[发明专利]一种重力梯度仪自标定方法及离心梯度补偿方法

说明书

本发明公开一种重力梯度仪自标定方法及离心梯度补偿方法，其中重力梯度仪自标定方法通过改变重力梯度仪的水平倾斜角或惯性稳定平台的旋转角速度改变重力梯度仪敏感的离心梯度，记录不同离心梯度激励下重力梯度仪的输出及检测的离心梯度数据完成重力梯度仪标度系数、零偏的标定；根据标定模型及重力梯度仪的输出得到含有离心梯度的重力梯度数据，将其减去检测的离心梯度，实现离心梯度补偿。本发明提供的标定方法可由计算机自动运行，实现自标定，该方法仅依靠重力梯度仪本身，不需要依赖外部检测质量即可完成标定，该标定方法，方便、简洁、容易实施。

技术领域

本发明涉及一种旋转加速度计重力梯度仪自标定和离心梯度补偿方法，属于精密测量技术领域。

背景技术

重力梯度是重力场场强(重力加速度)的一阶导数，重力势能的二阶导数，重力梯度相比重力加速度矢量，它能更丰富地描述重力场的信息，反映重力场场源的空间变化，建模地球重力场。它目前已成功应用于矿藏勘探，辅助高精度导航，地质分析，重力场建模等领域。目前国外已经投入商业应用的重力梯度仪主要有旋转加速度计重力梯度仪，在研的具有应用前景的重力梯度仪有冷原子重力梯度仪、超导重力梯度仪、MEMS重力梯度仪等，我国的重力梯度仪样机正处于研制中。

目前，有关重力梯度仪标定的专利和文献，采用施加外部检测质量利用万有引力场来激励重力梯度仪，标定重力梯度仪。这类标定方法，需要外部检测质量，且需要人为改变检测质量体的质量和位置，标定过程复杂，标定效率低。

发明内容

技术问题：本发明提供一种仅依靠重力梯度仪本身，不需要依赖外部检测质，准确、高效的重力梯度仪自标定的方法，同时能够对重力梯度仪输出数据中含有的离心梯度进行补偿。

技术方案：本发明的重力梯度仪自标定方法及离心梯度补偿方法，其实施的硬件装置，包括旋转加速度计重力梯度仪、惯性稳定平台、离心梯度检测单元和内设有重力梯度仪自标定程序、离心梯度补偿程序的计算机设备；所述的旋转加速度计重力梯度仪安装在惯性稳定平台上；所述的重力梯度仪、惯性稳定平台、离心梯度检测单元都通过数据线连接到计算机设备；所述的计算机设备安装有重力梯度仪自标定程序及离心梯度补偿程序。

上述离心梯度检测单元它由陀螺仪及离心梯度信号处理模块组成；陀螺仪安装在重力梯度仪测量坐标系的x轴和y轴，测量x轴，y轴的角速度。离心梯度信号处理模块，将根据陀螺仪采集的角速度数据，计算出离心梯度，由于陀螺数据的采样率较高，计算得到的离心梯度数据的数据采样率会高于重力梯度仪输出的数据采样率，因此需要对陀螺数据计算的离心梯度数据进行抗混叠滤波及降采样，使输出的数据采样率等于重力梯度仪输出数据的采样率；离心梯度信号处理模块，根据下式计算离心梯度：

式中ω_x，ω_y分别为GGI测量坐标系x轴，y轴陀螺输出的数据。

本发明的重力梯度仪自标定方法，包括以下步骤：

1)建立重力梯度仪测量坐标系Oxyz如下：原点O为重力梯度仪旋转圆周中心，x轴指向加速度计A1的初始位置，y轴指向加速度计A3的初始位置；

2)分别在重力梯度仪倾斜和不倾斜时改变重力梯度仪离心梯度激励的大小，并记录用于标定的数据，其中在重力梯度仪倾斜时的处理方法为：

将重力梯度仪倾斜水平角度(θ_x，θ_y)，然后惯性稳定平台绕外框轴Z以角速度ω旋转N周，计算该过程中重力梯度仪输出数据的平均值和离心梯度数据的平均值，将这两个平均值作为用于标定的数据；

每改变一次重力梯度仪的水平倾斜角或惯性稳定平台绕Z轴的旋转角速度，则按照上述方式计算并记录一组用于标定的数据，记录的第k组数据表示为其中分别表示记录的重力梯度仪第1通道输出和第2通道输出，分别表示记录的离心梯度检测单元第1通道输出和第2通道输出，总共记录m组数据，其中m≥2，k为数据的序号；