一種利用重力梯度儀測量引力梯度的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用重力梯度儀測量引力梯度的方法。本發(fā)明通過引力產(chǎn)生裝置作用于重力梯度儀的引力梯度輸出表達(dá)式，確定了一條空間中理論引力梯度變化最為顯著的軌跡，然后引力產(chǎn)生裝置在理論推導(dǎo)出的最佳優(yōu)化軌跡上移動，測量引力產(chǎn)生裝置在軌跡上的各個點上導(dǎo)致的引力梯度，經(jīng)過信號存儲及處理，將測量的引力梯度與理論引力梯度值比較作判斷，獲取重力梯度儀的測量精度及分辨率。本發(fā)明可以進行重力梯度儀的精度測試、參數(shù)標(biāo)定和誤差校準(zhǔn)，填補了國內(nèi)重力梯度測量的空白。
【專利說明】一種利用重力梯度儀測量引力梯度的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種測量引力梯度的方法，尤其涉及一種利用重力梯度儀測量引力梯度的方法，屬于測量【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，高精度導(dǎo)航、地球物探、潛艇精確潛行等都對獲取重力場信息提出了更高的要求。重力梯度儀是一種重要的重力場信息測量技術(shù)和方法。相比較重力儀，重力梯度儀具有以下優(yōu)勢:重力梯度儀克服了重力梯度測量系統(tǒng)運動載體的線加速度的影響；重力梯度儀的精度潛力巨大；重力梯度儀可以進行重力張量測量。目前，國外重力梯度儀相關(guān)技術(shù)已經(jīng)成熟，上世紀(jì)80年代重力梯度儀已經(jīng)投入民用。而國內(nèi)相關(guān)的重力梯度儀研制還處于理論分析、工程樣機的研制，相關(guān)的測量技術(shù)、方法還處于較原始的階段。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的技術(shù)解決問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種利用重力梯度儀測量引力梯度的方法，通過引力產(chǎn)生裝置在最佳優(yōu)化軌跡上的移動進行引力梯度的測試，該測量方法簡單，測量精度高。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:一種重力梯度儀測量方法，步驟如下:
[0005](I)將四個加速度計均布在單軸重力梯度儀的圓形旋轉(zhuǎn)部件上，相鄰兩個加速度計的敏感軸相互垂直，相對兩個加速度計的敏感軸方向相反，四個加速度計的敏感軸方向正切圓形旋轉(zhuǎn)部件；
[0006]其中單軸重力梯度儀的坐標(biāo)系為東北天地理坐標(biāo)系，記為0ΧΥΖ，圓形旋轉(zhuǎn)部件的圓心為坐標(biāo)系的原點0，單軸重力梯度儀的旋轉(zhuǎn)軸垂直于大地水準(zhǔn)面，圓形旋轉(zhuǎn)部件的半徑為r，旋轉(zhuǎn)角速度為ω ；
[0007](2)將引力產(chǎn)生裝置設(shè)置在距圓形旋轉(zhuǎn)部件圓心2m的空間內(nèi)；
[0008](3)理論計算引力產(chǎn)生裝置作用于圓形旋轉(zhuǎn)部件圓心處的引力梯度，計算公式為:
【權(quán)利要求】
1.一種利用重力梯度儀測量引力梯度的方法，其特征在于步驟如下：(1)將四個加速度計均布在單軸重力梯度儀的圓形旋轉(zhuǎn)部件上，相鄰兩個加速度計的 敏感軸相互垂直，相對兩個加速度計的敏感軸方向相反，四個加速度計的敏感軸方向正切 圓形旋轉(zhuǎn)部件；其中單軸重力梯度儀的坐標(biāo)系為東北天地理坐標(biāo)系，記為0XYZ，圓形旋轉(zhuǎn)部件的圓心 為坐標(biāo)系的原點0，單軸重力梯度儀的旋轉(zhuǎn)軸垂直于大地水準(zhǔn)面，圓形旋轉(zhuǎn)部件的半徑為 r,旋轉(zhuǎn)角速度為《 ；(2)將引力產(chǎn)生裝置設(shè)置在距圓形旋轉(zhuǎn)部件圓心2m的空間內(nèi)；(3)理論計算引力產(chǎn)生裝置作用于圓形旋轉(zhuǎn)部件圓心處的引力梯度，計算公式為： _ AGttpR^ 2 ； — 4G7rpR^
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用重力梯度儀測量引力梯度的方法，其特征在于：所 述引力產(chǎn)生裝置為球體，材料為鉛，密度均勻分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用重力梯度儀測量引力梯度的方法，其特征在于：所 述步驟（4)進行仿真時，引力產(chǎn)生裝置的半徑R取0. lm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用重力梯度儀測量引力梯度的方法，其特征在于：所 述單軸重力梯度儀圓形旋轉(zhuǎn)部件與大地水平面之間的夾角范圍為[-0.3° ,0.3° ]。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用重力梯度儀測量引力梯度的方法，其特征在于：所 述引力梯度測量系統(tǒng)由四個加速速度計、四個I/V轉(zhuǎn)換電路、兩個一級放大電路、二級放大 電路、陷波電路、帶通濾波電路、相敏檢波電路和低通濾波電路組成，四個加速度計產(chǎn)生的 四路電流信號分別經(jīng)過四個I/V轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成四路電壓信號，每組加速度計轉(zhuǎn)換的兩路 電壓信號分別經(jīng)過一個一級放大電路進行放大處理用于抵消電壓信號中極性反的一倍頻 調(diào)制信號，并將同極性的二倍頻調(diào)制信號進行相加放大，二級放大電路對兩個一級放大電 路輸出的電壓信號進行相加放大，陷波電路對二級放大電路放大后的電壓信號進行一倍頻 信號抑制再次扣除殘留的一倍頻調(diào)制信號，帶通濾波電路對陷波電路輸出的電壓信號進行帶通濾波，帶通濾波后的電壓信號通過相敏檢波電路進行相敏檢波后最后經(jīng)過低通濾波電路濾波得到梯度張量電壓信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用重力梯度儀測量引力梯度的方法，其特征在于:所述I/ν轉(zhuǎn)換電路由反相比例放大電路、積分電路、電壓跟隨電路和電阻Rf組成，其中第一運算放大器A1與電阻Rf、電容C。組成反相比例放大電路實現(xiàn)電流信號到電壓信號的轉(zhuǎn)換，電阻&、電容C。并聯(lián)后接在第一運算放大器A1的反向輸入和輸出端之間，第二運算放大器A2、電阻R1和電容C組成積分電路，電容C接在第二運算放大器A2的反向輸入端和輸出端之間，電阻R1接在第一運算放大器A1的輸出端與第二運算放大器A2的反向輸入端之間，第三運算放大器A3、電阻R2和電阻R3組成電壓跟隨器，電阻R2接在第二運算放大器A2的輸出端與第三運算放大器A3的反向輸入端之間，電阻R3接在第三運算放大器A3的反向輸入端與輸出端之間，第三運算放大器A3的輸出端與輸入電流之間接電阻Rf，第一運算放大器A1、第二運算放大器A2與第三運算放大器A3的正向輸入端接地。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用重力梯度儀測量引力梯度的方法，其特征在于:所述帶通濾波電路由四個運算放大器A4、A5、A6、A7、8個電阻R 4、R 5、R 6、R 7、R 8、R 9、R 1(1、R n和兩個電容C p C 2組成，電阻R 4的一端接陷波電路的輸出，另一端接第四運算放大器~的反向輸入端，電阻R 5接在第四運算放大器A4的輸出端和反向輸入端之間，第四運算放大器A4的輸出端依次接電阻R6、R7形成帶通電路的輸出，第六運算放大器A6的正向輸入端接在電阻R6、R7之間，電阻R9接在第六運算放大器A6的反向輸入端和輸出端之間，電阻R8接在第五運算放大器A5的反向輸入端和第六運算放大器A6的輸出端之間，電阻Rltl接在第六運算放大器A6的反向輸入端和第七運算放大器A7的輸出端之間，電容C2接在第五運算放大器A5的反向輸入端和輸出端之間，第五運算放大器A5的輸出端接電阻&的輸出端，電容C1接在第七運算放大器A7的反向輸入端和輸出端之間，電阻R11接在第七運算放大器A7的反向輸入端和第五運算放大器A5的輸出端之間，運算放大器A4、A5、A7的正向輸入端接地。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用重力梯度儀測量引力梯度的方法，其特征在于:所述陷波電路由運算放大電路AS、電阻R12、R13、R14和權(quán)利要求3所述的帶通濾波電路組成，電阻R14接在運算放大電路AS的輸出端和反向輸入端之間，電阻R13與帶通濾波電路串聯(lián)接在運算放大電路A8的輸出端和反向輸入端之間，電阻R12的一端接二級放大電路的輸出，另一端接運算放大電路A8的反向輸入端，運算放大電路A8的輸出作為陷波電路的輸出。
【文檔編號】G01V7/00GK103499845SQ201310403700
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年9月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月6日
【發(fā)明者】馬存尊, 李海兵, 楊慧, 馬杰, 韓軍海, 郭剛 申請人:北京航天控制儀器研究所