[发明专利]一种航空重力梯度仪自梯度补偿方法

摘要

本发明公开了一种航空重力梯度仪自梯度补偿方法，首先把重力梯度仪放置在高精度稳定平台上，调整运载体姿态并实时记录运载体姿态、燃油质量以及在该状态下对应的重力梯度测量信息；然后将初始重力梯度值与不同状态下的重力梯度测量值相减得到相应状态下的自梯度值；最后对含有运载体姿态和燃油质量信息的航空重力梯度测量值与相同状态下的自梯度值进行相减，得到重力梯度仪真实测量到的重力梯度信息。本发明可以实现航空重力梯度的自梯度补偿，能够进一步提高航空重力梯度的测量精度。

主权项

1.一种航空重力梯度仪自梯度补偿方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)以重力梯度仪中心为原点，东北天方向为坐标轴建立重力梯度仪坐标系ox_gy_gz_g和运载体坐标系ox_by_bz_b，所述重力梯度仪坐标系ox_gy_gz_g表示为g系，运载体坐标系ox_by_bz_b表示为b系；初始时刻g系与b系重合；2)调整运载体姿态，采集并记录运载体姿态信息、燃油质量信息和重力梯度仪输出信息，然后进行自梯度标定；3)根据下式计算g系到b系的旋转矩阵其中，ψ、λ和分别为运载体的航向角、俯仰角和横滚角；根据下式计算在g系下运载体姿态变化前后的重力梯度张量元素变化量，即运载体姿态变化引起的自梯度分量：其中，为在g系下运载体姿态角为ψ、λ和时对应的在x轴方向上的重力加速度分量在x轴方向上的空间导数变化量，为在g系下运载体姿态角为ψ、λ和时对应的在x轴方向上的重力加速度分量在y轴方向上的空间导数变化量，为在g系下运载体姿态角为ψ、λ和时对应的在x轴方向上的重力加速度分量在z轴方向上的空间导数变化量，为在g系下运载体姿态角为ψ、λ和时对应的在y轴方向上的重力加速度分量在y轴方向上的空间导数变化量，为在g系下运载体姿态角为ψ、λ和时对应的在y轴方向上的重力加速度分量在z轴方向上的空间导数变化量，为在g系下运载体姿态角为ψ、λ和时对应的在z轴方向上的重力加速度分量在z轴方向上的空间导数变化量，I_6×6为6行6列单位矩阵，为在b系下运载体姿态角为ψ、λ和时对应的在x轴方向上的重力加速度分量在x轴方向上的空间导数，为在b系下运载体姿态角为ψ、λ和时对应的在x轴方向上的重力加速度分量在y轴方向上的空间导数，为在b系下运载体姿态角为ψ、λ和时对应的在x轴方向上的重力加速度分量在z轴方向上的空间导数，为在b系下运载体姿态角为ψ、λ和时对应的在y轴方向上的重力加速度分量在y轴方向上的空间导数，为在b系下运载体姿态角为ψ、λ和时对应的在y轴方向上的重力加速度分量在z轴方向上的空间导数，为在b系下运载体姿态角为ψ、λ和时对应的在z轴方向上的重力加速度分量在z轴方向上的空间导数,为在b系下运载体姿态角为ψ、λ和时重力梯度仪输出的重力梯度分量信息，为重力梯度向量矩阵，所述重力梯度向量矩阵根据下式计算：其中，C₁₁为中的第1行、第1列元素，C₁₂为中的第1行、第2列元素，C₁₃为中的第1行、第3列元素，C₂₁为中的第2行、第1列元素，C₂₂为中的第2行、第2列元素，C₂₃为中的第2行、第3列元素，C₃₁为中的第3行、第1列元素，C₃₂为中的第3行、第2列元素，C₃₃为中的第3行、第3列元素；4)根据下式计算在t时刻，在g系下运载体姿态角为ψ、λ和时对应的燃油消耗引起的自梯度分量：其中，t为时间，T_o为燃油总消耗时间，为在t时刻，在g系下运载体姿态角为ψ、λ和时对应的燃油消耗引起的自梯度分量Γ_xx，为在t时刻，在g系下运载体姿态角为ψ、λ和时对应的燃油消耗引起的自梯度分量Γ_xy，为在t时刻，在g系下运载体姿态角为ψ、λ和时对应的燃油消耗引起的自梯度分量Γ_xz，为在t时刻，在g系下运载体姿态角为ψ、λ和时对应的燃油消耗引起的自梯度分量Γ_yy，为在t时刻，在g系下运载体姿态角为ψ、λ和时对应的燃油消耗引起的自梯度分量Γ_yz，为在t时刻，在g系下运载体姿态角为ψ、λ和时对应的燃油消耗引起的自梯度分量Γ_zz，为在b系下燃油无消耗、运载体姿态角为ψ、λ和时运载体姿态变化引起的自梯度分量Γ_xx，为在b系下燃油无消耗、运载体姿态角为ψ、λ和时运载体姿态变化引起的自梯度分量Γ_xy，为在b系下燃油无消耗、运载体姿态角为ψ、λ和时运载体姿态变化引起的自梯度分量Γ_xz，为在b系下燃油无消耗、运载体姿态角为ψ、λ和时运载体姿态变化引起的自梯度分量Γ_yy，为在b系下燃油无消耗、运载体姿态角为ψ、λ和时运载体姿态变化引起的自梯度分量Γ_yz，为在b系下燃油无消耗、运载体姿态角为ψ、λ和时运载体姿态变化引起的自梯度分量Γ_zz，为在b系下燃油无消耗时运载体姿态角为ψ、λ和时运载体姿态改变引起的自梯度分量；5)根据下式计算在g系下重力梯度仪测量到的真实重力梯度分量：其中，为在t时刻，在g系下运载体姿态角为ψ、λ和时重力梯度仪测量到的真实重力梯度分量Γ_xx，为在t时刻，在g系下运载体姿态角为ψ、λ和时重力梯度仪测量到的真实重力梯度分量Γ_xy，为在t时刻，在g系下运载体姿态角为ψ、λ和时重力梯度仪测量到的真实重力梯度分量Γ_xz，为在t时刻，在g系下运载体姿态角为ψ、λ和时重力梯度仪测量到的真实重力梯度分量Γ_yy，为在t时刻，在g系下运载体姿态角为ψ、λ和时重力梯度仪测量到的真实重力梯度分量Γ_yz，为在t时刻，在g系下运载体姿态角为ψ、λ和时重力梯度仪测量到的真实重力梯度分量Γ_zz，为在t时刻，在b系下运载体姿态角为ψ、λ和时重力梯度仪实际输出的重力梯度分量Γ_xx，为在t时刻，在b系下运载体姿态角为ψ、λ和时重力梯度仪实际输出的重力梯度分量Γ_xy，为在t时刻，在b系下运载体姿态角为ψ、λ和时重力梯度仪实际输出的重力梯度分量Γ_xz，)为在t时刻，在b系下运载体姿态角为ψ、λ和时重力梯度仪实际输出的重力梯度分量Γ_yy，为在t时刻，在b系下运载体姿态角为ψ、λ和时重力梯度仪实际输出的重力梯度分量Γ_yz，为在t时刻，在b系下运载体姿态角为ψ、λ和时重力梯度仪实际输出的重力梯度分量Γ_zz。