精密重力测量研究设施(PGMF)是“十二五”期间国家优先支持的16项重大科技基础设施建设项目之一．该设施以具备全球毫伽级、基准微伽级的重力数据获取、评估与应用能力为目标，着力建成国际一流、综合指标国际领先的研究设施，并使之发展成为具有国际影响力的重力测量科学中心．本研究综述了PGMF的总体建设进展，重点介绍了工艺平台建设过程中取得的代表性成果，包括万有引力常数G的精确测量、高精度基准型冷原子重力仪、空间惯性传感器、地球重力场精细建模等．

介绍了2021年中国大陆构造环境监测网络(简称陆态网络)绝对重力比对观测的工作情况．基于各观测单位提交的数据，采用加权最小二乘平差方法，进行了统一的处理和分析，获得了各比测点位的标准参考值和各观测仪器的等效度．比测结果表明：8台绝对重力仪的等效度在-6.1~3.0 μGal之间，标准差RMS为2.8 μGal，基于归一化偏差进行判断，可见所有参加此次比测的仪器都是等效的，均可满足陆态网络项目要求．

为了对冷原子绝对重力仪和CG6相对重力仪等重力仪的分辨率进行高精度标定，研制了标准引力场装置．该装置采用环形配置的不锈钢球作为吸引质量，利用大载荷导轨进行上下移动，产生的竖直方向加速度变化范围为±11.1 μGal，不确定度小于0.1 μGal．使用该装置对CG6相对重力仪进行了标定，装置产生的加速度为5.1(1)μGal，CG6测量值为5.4(5) μGal，两者在误差范围内较为相符．CG6测量值的不确定度为0.5 μGal，这是影响标定结果的主要因素．

研制了一套铯原子喷泉钟系统作为精密重力测量国家重大科技基础设施的本地时标，并最终溯源到国际单位制“秒”定义．描述了铯原子喷泉钟的整体设计方案，包括真空物理系统、光学系统、微波综合链和电子学控制系统．实验上实现了原子的上抛和捕获，成功地扫描到Ramsey条纹．获得的Ramsey中心条纹线宽0.911(2) Hz，条纹对比度约为90.8%．通过将喷泉钟本地振荡器锁定到Ramsey中心条纹，并与氢钟比对，测得铯原子喷泉钟的频率稳定度为3.2×10-13τ-1/2(τ为测量时间)．同时讨论了影响频率稳定度的各贡献项及后续提升方案．

过去十几年，我国高精度绝对重力仪发展迅速，但是仪器的稳定性、可靠性等问题仍须大量的测试和实验数据进行验证．这里介绍了小型绝对重力仪IGG-03B研制过程中，各核心部组件通过商用FG5型绝对重力仪进行替换试验，独立验证了其功能性能参数．在此基础上，整机在绝对重力基准点上进行比对测试，结果表明小型绝对重力仪IGG-03B观测精度优于20 μGal．

在国内首次进行了超导重力仪传递函数测定实验，通过将已知的阶跃电压信号输入到传感器中实现了武汉台超导重力仪(OSG-065)传递函数的测定．超导重力仪的传递函数包括振幅响应和相位响应(时间延迟)两部分．实验结果表明：大于1 000 s周期频段上归一化振幅响应接近1.0，且几乎不随周期变化；而对于周期小于1 000 s的频段，归一化振幅响应与周期显著相关，因此在使用超导重力仪观测数据研究周期小于1 000 s的信号时须要进行振幅响应改正．时间延迟的测定结果表明武汉台OSG-065的GGP1滤波通道输出记录对于周期大于4 000 s的时间延迟为10.16±0.01 s，在数据分析时须要考虑．估计的时间延迟精度达到0.01 s，符合国际地潮中心全球地球动力学计划(GGP)的要求．对于周期小于4 000 s的频段，时间延迟与周期显著相关，该频段内的信号研究也必须考虑时间延迟改正．综上所述：振幅响应须要在研究周期小于1 000 s的观测信号时考虑，而时间延迟则在全部周期信号中都须要考虑．本研究测定了武汉台OSG-065的传递函数，为我国其它超导重力仪传递函数的测定提供了基本参考．

针对中国大陆重力站主要装备的gPhone相对重力仪(约62套)由于缺乏标定，限制其高精度重力数据的科学应用的问题，收集了中国大陆12站同址FG5绝对重力观测与同时段gPhone观测的资料，提出了基于DDW-NHi全球潮汐模型约束的FG5绝对比测标定gPhone重力仪的方法，并与gPhone重力仪出厂格值法、理论固体潮标定法进行比较，讨论未来绝对重力标定的策略．研究结果表明：利用同址绝对观测时长26~64 h资料标定gPhone重力仪，格值系数的相对误差为±0.001 3~±0.003 8；标定后各站重力残余振幅≤1×10-8 m/s2，达到gPhone重力仪标称精度，优于出厂格值和理论固体潮标定结果；标定后经固体潮、气压负荷潮改正的重力残差振幅与中国大陆海潮负荷规律相符．

首先对云南流动重力测网2018~2020年陆地时变重力数据进行精细化处理，基于测期准同步的绝对重力数据，引入贝叶斯重力平差方法对多台CG-5型相对重力仪的格值系数进行优化估计，同时获取了多台仪器的非线性漂移特征；其次，利用重力段差、段差残差及互差相关性分析来评估数据质量，开展绝对重力交叉检验，量化了仪器漂移率变化及格值系数不准引起的误差；最后，在设定场源异常体参数情况下，采用球面六面体单元构建不同分辨率的重力异常扰动模型进行检测板测试，并通过等效源反演方法对场源体进行恢复，进而评估了测网的场源分辨能力．结果表明：贝叶斯平差方法能有效降低CG-5型相对重力仪的非线性漂移及格值系数偏差带来的不确定性，进而提高平差数据精度；测网在主要块体边界带及断裂附近的场源分辨能力以0.50°×0.50°为主，而在测点密集的小江断裂带、红河断裂带北段等区域，其场源分辨能力达0.25°×0.25°．研究结果能提供高精度的陆地时变重力数据，优化测网布局，且有助于更好地研究地震重力监测、地壳垂直运动、地下水变化和地球内部物质运移等地球物理学问题．

绝对重力仪在长期使用过程中，同一台仪器完成的多期观测数据，会因为激光波长和原子钟频率波动等自身因素导致的性能改变，造成观测数据出现轻微偏差；此外，同一测点各期使用不同仪器测量，不同仪器之间的互差也会导致多期观测数据之间存在一定程度偏差，当后期计算重力变化趋势时，必须通过统一重力基准处理，将这种因测量仪器性能改变引起的基准偏差予以剔除．通过对2010至2020年云南区域内的陆态网络9个重力基准点的历期绝对重力观测数据分析，提出了一种统一重力基准的方法，对比了重力基准统一前后，短期(期与期之间)和长期的重力变化趋势，虽然整体变化趋势基本保持一致，改变量也小，但也存在部分测点的短期变化趋势反转、长期变化速率改变量大的现象，重力基准的统一对于研究重力场变化速率十分必要．

与传统测量方法相比，利用高精度时频信号测定重力位更加快捷，可实现陆地与岛屿之间的重力位差测定．进入21世纪以来，随着原子钟的精度不断提高，使得高精度时频信号测定重力位成为可能，相对论方法测定重力位逐渐成为全球研究热点，并取得了重要进展与成果．这里介绍了高精度时频信号测定重力位的基本原理，包括光纤电缆信号传递、激光时间传递、卫星双向时频传递、GNSS共视时频传递、GNSS载波相位时频传递、卫星频率信号传递和VLBI时频信号传递等测定重力位的方法和技术，并讨论了时频信号传递测定重力位的发展趋势．未来原子钟精度达到10-18量级时，有望在厘米级精度测定重力位和海拔高．

推导了斯托克斯函数非奇异的严密直接赋值模型，在此基础上，采用某物理大地测量试验区的实测地面重力数据，实现了对我国首套航空重力矢量测量系统的外符合精度评估．实验结果表明：新推导模型的积分核函数离散化误差明显小于经典赋值模型，利用该模型评估的航空重力矢量测量数据的外符合精度，水平分量优于8.5 mGal，垂直分量优于3 mGal．

面向我国黑龙江五大连池航空重力梯度标定场建设对高分辨率、高精度地形数据的需求，采用无人机摄影测量与机载激光扫描手段对标定场核心区域老黑山、笔架山、卧虎山附近约33 km2区域进行了精细地形测量．详细介绍了无人机任务规划、控制点设置、影像与激光的原始数据处理，以及点云滤波、数字地形模型生成步骤，并通过检查点验证正射影像与数字高程模型的绝对精度．结果表明：本项目正射影像平面、高程最大均方根误差分别为16.7和13.8 cm，数字高程模型最大高程中误差为4.6 cm，符合航空重力梯度标定场建设要求．生成的数字地形模型可为后续高精度地形改正的计算与分析提供重要的基础产品．

在自研高精度MEMS加速度计基础上，成功研制了旋转加速度计式重力梯度仪样机，其中MEMS加速度计的自噪声为0.7×10-9g Hz-1/2，重力梯度仪的自噪声达到40 E•Hz1/2，实验室静基座测量的分辨率达到10 E，在静态环境下满足了重力梯度测量的需求．为了实现航空环境下的重力梯度测量，结合高精度加速度计输出模型及重力梯度仪安装误差模型，通过精确测量模型中的各项系数，建立了重力梯度仪在载体运动、磁场及温度等航空环境多物理场作用下的测量误差模型，推动移动平台重力梯度测量实用化．

将三维重力反演技术引入航空重力梯度标定研究，给出利用地形数据和地面重力数据解算航空重力梯度全分量的一种新技术路径．通过理论模型试验，验证了技术的有效性和可靠性，模型试验结果表明：重力反演解的非唯一性对航空重力梯度解算精度影响较小，解算误差低于反演残差水平，证明此技术可用于处理非格网含噪的实测重力数据．将此技术应用于五大连池尾山地区，联合地面加密实测重力异常数据、SRTM数字地形模型和EGM2008全球重力场模型解算此区域航空重力梯度扰动全分量，解算误差低于5.8 E，满足航空重力梯度标定要求．

综述了空间静电加速度计研制中的关键技术，包括敏感探头研制、精密测量和控制、地面性能测试等，重点介绍了华中科技大学引力中心团队在高精度空间静电加速度计研制中的研究进展，并给出了多次空间飞行实验的结果，最后对静电加速度计性能进一步提高，以及对今后空间引力波探测中的惯性传感器设计与应用进行了展望．

为了解决GRACE时变重力研究全球或区域质量迁移中信号失真问题，学者们多采用信号反演方法，以恢复地表真实质量迁移信息．时变重力信号反演是卫星时变重力研究中最核心的关键技术之一．然而，目前反演方法众多，如单一尺度因子法、变尺度因子法、Forward Modeling、频率域反演方法、空间域最小二乘反演法等，它们之间的共性、差异性及适用性尚不十分清晰，是有待解决的重要科学与技术问题．为此总结了常用的GRACE重力信号反演方法研究的进展与现状，讨论了目前存在的问题，对比了不同反演方法的优缺点、应用领域差异，提供了反演方法选择的思路，并展望了未来重力卫星发展趋势，为卫星时变重力应用研究提供科学参考和依据．

天琴一号卫星搭载了静电悬浮加速度计、GNSS接收机和星象仪，可实现地球重力场探测的高低卫星跟踪卫星技术．这里利用自主研制的动力法反演软件，采用天琴一号(TQ-1：Tianqin-1)30 h观测数据反演了截断至15阶次的静态地球重力场模型，计算结果表明：TQ-1卫星数据反演的地球重力场模型在15阶次内的信噪比均大于1，说明利用TQ-1数据具备实现15阶次地球重力场的反演能力；通过与包含8 a高低卫星跟踪卫星观测信息的AIUB-CHAMP03S模型对比可知，利用TQ-1卫星数据反演的地球重力场模型位系数误差整体优于10-8量级；通过与包含13 a低低卫星跟踪卫星观测信息的HUST-Grace2016s模型对比可知，利用TQ-1卫星数据反演的地球重力场模型可获取全球格网重力异常和全球格网大地水准面信息，二者空间分布特征较为一致．计算结果为采用我国自主研发的高低卫星跟踪卫星技术获得的首个地球重力场模型，表明我国具备了采用该技术获取地球重力场模型的能力，可为发展我国自主研发的重力卫星提供重要技术参考．

针对海空重力测量常见的粗差和系统误差干扰问题,在分析评估国际上近期发布的卫星测高重力模型的可靠性和有效性基础上，提出了利用卫星测高重力模型作为比对控制基准，分步检测海空重力测量大粗差、小粗差和系统偏差的方法、流程及计算模型，分析比较了不同检测方法的技术特点和适用条件，使用海上实际观测数据对推荐的检测方法进行了有效性验证，证明将卫星测高重力模型应用于海空重力测量粗差和系统误差检测是可行和有效的．

由于GRACE-FO卫星的K波段星间精密测距载荷工作时受到电离层影响，导致星间距离数据不可避免地含有电离层延迟误差，影响重力场反演精度．为深入分析电离层延迟效应对星间距离变化率及重力场反演的影响，利用2019年1月的GRACE-FO卫星 Level-1A级数据自主实现KBR1B产品预处理过程，分别解算不考虑电离层延迟的K/Ka单频星间距离和双频消电离层延迟的星间距离，并导出星间距离变化率，解算了60阶次的重力场模型，结果分析表明：不进行电离层延迟改正得到的星间距离变化率和K波段测距系统(KBR)双频测距消除电离层延迟的星间距离变化率的差异约为2.0×10-5 m/s，不满足星间距离变化率的精度要求，影响重力场模型尤其是中高阶位系数的解算精度，且随着阶次的增加影响越大；此外自主处理的星间距离结果与美国喷气动力实验室提供的结果精度相当．

针对球谐函数方法构建全球重力场模型不能顾及重力场局部特征差异的问题，提出了一种基于卫星重力梯度数据精化局部重力场的径向基函数方法及数据处理方案．以北美地区为例，采用GOCE(地球重力场与静态海洋环流探测)卫星重力梯度数据和ITG-GRACE2010S模型法方程反演的全球重力场为背景模型，通过频域内定权的级联滤波方法抑制重力梯度低频系统误差和有色噪声，基于球面样条核函数和分区正则化策略构建了更符合区域特征的局部重力场模型．利用高精度的GOCO06S模型和GPS(全球定位系统)水准数据进行检核，结果表明：构建的局部重力场模型比同期数据解算的全球重力场模型精度更高，并且新版GOCE数据的解算精度明显优于旧版．