increasingly used during the past decade in mineral and hydrocarbon exploration. In both cases the sensitivity of gradiometers to the short wavelengths of the gravity field is of crucial interest. Here, we quantify and characterize the error on the gravity gradients estimated from measurements performed with a new instrument concept, called GREMLIT, for typical airborne conditions. GREMLIT is an ultra-sensitive planar gravitational gradiometer which consists in a planar acceleration gradiometer together with 3 gyroscopes. To conduct this error analysis, a simulation of a realistic airborne survey with GREMLIT is carried out. We first simulate realistic GREMLIT synthetic data, taking into account the acceleration gradiometer and gyroscope noises and biases and the variation of orientation of the measurement reference frame. Then, we estimate the gravity gradients from these data. Special attention is paid to the processing of the gyroscopes measurements whose accuracy is not commensurate with the ultra-sensitive gradiometer. We propose a method to calibrate the gyroscopes biases with a precision of the order 10−8 rad/s. In order to transform the tensor from the measurement frame to the local geodetic frame, we estimate the error induced when replacing the non-measured elements of the gravity gradient tensor by an a priori model. With the appropriate smoothing, we show that it is possible to achieve a precision better than 2E for an along-track spatial resolution of 2 km. Numéro de notice : A2015-887 Affiliation des auteurs : IGN+Ext (2012-2019) Thématique : POSITIONNEMENT Nature : Article nature-HAL : ArtAvecCL-RevueIntern DOI : 10.1007/s00190-015-0847-8 date de publication en ligne : 07/08/2015 En ligne : https://doi.org/10.1007/s00190-015-0847-8 Format de la ressource électronique : URL article Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=79435 [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 Editeur : Paris : Université Sorbonne Paris Cité Année de publication : 2015 Importance : 176 p. Format : 21 x 30 cm Langues : Français (fre) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Géodésie physique [Termes descripteurs IGN] géodésie marine [Termes descripteurs IGN] gradient de gravitation [Termes descripteurs IGN] gradiomètre [Termes descripteurs IGN] gravimétrie aérienne [Termes descripteurs IGN] littoral 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 : non IGN Thématique : POSITIONNEMENT Nature : Thèse française Organisme de stage : ONERA nature-HAL : Thèse En ligne : https://hal.archives-ouvertes.fr/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 descripteurs IGN] accéléromètre [Termes descripteurs IGN] gradiomètre [Termes descripteurs IGN] gravimétrie aérienne [Termes descripteurs 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 : LAREG+Ext (1991-2011) 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]