圆饼卫星三轴姿态控制

利用卫星低轨道两个主要环境力矩 (重力梯度矩和地磁力矩 )对卫星三轴姿态进行控制。卫星的形状为圆饼状 ,用以获得所需的重力梯度矩。卫星上的永久磁棒获取所需的地磁力矩。为了提高卫星的姿态精度 ,沿永久磁铁方向安装一反作用飞轮。对卫星在圆轨道的姿态进行了分析 ,并给出仿真结果。从分析和仿真结果可以看出 ,此卫星具有结构简单、姿态稳定、精度高等优点。     

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。     

潜器水下重力匹配导航研究进展

由于水下重力匹配导航是提高潜器水下导航精度的重要手段,因此本文对海洋重力场、重力仪、重力梯度仪的研究进展进行综述。首先,总结了海洋重力场国内外研究进展,回顾了SS系列、KMS-DNSC-DTU系列全球重力场模型的发展历程;其次,重点介绍了重力仪/重力梯度仪种类、精度水平、国内外研究进展,列出了不同类型重力仪/重力梯度仪的代表型号;最后,简述了钱学森空间技术实验室天空海一体化导航与探测团队阶段性研究成果。     

基于多种位场数据及3D反演结果的综合解释方法

近期位场梯度数据在勘探地球物理观测数据解释中的作用日益增加,随着计算机等硬件设施的进步,处理大型数据能力的增强,重力数据3D反演方法也越来越多的应用到重力数据解释工作中。本文提出结合重力数据、梯度数据及重力数据3D反演结果的综合解释方法,并将此解释方法应用到虎林盆地观测数据、梯度数据及3D反演结果的综合解释工作中。本文首先讨论单个棱柱体的重力数据、梯度数据的计算方法以及重力数据3D反演方法;然后,编制了matlab程序计算重力数据、梯度张量数据并处理重力数据的3D反演;最后,根据计算的数据详细讨论了梯度九分量之间的关系及重力数据反演结果的数值特征,提出结合梯度九分量数据及重力数据3D反演方法联合解释方法。模型试算及解释结果表明重力梯度数据对进一步提高勘探地球物理观测数据的解释精度及确定埋深较浅的异常源位置及水平尺寸等信息起到重要的作用,将其与重力数据3D反演方法联合解释可更准确的刻画异常源的分布特征。最后经过此综合解释方法将虎林盆地划分为8个构造单元。     

重力场匹配导航的全张量重力梯度基准图模拟

针对目前重力场匹配导航研究的需要,提出了一种计算机模拟全张量重力梯度基准图的方法,可利用地形高程数据模拟计算局部地区的重力梯度数字地图.该方法从扰动重力梯度的原理出发,分析了地形起伏对重力梯度场的影响,并提出以立方体为地形单元模型,积分计算测量点附近的地形对测量点重力梯度各个分量值的扰动影响.在此基础上模拟格网式测量,从而得到较高分辨率的全张量重力梯度数字地图.仿真实验表明,这种方法计算所得的重力梯度基准图可以精确到10-2～10-1E,相对误差为8.27%,并且存在大量的细节纹理,有着较好的导航应用前景.与实测数据的对比分析说明,所得的重力梯度基准图基本符合实测数据的特性,所提出的方法可以作为一种有效的全张量重力梯度基准图模拟的方法.     

基于深度加权的重力梯度数据联合相关成像反演

针对矿产勘查中相关成像反演存在的纵向分辨率较低的问题，提出了一种基于深度加权的重力梯度数据相关成像反演方法.通过联合多个重力梯度分量、引入基于先验信息的深度加权函数与地下空间分区加权等方法，提高反演的纵向空间分辨率.在数据试验中，利用立方体组合模型证实了提出的方法能够准确反演出目标体的空间位置，计算的密度数值范围与理论模型基本一致，且方法具有一定的抗噪能力.将反演应用于美国文顿盐丘地区的实测重力梯度数据，结果显示出的盖岩位置与已知地质资料相符，证明了本文方法具有可行性和实用性.     

挠性充液卫星姿态动力学建模研究

为了研究带重力梯度杆的充液卫星姿态动力学 ,利用带端质量的等效悬臂梁模型及液体晃动的等效力学模型 ,即一组球面摆和一个轴对称圆盘 ,建立了挠性充液耦合的卫星姿态动力学方程。根据某微小卫星的具体参数 ,利用多变量控制系统极点配置选取了 3个反作用飞轮的控制率 ,通过数值仿真计算 ,得到了刚柔耦合及挠性充液耦合卫星姿态角的变化规律。仿真结果表明 ,采用三轴反作用飞轮控制方法 ,并对挠性振动进行动态补偿 ,可以改善姿态控制精度 ;同时得到了液体晃动对姿态角精度的影响     

高精度石英挠性加速度计闭环系统的设计与分析

探讨了石英挠性加速度计的分辨率影响因素,提出了一种对现有石英挠性加速度计的改进设计.根据重力梯度测量对加速度计分辨率的要求,推导出摆片的固有频率,然后使用有限元方法重新设计加速度计的摆片结构.另外,为了降低加速度计的机械热噪声,对表头抽真空,通过加入比例-微分环节对加速度计的控制回路进行阻尼补偿.计算出系统的开环传递函数,并对其进行动态性能仿真分析.分析结果表明:加速度计系统通过在系统前向通道添加比例微分环节能够补偿系统的阻尼,消除加速度计在固有频率处的振荡,使加速度计闭环后处于临界阻尼状态并保持系统的稳定性.改进后加速度计的系统带宽为515Hz,响应时间为3.7m s,分辨率达到10-10g,能够满足高精度测量的需要.     

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.     

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．