一种旋转加速度计重力梯度仪数据诊断及处理方法技术

本发明专利技术公开了一种旋转加速度计重力梯度仪数据诊断及处理方法，属于精密测量技术领域。首先采用圆盘角位置信息对旋转加速度计重力梯度仪的重力梯度数据进行数据标识；然后对经过标识后的重力梯度数据进行诊断，并对诊断后的数据序列做出相应处理；接下来对经过诊断和处理后的重力梯度数据进行滤波；最后对经过滤波后的重力梯度数据进行解调，并输出具有时空分辨率的重力梯度信息。使用本发明专利技术提供的数据诊断及处理方法，能够提高重力梯度数据质量，从而进一步提高重力梯度信息的精度，同时在保证重力梯度信息具有高精度的同时，不需要借助过高精度的硬件设备，极大地降低了研制成本。

A method of data diagnosis and processing for rotating accelerometer gravity gradiometer

The invention discloses a data diagnosis and processing method of a rotary accelerometer gravity gradiometer, belonging to the technical field of precise measurement. Firstly, the data of the gravity gradiometer of the rotating accelerometer is identified by the position information of the disc angle; secondly, the identified gravity gradiometer data is diagnosed and the data sequence after diagnosis is processed accordingly; secondly, the diagnosed and processed gravity gradiometer data is filtered; finally, the filtered gravity gradiometer data is solved And output the gravity gradient information with spatiotemporal resolution. By using the data diagnosis and processing method provided by the invention, the quality of gravity gradient data can be improved, thus further improving the accuracy of gravity gradient information. At the same time, while ensuring the high accuracy of gravity gradient information, the hardware equipment with high accuracy is not needed, which greatly reduces the development cost.

【技术实现步骤摘要】
一种旋转加速度计重力梯度仪数据诊断及处理方法
本专利技术属于精密测量
，具体涉及一种旋转加速度计重力梯度仪数据诊断及处理方法。
技术介绍
高精度重力梯度测量对于空间科学、地球科学、地质科学、能源勘探、惯性导航等领域的研究具有重要意义。目前，重力梯度仪主要有旋转加速度计重力梯度仪、超导重力梯度仪、冷原子重力梯度仪、静电重力梯度仪，以及基于微机械加工(MEMS)技术的重力梯度仪等，其中旋转加速度计重力梯度仪是目前唯一成功用于机载/船载动基座上的重力梯度测量仪器。旋转加速度计重力梯度仪是一种高精密测量仪器，电子元件稳定性、电子线路电磁兼容性问题、敏感器工作性能、旋转机构稳定性、温控性能等因素都会对重力梯度测量精度造成严重影响，这些因素会使重力梯度仪输出信号包含各种噪声，从而降低了测量精度，因此研究重力梯度数据诊断及处理方法，进一步提高重力梯度信息的精度是非常重要的。重力梯度仪传感器测量单元输出信号组合后经过信号调理电路后的输出信号是模拟电压信号，为了提高测量性能，需要将模拟信号转换为数字信号供计算机进行处理，因此在实际的模拟信号转换到数字信号过程中，数据序列可能会受到数字芯片工作稳定性、时钟同步性、时钟精度以及外界干扰等因素，导致数据序列存在数据丢失或数据重复等情况，从而引入重力梯度解调误差。因此，为了提高重力梯度测量精度，有必要对数据序列进行必要的数据诊断和数据处理。通常对重力梯度数据处理的方法是直接处理，即对重力梯度数据直接进行滤波，然后进行梯度解调，就得到了重力梯度信息。使用这种方法时，为了得到高精度的重力梯度信息，需借助高精度和高稳定性的硬件设备来保证测量精度，例如高精度的机电控制系统、高稳定性的试验平台、高精度的传感器和更好位数的A/D转换器等。为了实现测量的高精度，设备的机械结构以及控制系统等会变得非常复杂，并且高精度的硬件设备，造价相对较高，从而极大地增加了成本。同时很多时候，需要通过离线数据进行分析，这样还需要大容量的存储设备，又进一步的增加了成本。因此，通过合理的数据诊断和数据处理方法，提高测量精度，降低测量成本，也是非常有必要的。针对旋转加速度计重力梯度仪的数据质量监测、诊断和处理方法等方面很少有相关文献公布或发表。本专利技术的专利技术人及其所在科研团队，在旋转加速度计重力梯度仪领域进行了深入的研究，并且取得了非常丰硕的科研成果，例如专利技术人于2016年6月申请的专利“一种旋转加速度计重力梯度仪重力梯度解调方法”(授权公告号：CN104898176B)公开了一种旋转加速度计重力梯度仪重力梯度解调方法，该专利采用高密度光栅码盘获取圆盘当前状态下的角位置信息，圆盘角位置信息作为解调基准信号的初始相位角，对重力梯度仪输出信号进行重力梯度解调。该专利能够有效的提高旋转加速度计重力梯度仪的重力梯度解调精度，但是可以发现，该专利技术是直接对重力梯度仪输出信号进行重力梯度解调，由于数据中存在很多重复及丢失的数据信息，并且信息中还包括很多包含重力梯度信息的数据得不到利用，因此即使借助高精度的硬件设备，最终由于受到数据质量的影响，解调出的信息与真实值之间也会存在一定的差距，从而影响了重力梯度仪的测量精度。为此，专利技术人于2016年7月发表了题为“旋转加速度计重力梯度仪数据处理方法”的文章(钱学武，蔡体菁.旋转加速度计重力梯度仪数据处理方法[J].东南大学学报(自然科学版)，2016，46(4)：708-712.)，文章中提出首先对重力梯度仪输出信号进行故障诊断处理，消除故障数据点；然后采用数字带通滤波器对故障诊断处理后的重力梯度信号进行滤波处理并进行重力梯度解调；最后采用小波分解方法对含噪重力梯度信息进行去噪处理，得到高精度重力梯度信息。在该文章中，考虑了数据质量对重力梯度信息精度影响的问题，但将重力梯度仪输出的信号进行故障诊断处理时，只是简单地将故障点消除，并未做其他的处理，而实际上，重力梯度仪输出的信号数据中存在很多重复数据、丢失数据等情况，并且数据情况比较复杂，有些数据没有用，有些数据却包含着重要的信息，对数据解调的精度却影响很大，由于前期的数据质量对后面的重力梯度解调的精度产生很大的影响，进而会影响重力梯度仪的测量精度，因此，仅对重力梯度仪输出的信号进行简单的处理，是难以满足工程需要的。并且通过分析现有技术，可以发现，现有技术多针对于数据的滤波、解调、降噪等过程，而忽略了前期的数据质量，从而影响了重力梯度仪的重力测量精度。通过上述分析，现有技术对重力梯度数据的处理方法，一方面对于硬件要求较高，需要硬件设备具有较高的精度，从而增加了研制成本；另一方面，现有的方法只是对数据进行简单地处理，很难保证重力梯度信息的精度，从而影响重力梯度仪的测量精度。
技术实现思路
技术问题：本专利技术提供一种旋转加速度计重力梯度仪数据诊断及处理方法，该方法能够降低硬件成本，显著提高数据质量，得到高精度的重力梯度测量信息，从而提高旋转加速度计重力梯度仪的测量精度。技术方案：本专利技术的一种旋转加速度计重力梯度仪数据诊断及处理方法，包括以下步骤：S1：数据标识采用圆盘角位置信息对旋转加速度计重力梯度仪的重力梯度数据进行位置标识；S2：数据诊断及处理对经过标识后的重力梯度数据进行诊断，诊断数据序列中存在的数据序列形态，并对不同形态的数据序列做出相应处理；S3：数据滤波对经过诊断和处理后的重力梯度数据进行滤波；S4：数据解调对经过数据滤波后的重力梯度数据进行解调，并输出具有时空分辨率的重力梯度信息。进一步地，所述步骤S1包括以下子步骤：S1.1：获取圆盘角位置信息圆盘旋转过程中，通过角度信息转换器实时输出圆盘角位置信息θi，j((i+j-2)Δt)，其中，θi，j((i+j-2)Δt)为在(i+j-2)Δt时刻，圆盘旋转第i圈第j位置处的角度信息，Δt为采样时间，i＝1，2，...，M，j＝1，2，...，N，M为圆盘旋转圈数，N为圆盘每旋转一圈得到的位置信息个数；S1.2：获取重力梯度数据角度信息转换器输出同步脉冲信号给A/D转换器，A/D转换器将带通滤波器的输出信号进行A/D转换，得到(i+j-2)Δt时刻的数字信号Ei，j(((i+j-2)Δt))；S1.3：用步骤S1.1得到的圆盘角位置信息θi，j((i+j-2)Δt)对步骤S1.2得到的重力梯度数据的数字信号Ei，j(((i+j-2)Δt))进行数据标识，得到数据标识后的重力梯度数据序列Ei，j(θi，j，(i+j-2)Δt)。进一步地，所述步骤S2包括以下子步骤：S2.1：对步骤S1.3标识后的重力梯度数据序列Ei，j(θi，j，(i+j-2)Δt)进行数据诊断，通过对每一圈的数据序列进行分析，诊断数据序列中存在的数据序列形态；S2.2：对经过步骤S2.1诊断后的数据序列，针对不同形态的数据序列做出响应处理，输出被诊断和处理后的数据序列进一步地，所述步骤S2.1中需对数据序列的三种形态进行诊断：是否存在数据标识、是否存在丢失数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种旋转加速度计重力梯度仪数据诊断及处理方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：/nS1：数据标识/n采用圆盘角位置信息对旋转加速度计重力梯度仪的重力梯度数据进行位置标识；/nS2：数据诊断及处理/n对经过标识后的重力梯度数据进行诊断，诊断数据序列中存在的数据序列形态，并对不同形态的数据序列做出相应处理；/nS3：数据滤波/n对经过诊断和处理后的重力梯度数据进行滤波；/nS4：数据解调/n对经过数据滤波后的重力梯度数据进行解调，并输出具有时空分辨率的重力梯度信息。/n

【技术特征摘要】
1.一种旋转加速度计重力梯度仪数据诊断及处理方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S1：数据标识
采用圆盘角位置信息对旋转加速度计重力梯度仪的重力梯度数据进行位置标识；
S2：数据诊断及处理
对经过标识后的重力梯度数据进行诊断，诊断数据序列中存在的数据序列形态，并对不同形态的数据序列做出相应处理；
S3：数据滤波
对经过诊断和处理后的重力梯度数据进行滤波；
S4：数据解调
对经过数据滤波后的重力梯度数据进行解调，并输出具有时空分辨率的重力梯度信息。


2.根据权利要求1所述的一种旋转加速度计重力梯度仪数据诊断及处理方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下子步骤：
S1.1：获取圆盘角位置信息
圆盘旋转过程中，通过角度信息转换器实时输出圆盘角位置信息θi，j((i+j-2)Δt)，其中，θi，j((i+j-2)Δt)为在(i+j-2)Δt时刻，圆盘旋转第i圈第j位置处的角度信息，Δt为采样时间，i＝1，2，…，M，j＝1，2，...，N，M为圆盘旋转圈数，N为圆盘每旋转一圈得到的位置信息个数；
S1.2：获取重力梯度数据
角度信息转换器输出同步脉冲信号给A/D转换器，A/D转换器将带通滤波器的输出信号进行A/D转换，得到(i+j-2)Δt时刻的数字信号Ei，j(((i+j-2)Δt))；
S1.3：用步骤S1.1得到的圆盘角位置信息θi，j((i+j-2)Δt)对步骤S1.2得到的重力梯度数据的数字信号Ei，j(((i+j-2)Δt))进行数据标识，得到数据标识后的重力梯度数据序列Ei，j(θi，j，(i+j-2)Δt)。


3.根据权利要求2所述的一种旋转加速度计重力梯度仪数据诊断及处理方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下子步骤：
S2.1：对步骤S1.3标识后的重力梯度数据序列Ei，j(θi，j，(i+j-2)Δt)进行数据诊断，通过对每一圈的数据序列进行分析，诊断数据序列中存在的数据序列形态；
S2.2：对经过步骤S2.1诊断后的数据序列，针对不同形态的数据序列做出相应处理，输出被诊断和处理后的数据序列


4.根据权利要求3所述的一种旋转加速度计重力梯度仪数据诊断及处理方法，其特征在于，所述步骤S2.1中需对数据序列的三种形态进行诊断：是否存在数据标识、是否存在丢失数据点、是否存在重复数据点。

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【专利技术属性】
技术研发人员：钱学武，张安彩，杨伟苓，郑彦鹏，
申请(专利权)人：临沂大学，
类型：发明
国别省市：山东;37