旋转MEMS加速度计航空重力梯度仪多物理场作用误差分析

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·Hz^1/2,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．     

全张量重力梯度仪测量方程及误差分析

为了研究加速度计性能与全张量重力梯度仪测量精度之间的关系,从全张量重力梯度仪的测量原理出发,建立了重力梯度仪的测量方程,并根据坐标变换矩阵得到测量坐标系和惯性平台坐标系下全张量重力梯度仪的输出表达式.根据加速度计的输入输出数学模型,给出了包含加速度计性能参数的输出方程,并分析了加速度计性能对全张量重力梯度仪测量精度的影响.理论分析结果表明,当旋转圆盘中心存在加速度时,加速度计的零位偏置、标度系数的非一致性以及二阶非线性系数均产生重力梯度测量误差.通过采用高精度加速度计、高精度稳定平台及标度系数在线自动补偿技术,可以提高重力梯度仪的测量精度.     

基于捷联惯导系统/差分全球定位系统的航空重力测量技术

地球重力场资源对促进大地测量学、空间科学、地球物理学、地球动力学、海洋学、资源勘探以及现代军事学的发展具有重要作用。在阐述了航空重力测量基本原理基础上,详细分析了基于捷联惯导系统的航空重力测量原理及其关键技术,以及我国航空重力测量技术发展的技术基础。     

旋转加速度计重力梯度仪数据处理方法

为了有效去除旋转加速度计重力梯度仪输出信号中的各种干扰噪声,提出了一种提取重力梯度信号的有效方法.首先对重力梯度仪输出信号进行故障诊断,然后采用基于Chebyshev最佳一致逼近法设计的带通滤波器对故障诊断后的信号进行滤波,并对滤波后的重力梯度信号进行梯度解调,最后采用dmey小波基函数强制阈值方法对解调后的重力梯度信息做进一步去噪处理.在重力梯度半物理仿真平台上进行了仿真试验测试,结果表明,所提方法可以有效降低有用信号均方差,不会造成数据丢失和信号偏移,提高了重力梯度测量精度.     

卫星重力梯度数据用于精化地球重力场的研究

确定厘米级大地水准面和发展超高阶地球重力场模型是现代物理大地测量的主要科学目标之一。卫星重力梯度测量的实现将为这一目标做出重大贡献。文章着重评述这一领域的研究进展，并讨论利用卫星重力梯度数据精化地球重力场的若干理论和方法问题。     

卫星相关研究概述

1卫星稳定法 卫星的在轨稳定可由下述主动或被动方法获得。 1.1重力梯度 重力梯度是一种被动稳定方法,有时用于LEO小卫星。作用在卫星上最靠近和最远离地球的部件上的引力差形成一个力矩,该力矩维持卫星姿态与当地铅垂线一致。为得到足够的力矩,需在卫星上安装长杆。由于地球同步轨道上的引力差为零,故该法不适用于地球同步卫星。     

弓形结构冷原子干涉重力测量精度分析

为了提高冷原子干涉测量重力的精度,提出了一种弓形结构干涉方案.该方案通过改变施加在冷原子上的Raman脉冲的方向和数量,构造出弓形结构的干涉路径.根据激光传播相位得到干涉相位差和重力加速度的线性关系,其比例系数决定了干涉仪的灵敏度;利用费曼路径积分的方法计算原子波包的传播相位,并应用微扰理论分析重力梯度误差和地球自转误差;使用矩阵方法分析原子波包干涉不重合误差.与Mach-Zehnder型和四单向脉冲干涉仪相比,弓形结构的重力梯度误差和波包不重合误差均得到降低.又推导了含有多个弓形结构的干涉仪相位差与光脉冲相位和重力加速度的关系式,发现随着弓形结构数量的增加,干涉仪的灵敏度不断提高,但其提高的程度递减.     

富锦-友谊地区航空电磁测量影响因素分析

航空电磁法作为一种快速有效的地球物理勘探方法,近年来被广泛应用于各个研究领域。为了对影响直升机时间域航空电磁测量的因素进行分析和评价,通过对黑龙江富锦-友谊地区进行航空电磁测量,分析在不同的测量条件下对测量数据的影响,包括不同发射基频以及不同飞行高度。同时对测量数据质量进行评测,通过不同的飞行指标是否满足精度来评测本次飞行的稳定性和可靠性。评价指标包括重复线测量数据质量、飞行高度以及测线偏航统计等。分析结果表明:本次飞行工作所采集的航空电磁数据可靠,通过电导率深度剖面图说明所选取的飞行高度和发射基频合理. 本次研究工作为今后更好地开展航空电磁测量提供了依据。     

重力梯度仪仿真系统设计

为了研究旋转加速度计重力梯度仪信号产生和处理方法,设计了重力梯度仪半实物仿真系统。首先依据 重力梯度仪的测量原理计算出由地下某异常体引起的重力梯度异常值,利用加速度计的输出公式,通过 LabVIEW对全张量重力梯度仪的12 个加速度计输出信号进行仿真,并对仿真信号进行解调,得到全张量重力 梯度值。以单圆盘为例进行半实物仿真,由计算机A 产生加速度信号经过硬件电路后,通过计算机B 对调理 过的加速度计信号进行中值滤波和解调,从而获得重力梯度异常值,精度为100 E。这种仿真系统的设计可以 对全张量的重力梯度进行解调,突破了解调单圆盘信号的局限性,引入的半实物仿真增加算法的可靠性和仿真 的可信度,对重力梯度仪的参数设计和实物制造有参考意义。     

一种重力梯度小卫星实时姿态控制方法研究

重力梯度卫星是一种利用重力梯度力矩来实现对地定向的卫星.它在达到重力梯度稳定之前还需要消旋、重力梯度捕获等过程,需要一定的主动控制.本文针对重力梯度小卫星的动力学特性,在卫星本体坐标系下建立了数学模型.考虑到小卫星的质量和功耗限制,选取了功耗、质量较小的磁力矩器作为控制手段.依据当地的地磁场强度调整磁力矩器磁矩大小,从而产生相应的磁力矩对卫星进行主动控制.依此方法,在Matlab/Simulink中建立模型进行仿真运算.在对仿真结果进行分析的基础上加入星载计算机实物进行半物理实时仿真.仿真结果表明,这种控制方法可以满足重力梯度小卫星所需要的主动控制要求.