一种陆地重力仪数字调平补偿系统及方法与流程

1.本发明涉及测绘技术领域，具体涉及一种陆地重力仪数字调平补偿系统及方法。


背景技术：

2.陆地重力仪能够测量地下矿产分布特征，推测地下资源布局规律，为陆地资源勘探提供非常有效的参考依据。重力信息方向沿水准面向下，陆地重力在测量之前必须进行预先调平，保证重力敏感器敏感轴方向与重力方向垂直，调平误差需保证在亚分级。
3.目前，围绕陆地重力仪调平需求，一般采用调平支架、气泡水平仪等辅助手段，手动调平重力仪。由于外场工作条件、地貌条件限制，现有手动调平方法耗时耗力，浪费大量时间，严重降低重力测量效率、精度。


技术实现要素：

4.本发明针对陆地重力仪调平问题，提出一种陆地重力仪数字调平补偿技术。利用双轴水平加速度计、垂向重力敏感器、三轴陀螺仪构建测量基底，测得三轴加速度、角速度信息。根据三轴加速度信息计算陆地重力仪倾斜角，并完成垂向加速度信息数字投影。
5.本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
6.一方面，本发明提供一种陆地重力仪数字调平补偿系统，包括：双轴水平加速度计、三轴陀螺与重力敏感器；双轴水平加速度计、三轴陀螺与重力敏感器固联，双轴水平加速度计与重力敏感器相对正交安装，三轴陀螺与双轴水平加速度计相对正交安装，构成惯性空间坐标系，通过所述双轴水平加速度计、三轴陀螺与重力敏感器，获取陆地重力仪的运动加速度、角速度信息，根据所述运动加速度、角速度信息对陆地重力仪进行数字调平补偿。
7.进一步的，该系统还包括：
8.数据获取模块，用于通过双轴水平加速度计、三轴陀螺与重力敏感器，获取陆地重力仪的运动加速度、角速度信息；
9.第一计算模块，用于根据陆地重力仪的运动加速度、角速度信息计算得到陆地重力仪的横滚角和俯仰角；
10.第二计算模块，用于根据陆地重力仪的横滚角和俯仰角计算重力加速度。
11.另一方面，本发明提供一种陆地重力仪数字调平补偿方法，该方法基于上述的陆地重力仪数字调平补偿系统实现，包括：
12.通过双轴水平加速度计、三轴陀螺与重力敏感器，获取陆地重力仪的运动加速度、角速度信息；
13.根据陆地重力仪的运动加速度、角速度信息计算得到陆地重力仪的横滚角和俯仰角；
14.根据陆地重力仪的横滚角和俯仰角计算重力加速度，完成陆地重力仪数字调平补偿。
15.本发明的有益效果是：本发明在无需手动调平陆地重力仪的前提下，通过数字补偿方式，保证陆地重力仪具备测量状态，提升陆地重力仪测量效率、性能。解决陆地重力仪依赖手动调平引起测量效率下降问题。
附图说明
16.图1为本发明实施例提供的一种陆地重力仪数字调平补偿系统结构框图。
具体实施方式
17.以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
18.一种陆地重力仪数字调平补偿技术主要包括三轴运动加速度、角速度信息测量装置设计，数字调平方法设计。运动加速度、角速度信息：选用高精度石英加速度计或微机械加速度计、微机械陀螺仪，与核心重力敏感器固联安装，构建三轴加速度、角速度信息测量基底。数字调平方法设计：利用三轴运动加速度信息、角速度信息测量陆地重力仪倾斜角，根据比力信息投影规律，完成垂向加速度信息投影补偿。
19.具体的，如图1所示，本发明实施例提供一种陆地重力仪数字调平补偿系统，包括：双轴水平加速度计、三轴陀螺与重力敏感器；双轴水平加速度计、三轴陀螺与重力敏感器固联，双轴水平加速度计与重力敏感器相对正交安装，三轴陀螺与双轴水平加速度计相对正交安装，构成惯性空间坐标系，通过所述双轴水平加速度计、三轴陀螺与重力敏感器，获取陆地重力仪的运动加速度、角速度信息，根据所述运动加速度、角速度信息对陆地重力仪进行数字调平补偿。
20.根据双矢量定姿方法，确定陆地重力仪倾斜角：
[0021][0022]
式中，n表示地理坐标系，b表示陆地重力仪测量坐标系，为陆地重力仪测量坐标系到地理坐标系的姿态转移矩阵，v1和v2分别表示参考椭球重力矢量、地球自转矢量，v
1n
表示参考椭球重力矢量在地理坐标系的投影，表示参考地球自转矢量在地理坐标系的投影，v
1b
表示参考椭球重力矢量在陆地重力仪测量坐标系的投影，表示参考地球自转矢量在陆地重力仪测量坐标系的投影。
[0023]v1b
包含三个元素，其中双轴水平加速度计测得其中的两个元素，垂向重力敏感器测得其中的一个元素，一般取各传感器一段时间测量数据的平均值。
[0024]
包含三个元素，由三轴陀螺测得，般取传感器一段时间测量数据的平均值。
[0025]
考虑陆地重力仪测量坐标系与地理坐标系之间的姿态转移矩阵与陆地重力仪横滚角、俯仰角相关，则矩阵的转置可用陆地重力仪横滚角、俯仰角表示：
[0026][0027]
式中，γ为陆地重力仪横滚角，θ为陆地重力仪俯仰角。
[0028]
式(1)和式(2)描述为两个相同坐标系之间的姿态转移关系。式(1)由双轴水平加速度计、垂向重力敏感器、三轴陀螺实测数据决定，为已知量。式(2)由陆地重力仪俯仰角、横滚角决定，为未知量。因此，可用式(1)确定式(2)中陆地重力仪俯仰角θ、横滚角γ。
[0029]
鉴于当地重力加速度g在双轴水平加速度计、垂向重力敏感器上的投影为：
[0030][0031]
式中a
x
、ay分别为双轴水平加速度计数据，az为垂向重力敏感器数据。
[0032]
利用陆地重力仪俯仰角θ、横滚角γ，结合垂向重力敏感器数据，得到当地重力加速度为完成陆地重力仪数字调平补偿。
[0033]
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
[0034]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。


技术特征：
1.一种陆地重力仪数字调平补偿系统，其特征在于，包括：双轴水平加速度计、三轴陀螺与重力敏感器；双轴水平加速度计、三轴陀螺与重力敏感器固联，双轴水平加速度计与重力敏感器相对正交安装，三轴陀螺与双轴水平加速度计相对正交安装，构成惯性空间坐标系，通过所述双轴水平加速度计、三轴陀螺与重力敏感器，获取陆地重力仪的运动加速度、角速度信息，根据所述运动加速度、角速度信息对陆地重力仪进行数字调平补偿。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，包括：数据获取模块，用于通过双轴水平加速度计、三轴陀螺与重力敏感器，获取陆地重力仪的运动加速度、角速度信息；第一计算模块，用于根据陆地重力仪的运动加速度、角速度信息计算得到陆地重力仪的横滚角和俯仰角；第二计算模块，用于根据陆地重力仪的横滚角和俯仰角计算重力加速度。3.一种陆地重力仪数字调平补偿方法，其特征在于，该方法基于权利要求1或2中所述的陆地重力仪数字调平补偿系统实现，包括：通过双轴水平加速度计、三轴陀螺与重力敏感器，获取陆地重力仪的运动加速度、角速度信息；根据陆地重力仪的运动加速度、角速度信息计算得到陆地重力仪的横滚角和俯仰角；根据陆地重力仪的横滚角和俯仰角计算重力加速度，完成陆地重力仪数字调平补偿。

技术总结
本发明涉及一种陆地重力仪数字调平补偿系统及方法，该系统包括：双轴水平加速度计、三轴陀螺与重力敏感器；双轴水平加速度计、三轴陀螺与重力敏感器固联，双轴水平加速度计与重力敏感器相对正交安装，三轴陀螺与双轴水平加速度计相对正交安装，构成惯性空间坐标系，通过所述双轴水平加速度计、三轴陀螺与重力敏感器，获取陆地重力仪的运动加速度、角速度信息，根据所述运动加速度、角速度信息对陆地重力仪进行数字调平补偿。进行数字调平补偿。进行数字调平补偿。


技术研发人员：吴云军 王世博 武斌 曹文 曾舒如
受保护的技术使用者：华中光电技术研究所（中国船舶重工集团公司第七一七研究所）
技术研发日：2022.11.09
技术公布日：2023/3/7