旋转加速度计式重力梯度仪零位逐次启动误差系统级标定方法技术方案

本发明专利技术涉及一种旋转加速度计式重力梯度仪零位逐次启动误差系统级标定方法，包括以下步骤：步骤1、启动重力梯度仪，求取重力梯度仪两路水平分量重力梯度信号输出序列的平均值；步骤2、输入方位旋转角度，控制重力梯度测量稳定平台沿方位轴旋转一个固定的角度，待平台旋转完成后，重复步骤1，求取此时取重力梯度仪两路水平分量重力梯度信号输出序列的平均值；步骤3、输入不同的旋转角度，重复步骤2，记录对应旋转角度下的重力梯度仪两路水平分量重力梯度信号输出序列的平均值；步骤4、计算重力梯度仪本次启动的零偏误差。本发明专利技术能够在每次测量前对仪器零位偏差的逐次启动项进行标定，以提高重力梯度测量精度。高重力梯度测量精度。高重力梯度测量精度。

【技术实现步骤摘要】
旋转加速度计式重力梯度仪零位逐次启动误差系统级标定方法


[0001]本专利技术属于重力梯度仪测量精度
，尤其是一种旋转加速度计式重力梯度仪零位逐次启动误差系统级标定方法。

技术介绍

[0002]重力梯度仪是对地球表面微小重力梯度变化进行连续测量的仪器，基于旋转加速度计测量原理的重力梯度仪是迄今为止唯一实用的近地表动态重力梯度仪，如图1所示，该型重力梯度仪主体仪器主要由重力梯度敏感器2和惯性稳定平台1两个关键组件构成。重力梯度敏感器主要用于完成重力梯度张量水平分量的测量；惯性稳定平台则用于承载重力梯度敏感器，为动态重力梯度测量隔离载体角运动影响，同时为敏感器提供测量坐标系基准。如图2所示，作为核心敏感器的重力梯度测量组件基于加速度计3位置差分测量原理，通过机械旋转的方式将重力梯度张量分量调制到系统旋转频率的二倍频处，加速度计输出与重力梯度张量分量之间的关系可表示为：
[0003][0004]式中a
i
(i＝1,2,3,4)是四个加速度计的输出，R是加速度计检测质心到旋转中心的距离，是旋转平面坐标系下重力梯度张量分量(上角标的s表示旋转平面坐标系下重力梯度张量，下同)，ω是旋转装置的旋转角速度。为保证重力梯度敏感器输出两路信号测量信噪比一致，记则重力梯度敏感器能够测量旋转平面坐标系下的重力梯度张量分量和
[0005]进行动态测量时，重力梯度仪平台采用三环固定指北半解析式控制方案，在充分隔离载体的角运动的同时，将重力梯度敏感器稳定在地理坐标系。
[0006]由于旋转加速度计式重力梯度仪的核心敏感元件加速度计3是力平衡式加速度计，属于对加速度的相对测量而非绝对测量，受表体与电子线路漂移的影响，重力梯度仪的输出信号存在零位偏差，虽然可通过事先标定的方法对仪器输出信号进行零位补偿，但有碍于工程实现能力，该零位偏差存在逐次启动误差，即仪器每次启动时的零位会存在差异。该逐次启动误差会影响重力梯度测量精度。
[0007]因此如何研发一种对重力梯度仪输出信号零位的系统级标定方法，能够其逐次启动误差消除，提高重力梯度测量精度，是本领域技术人员亟待解决的技术难题。
[0008]经检索，未发现与本专利技术相同或相似的现有技术的专利文献。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提出一种旋转加速度计式重力梯度仪零位逐次启动误差系统级标定方法,能够在每次测量前对仪器零位偏差的逐次启动项进行标定，以提高重力梯度测量精度。
[0010]本专利技术解决其现实问题是采取以下技术方案实现的：
[0011]一种旋转加速度计式重力梯度仪零位逐次启动误差系统级标定方法，包括以下步骤：
[0012]步骤1、启动重力梯度仪，求取重力梯度仪两路水平分量重力梯度信号输出序列的平均值；
[0013]步骤2、输入方位旋转角度，控制重力梯度测量稳定平台沿方位轴旋转一个固定的角度，待平台旋转完成后，重复步骤1，求取此时取重力梯度仪两路水平分量重力梯度信号输出序列的平均值。
[0014]步骤3、输入不同的旋转角度，重复步骤2，记录对应旋转角度下的重力梯度仪两路水平分量重力梯度信号输出序列的平均值。
[0015]步骤4、利用步骤1
‑
3记录的稳定平台旋转角度和与之对应的仪器输出平均值，计算重力梯度仪本次启动的零偏误差。
[0016]而且，所述步骤1的具体步骤包括：
[0017](1)启动重力梯度仪，稳定平台采用三环半解析式控制方案，同时平台坐标系取东北天测量坐标系，并定义平台坐标系x轴与地理东向的夹角在地理水平面的投影为θ，此时θ＝0；
[0018](2)待重力梯度仪测量输出信号稳定后，以固定的采样频率记录一定时间内的重力梯度仪两路水平分量重力梯度信号输出序列，分别为力梯度仪两路水平分量重力梯度信号输出序列，分别为和
[0019](3)分别求取上述两个序列的平均值，记为和即：
[0020][0021]而且，所述步骤2的具体步骤包括：
[0022](1)将稳定平台惯性测量单元测量得到的载体坐标系b系角速度列向量ω
b
和线加速度列向量a
b
左乘坐标变换矩阵得到旋转载体坐标系r系下的角速度列向量ω
r
和线加速度列向量a
r
，具体公式为：
[0023][0024]式中是载体坐标系(b系)至旋转载体坐标系(r系)的坐标变换矩阵，具体为：
[0025][0026]载体坐标系(b系)角速度列向量ω
b
和线加速度列向量a
b
具体为：
[0027][0028]式中和分别是由惯性测量单元测量得到角速度在载体坐标系(b系)O
b
X
b
轴、O
b
Y
b
轴和O
b
Z
b
轴上的投影，和分别是由惯性测量单元测量得到线加速度在载体坐标系(b系)O
b
X
b
轴、O
b
Y
b
轴和O
b
Z
b
轴上的投影。
[0029](2)经坐标变换得到的旋转载体坐标系(r系)下的角速度列向量ω
r
和线加速度列向量ar具体为：
[0030][0031]式中和分别是由惯性测量单元测量得到角速度在旋转载体坐标系r系O
r
X
r
轴、O
r
Y
r
轴和O
r
Z
r
轴上的投影，和分别是由惯性测量单元测量得到线加速度在旋转载体坐标系r系O
r
X
r
轴、O
r
Y
r
轴和O
r
Z
r
轴上的投影；
[0032](3)将旋转载体坐标系r系下的角速度测量列向量ω
r
和线加速度测量列向量a
r
作为惯性测量单元输入，将惯性稳定平台进行初始姿态对准；
[0033](4)在不考虑惯性测量单元测量误差、初始输入位置误差、安装误差、垂线偏差等一系列小量误差的前提下，通过平台初始对准能将旋转载体坐标系r系在物理上与地理坐标系n系重合，即：
[0034][0035]式中是由地理坐标系n系至旋转载体坐标系r系的坐标变换矩阵，I是三阶单位矩阵。
[0036]而且，所述步骤3的具体方法为：
[0037]设置角度θ分别为θ1，θ2，
……
θ
m
，分别进行步骤2所进行的稳定平台初始对准，将此时的重力梯度敏感器测量坐标系分别记为s1系，s2系，
……
，s
m
系，分别在此状态下按照步骤1记录此时敏感器两路输出信号的平均值，分别记为和
[0038]而且，所述步骤4的具体方法为：...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种旋转加速度计式重力梯度仪零位逐次启动误差系统级标定方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、启动重力梯度仪，求取重力梯度仪两路水平分量重力梯度信号输出序列的平均值；步骤2、输入方位旋转角度，控制重力梯度测量稳定平台沿方位轴旋转一个固定的角度，待平台旋转完成后，重复步骤1，求取此时取重力梯度仪两路水平分量重力梯度信号输出序列的平均值；步骤3、输入不同的旋转角度，重复步骤2，记录对应旋转角度下的重力梯度仪两路水平分量重力梯度信号输出序列的平均值；步骤4、利用步骤1
‑
3记录的稳定平台旋转角度和与之对应的仪器输出平均值，计算重力梯度仪本次启动的零偏误差。2.根据权利要求1所述的一种旋转加速度计式重力梯度仪零位逐次启动误差系统级标定方法，其特征在于：所述步骤1的具体步骤包括：(1)启动重力梯度仪，稳定平台采用三环半解析式控制方案，同时平台坐标系取东北天测量坐标系，并定义平台坐标系x轴与地理东向的夹角在地理水平面的投影为θ，此时θ＝0；(2)待重力梯度仪测量输出信号稳定后，以固定的采样频率记录一定时间内的重力梯度仪两路水平分量重力梯度信号输出序列，分别为度仪两路水平分量重力梯度信号输出序列，分别为和(3)分别求取上述两个序列的平均值，记为和即：3.根据权利要求1所述的一种旋转加速度计式重力梯度仪零位逐次启动误差系统级标定方法，其特征在于：所述步骤2的具体步骤包括：(1)将稳定平台惯性测量单元测量得到的载体坐标系b系角速度列向量ω
b
和线加速度列向量a
b
左乘坐标变换矩阵得到旋转载体坐标系r系下的角速度列向量ω
r
和线加速度列向量a
r
，具体公式为：式中是载体坐标系(b系)至旋转载体坐标系(r系)的坐标变换矩阵，具体为：载体坐标系(b系)角速度列向量ω
b
和线加速度列向量a
b
具体为：
式中和分别是由惯性测量单元测量得到角速度在载体坐标系b系O
b
X
b
轴、O
b
Y
b
轴和O
b
Z
b
轴上的投影，和分别是由惯性测量单元测量得到线加速度在载体坐标系b系O
b
X
b
轴、O
b
Y
b
轴和O
b
Z
b
轴上的投影；(2)经坐标变换得到的旋转载体坐标系r系下的角速度列向量ω
r
和线加速度列向量a
r
具体为：式中和分别是由惯性测量单元测量得到角速度在旋转载体坐标系r系O
r
X
r
轴、O
r
Y
r
轴和O
r
Z
r
轴上的投...

【专利技术属性】
技术研发人员：李达，侯巍，张海滨，张宇飞，李瑞，梁瑾，李城锁，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七〇七研究所，
类型：发明
国别省市：