基于多传感器数据融合的振动补偿方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于多传感器数据融合的振动补偿方法及系统。所述方法包括利用多个传感器同时获取地面振动信号；利用数据融合技术对多个所述地面振动信号进行处理，得到地面振动融合估计信号，以使根据所述地面振动融合估计信号对绝对重力加速度进行补偿。本发明专利技术中，通过利用多个传感器获取地面振动信号，并通过多传感器数据融合方法获得对地面振动信号的最优估计值，并将此最优估计值用于相关时延振动补偿技术中，在提高所获取的振动信号精度的同时也解决现有相关时延法补偿效果受单个地震计带宽限制的问题，最终将进一步提高现有振动补偿方法的补偿效果及其适用范围。

【技术实现步骤摘要】
基于多传感器数据融合的振动补偿方法及系统
本专利技术涉及绝对重力测量
，尤其涉及一种基于多传感器数据融合的振动补偿方法及系统。
技术介绍
在高精度绝对重力测量领域中，绝对重力加速度通过采用稳频激光干涉测量技术，精密测量真空环境下自由落体运动的位移和时间，通过拟合自由落体运动参数得到。其中自由落体运动位移的精密测量要求干涉测量中的参考棱镜为一个稳定的惯性参考点，实际上参考棱镜不可避免地受振动噪声的影响将地面微振动引入落体位移测量值中，进而对最终拟合得到的重力加速度产生影响。振动噪声对绝对重力测量的影响主要从两方面考虑：噪声强度和噪声频率。其中，噪声强度越大，产生的振动幅度越大，对真实落体位移的测量值引入的误差越大；另，在同等噪声强度下，0.1～100Hz的振动噪声对自由落体式的绝对重力仪的测量值引入的误差更大且不可忽略，因此需要对这一频带的噪声进行处理。目前振动处理的方法主要分为两大类：隔振技术和振动补偿。其中振动补偿技术是一种适用于在嘈杂环境下处理振动噪声的简单方便的技术。它利用传感器测量参考棱镜的运动，修正干涉测量结果，进而修正绝对重力测量结果。该方法对硬件的要求比较简单，只需利用能测量振动的现有传感器即可，相比超低频垂直隔振系统具有更小的体积、更好的可靠性和抗干扰能力，更适合在复杂环境下使用。如果振动补偿方法可以实现较好的补偿效果，则有望实现复杂环境下的高精度测量，因此对该方法的研究具有重要的实际意义。然而根据传感器输出信号得到的运动并不等同于参考棱镜的真实运动，两者之间存在传递函数。因此振动补偿技术的关键在于如何从传感器输出信号获得准确的受地面振动噪声引起的参考棱镜的运动，即准确求解传感器输出信号和参考棱镜运动之间的传递函数。但是，目前基于地震计传递函数模型的振动补偿方法存在传递函数的漂移，短期补偿效果尚可，长期需要定期修正，不适用于野外测试。基于时延模型的振动补偿方法不需要定期修正传递函数但补偿效果不佳。基于增益时延模型的振动补偿方法虽然补偿效果相比另外两种方法要好且不存在传递函数的定期修正问题，但其补偿效果受到地震计带宽的限制，无法补偿掉50Hz到100Hz内噪声对重力测量造成的影响。此外，目前振动补偿方法均采用的单个传感器测得的信号进行振动补偿，受传感器带宽和探测分辨率限制，所测得的原始振动信号精度受限，将低精度的测量振动信号用于振动补偿必将影响补偿效果。
技术实现思路
基于此，有必要针对目前获取的地面振动信号精度较低的问题，提供一种基于多传感器数据融合的振动补偿方法及系统。本专利技术提供了一种基于多传感器数据融合的振动补偿方法，包括：利用多个传感器同时获取地面振动信号；利用数据融合技术对多个所述地面振动信号进行处理，得到地面振动融合估计信号，以使根据所述地面振动融合估计信号对被测落体相对于参考棱镜的下落位移信号进行补偿。在其中一个实施例中，在重力测量过程中，根据起始触发信号和终止触发信号间断采集下落过程对应的所述地面振动信号。在其中一个实施例中，利用多个所述传感器长时间连续获取所述地面振动信号。在其中一个实施例中，所述基于多传感器数据融合的振动补偿方法，还包括：在利用多个所述传感器同时获取地面振动信号之前，将多个所述传感器放置在参考棱镜的四周。在其中一个实施例中，多个所述传感器包括加速度计、地震计、位移传感器的一种或多种。在其中一个实施例中，部分所述传感器水平固定于基座，其余所述传感器竖直固定于所述基座。在其中一个实施例中，采用加权融合技术、互补滤波数据融合技术、卡尔曼滤波数据融合技术或FIR/IIR滤波融合对多个所述地面振动信号进行处理。在其中一个实施例中，利用所述数据融合技术对多个所述地面振动信号进行融合；或者，先对每个所述地面振动信号进行最优化估计，然后将进行最优化估计后的多个所述地面振动信号进行融合。在其中一个实施例中，采用同一数据采集卡以相同采样周期对多个所述传感器进行数据采集。基于同一专利技术构思，本专利技术实施例还提供了一种基于多传感器数据融合的振动补偿系统，包括：基座；参考棱镜，固定于所述基座的底部；干涉仪，用于检测被测落体相对于参考棱镜的下落位移信号；测振结构，包括固定于所述基座底部的多个传感器，所述测振结构利用多个传感器同时获取地面振动信号；上位机，用于利用数据融合技术对多个所述地面振动信号进行处理，得到地面振动融合估计信号，根据所述地面振动融合估计信号对所述下落位移信号进行补偿。在其中一个实施例中，所述上位机采用加权融合技术、互补滤波数据融合技术、卡尔曼滤波数据融合技术或FIR/IIR滤波融合对多个所述地面振动信号进行处理，得到所述地面振动融合估计信号。在其中一个实施例中，多个所述传感器包括加速度计、地震计、位移传感器的一种或多种。在其中一个实施例中，部分所述传感器水平固定于所述基座，其余所述传感器竖直固定于所述基座。综上，本专利技术实施例提供了一种基于多传感器数据融合的振动补偿方法及系统。所述方法包括利用多个传感器同时获取地面振动信号；利用数据融合技术对多个所述地面振动信号进行处理，得到地面振动融合估计信号，以使根据所述地面振动融合估计信号对绝对重力加速度进行补偿。本专利技术中，通过利用多个传感器获取地面振动信号，并通过多传感器数据融合方法获得对地面振动信号的最优估计值，并将此最优估计值用于相关时延振动补偿技术中，在提高所获取的振动信号精度的同时也解决现有相关时延法补偿效果受单个地震计带宽限制的问题，最终将进一步提高现有振动补偿方法的补偿效果及其适用范围。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种基于多传感器数据融合的振动补偿方法；图2为本专利技术实施例提供的一种基于地震计和加速度计的振动补偿结构；图3为本专利技术实施例提供的基于地震计和加速度计的单级离散卡尔曼滤波融合过程；图4为本专利技术实施例提供的具有双层融合结构的最优信息融合分散卡尔曼滤波器；图5为本专利技术实施例提供的互补滤波器原理框图；图6为本专利技术实施例提供的多传感器自适应加权融合模型；图7为本专利技术实施例提供的一种基于多传感器数据融合的振动补偿系统。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术。但是本专利技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似改进，因此本专利技术不受下面公开的具体实施的限制。请参见图1，本专利技术提供了一种基于多传感器数据融合的振动补偿方法，包括：步骤S110，利用多个传感器同时获取地面振动信号；步骤S120，利用数据融合技术对多个所述地面振动信号进行处理，得到地面振动融合估计信号，以使根据所述地面振动融合估计信号对绝对重力加速度进行补偿。本专利技术中，通过利用多个传感器获取地面振动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多传感器数据融合的振动补偿方法，其特征在于，包括：/n利用多个传感器同时获取地面振动信号；/n利用数据融合技术对多个所述地面振动信号进行处理，得到地面振动融合估计信号，以使根据所述地面振动融合估计信号对被测落体相对于参考棱镜的下落位移信号进行补偿。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于多传感器数据融合的振动补偿方法，其特征在于，包括：
利用多个传感器同时获取地面振动信号；
利用数据融合技术对多个所述地面振动信号进行处理，得到地面振动融合估计信号，以使根据所述地面振动融合估计信号对被测落体相对于参考棱镜的下落位移信号进行补偿。


2.如权利要求1所述的基于多传感器数据融合的振动补偿方法，其特征在于，
在重力测量过程中，根据起始触发信号和终止触发信号间断采集下落过程对应的所述地面振动信号。


3.如权利要求1所述的基于多传感器数据融合的振动补偿方法，其特征在于，利用多个所述传感器长时间连续获取所述地面振动信号。


4.如权利要求1所述的基于多传感器数据融合的振动补偿方法，其特征在于，还包括：
在利用多个所述传感器同时获取地面振动信号之前，将多个所述传感器放置在所述参考棱镜的四周。


5.如权利要求1所述的基于多传感器数据融合的振动补偿方法，其特征在于，多个所述传感器包括加速度计、地震计、位移传感器的一种或多种。


6.如权利要求1所述的基于多传感器数据融合的振动补偿方法，其特征在于，部分所述传感器水平固定于基座，其余所述传感器竖直固定于所述基座。


7.如权利要求1所述的基于多传感器数据融合的振动补偿方法，其特征在于，采用加权融合技术、互补滤波数据融合技术、卡尔曼滤波数据融合技术或FIR/IIR滤波融合对多个所述地面振动信号进行处理。


8.如权利要求1所述的基于多传感...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍康，文艺，郭梅影，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11