一种利用重力梯度仪测量引力梯度的方法
【专利摘要】本发明公开了一种利用重力梯度仪测量引力梯度的方法。本发明通过引力产生装置作用于重力梯度仪的引力梯度输出表达式，确定了一条空间中理论引力梯度变化最为显著的轨迹，然后引力产生装置在理论推导出的最佳优化轨迹上移动，测量引力产生装置在轨迹上的各个点上导致的引力梯度，经过信号存储及处理，将测量的引力梯度与理论引力梯度值比较作判断，获取重力梯度仪的测量精度及分辨率。本发明可以进行重力梯度仪的精度测试、参数标定和误差校准，填补了国内重力梯度测量的空白。
【专利说明】一种利用重力梯度仪测量引力梯度的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种测量引力梯度的方法，尤其涉及一种利用重力梯度仪测量引力梯度的方法，属于测量【技术领域】。
【背景技术】
[0002]随着科学技术的发展，高精度导航、地球物探、潜艇精确潜行等都对获取重力场信息提出了更高的要求。重力梯度仪是一种重要的重力场信息测量技术和方法。相比较重力仪，重力梯度仪具有以下优势:重力梯度仪克服了重力梯度测量系统运动载体的线加速度的影响；重力梯度仪的精度潜力巨大；重力梯度仪可以进行重力张量测量。目前，国外重力梯度仪相关技术已经成熟，上世纪80年代重力梯度仪已经投入民用。而国内相关的重力梯度仪研制还处于理论分析、工程样机的研制，相关的测量技术、方法还处于较原始的阶段。
【发明内容】
[0003]本发明的技术解决问题是:克服现有技术的不足，提供了一种利用重力梯度仪测量引力梯度的方法，通过引力产生装置在最佳优化轨迹上的移动进行引力梯度的测试，该测量方法简单，测量精度高。
[0004]本发明的技术解决方案是:一种重力梯度仪测量方法，步骤如下:
[0005](I)将四个加速度计均布在单轴重力梯度仪的圆形旋转部件上，相邻两个加速度计的敏感轴相互垂直，相对两个加速度计的敏感轴方向相反，四个加速度计的敏感轴方向正切圆形旋转部件；
[0006]其中单轴重力梯度仪的坐标系为东北天地理坐标系，记为0ΧΥΖ，圆形旋转部件的圆心为坐标系的原点0，单轴重力梯度仪的旋转轴垂直于大地水准面，圆形旋转部件的半径为r，旋转角速度为ω ；
[0007](2)将引力产生装置设置在距圆形旋转部件圆心2m的空间内；
[0008](3)理论计算引力产生装置作用于圆形旋转部件圆心处的引力梯度，计算公式为:
【权利要求】
1.一种利用重力梯度仪测量引力梯度的方法，其特征在于步骤如下：(1)将四个加速度计均布在单轴重力梯度仪的圆形旋转部件上，相邻两个加速度计的 敏感轴相互垂直，相对两个加速度计的敏感轴方向相反，四个加速度计的敏感轴方向正切 圆形旋转部件；其中单轴重力梯度仪的坐标系为东北天地理坐标系，记为0XYZ，圆形旋转部件的圆心 为坐标系的原点0，单轴重力梯度仪的旋转轴垂直于大地水准面，圆形旋转部件的半径为 r,旋转角速度为《 ；(2)将引力产生装置设置在距圆形旋转部件圆心2m的空间内；(3)理论计算引力产生装置作用于圆形旋转部件圆心处的引力梯度，计算公式为： _ AGttpR^ 2 ； — 4G7rpR^
2.根据权利要求1所述的一种利用重力梯度仪测量引力梯度的方法，其特征在于：所 述引力产生装置为球体，材料为铅，密度均匀分布。
3.根据权利要求1所述的一种利用重力梯度仪测量引力梯度的方法，其特征在于：所 述步骤（4)进行仿真时，引力产生装置的半径R取0. lm。
4.根据权利要求1所述的一种利用重力梯度仪测量引力梯度的方法，其特征在于：所 述单轴重力梯度仪圆形旋转部件与大地水平面之间的夹角范围为[-0.3° ,0.3° ]。
5.根据权利要求1所述的一种利用重力梯度仪测量引力梯度的方法，其特征在于：所 述引力梯度测量系统由四个加速速度计、四个I/V转换电路、两个一级放大电路、二级放大 电路、陷波电路、带通滤波电路、相敏检波电路和低通滤波电路组成，四个加速度计产生的 四路电流信号分别经过四个I/V转换电路转换成四路电压信号，每组加速度计转换的两路 电压信号分别经过一个一级放大电路进行放大处理用于抵消电压信号中极性反的一倍频 调制信号，并将同极性的二倍频调制信号进行相加放大，二级放大电路对两个一级放大电 路输出的电压信号进行相加放大，陷波电路对二级放大电路放大后的电压信号进行一倍频 信号抑制再次扣除残留的一倍频调制信号，带通滤波电路对陷波电路输出的电压信号进行带通滤波，带通滤波后的电压信号通过相敏检波电路进行相敏检波后最后经过低通滤波电路滤波得到梯度张量电压信号。
6.根据权利要求1所述的一种利用重力梯度仪测量引力梯度的方法，其特征在于:所述I/ν转换电路由反相比例放大电路、积分电路、电压跟随电路和电阻Rf组成，其中第一运算放大器A1与电阻Rf、电容C。组成反相比例放大电路实现电流信号到电压信号的转换，电阻&、电容C。并联后接在第一运算放大器A1的反向输入和输出端之间，第二运算放大器A2、电阻R1和电容C组成积分电路，电容C接在第二运算放大器A2的反向输入端和输出端之间，电阻R1接在第一运算放大器A1的输出端与第二运算放大器A2的反向输入端之间，第三运算放大器A3、电阻R2和电阻R3组成电压跟随器，电阻R2接在第二运算放大器A2的输出端与第三运算放大器A3的反向输入端之间，电阻R3接在第三运算放大器A3的反向输入端与输出端之间，第三运算放大器A3的输出端与输入电流之间接电阻Rf，第一运算放大器A1、第二运算放大器A2与第三运算放大器A3的正向输入端接地。
7.根据权利要求1所述的一种利用重力梯度仪测量引力梯度的方法，其特征在于:所述带通滤波电路由四个运算放大器A4、A5、A6、A7、8个电阻R 4、R 5、R 6、R 7、R 8、R 9、R 1(1、R n和两个电容C p C 2组成，电阻R 4的一端接陷波电路的输出，另一端接第四运算放大器~的反向输入端，电阻R 5接在第四运算放大器A4的输出端和反向输入端之间，第四运算放大器A4的输出端依次接电阻R6、R7形成带通电路的输出，第六运算放大器A6的正向输入端接在电阻R6、R7之间，电阻R9接在第六运算放大器A6的反向输入端和输出端之间，电阻R8接在第五运算放大器A5的反向输入端和第六运算放大器A6的输出端之间，电阻Rltl接在第六运算放大器A6的反向输入端和第七运算放大器A7的输出端之间，电容C2接在第五运算放大器A5的反向输入端和输出端之间，第五运算放大器A5的输出端接电阻&的输出端，电容C1接在第七运算放大器A7的反向输入端和输出端之间，电阻R11接在第七运算放大器A7的反向输入端和第五运算放大器A5的输出端之间，运算放大器A4、A5、A7的正向输入端接地。
8.根据权利要求1所述的一种利用重力梯度仪测量引力梯度的方法，其特征在于:所述陷波电路由运算放大电路AS、电阻R12、R13、R14和权利要求3所述的带通滤波电路组成，电阻R14接在运算放大电路AS的输出端和反向输入端之间，电阻R13与带通滤波电路串联接在运算放大电路A8的输出端和反向输入端之间，电阻R12的一端接二级放大电路的输出，另一端接运算放大电路A8的反向输入端，运算放大电路A8的输出作为陷波电路的输出。
【文档编号】G01V7/00GK103499845SQ201310403700
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年9月6日 优先权日:2013年9月6日
【发明者】马存尊, 李海兵, 杨慧, 马杰, 韩军海, 郭刚 申请人:北京航天控制仪器研究所