[发明专利]一种重力计组件

说明书

提供了飞行器10，所述飞行器被配置为执行机载重力测量，所述飞行器包括重力计14、设置为与重力计14通信的全球导航卫星系统(GNSS)接收器18以及设置为与重力计14通信的多普勒激光雷达系统20。激光雷达系统20被配置为确定飞行器10在预设时间的垂直速度，伴有一来自GNSS接收器18的时间信号，该时间信号被用于可操作地将重力计14的测量值和激光雷达系统20的测量值同步。以这种方式，重力计14的重力加速度测量结果，可差分地从运动加速度中分离，该运动加速度由同步激光雷达的测量值导出。

技术领域

本发明涉及一种重力计组件、配置重力测量的飞行器以及重力测量方法。

背景技术

以下对背景技术的讨论仅旨在帮助理解本发明。这里的讨论并非确认或承认所提及的任何材料在本申请的优先权日期时为公知常识的一部分。

重力测量通常指对重力场强度的测量。当对重力场的量值或对创建这样的场的物质的属性感兴趣时，可以进行重力测量。

用于测量地球表面上的标量重力场的最常见的传统机载方法，来自于安装在飞行器甲板上的、配备有三轴稳定重力仪的飞行器。这种重力仪通常具有主传感器(加速度计)，该加速度计垂直安装在三轴陀螺稳定平台上。

陀螺稳定平台将主传感器与飞行器的旋转运动隔离，并且传感器的输入轴在相关的惯性参考系中保持垂直，以使水平加速度信号的干扰最小化。主传感器测量它所受到的总的垂直加速度，其是由于惯性、运动、移动以及重力加速度引起的垂直加速度的组合。

第二种机载方法涉及对固定在飞行器机身上的所谓捷联惯性导航系统(SINS)的使用。SINS通常包含两套三元组形式的传感器。第一套传感器是一组正交加速度计，用于测量比力(specific force)；第二套传感器是一组正交陀螺仪，用于测量角速度。这些三元组形式的传感器被绑在运载工具例如飞行器的主体上，因此其经历了飞行器的全部运动。如果SINS包含一套三元组形式的加速度计和一套三元组形式的陀螺仪，加速度的三个矢量分量(包括垂直分量)则可以在校正飞行器姿态后得到确定。

对移动飞行器进行重力测量的一个基本困难是，基于等效原理，加速度计指示重力加速度和运动加速度的总和。如果仅需要测量重力加速度，则必须消除由飞行器移动引起的运动加速度。因此，等效原则表明，如果没有该额外的信息，就不能将所需参数(即由重力引起的垂直加速度)与测得的总加速度分开。

为此，以某种方式使用全球导航卫星系统(GNSS)。卫星导航接收器，最常见的是全球定位系统(GPS)接收器，被连接至飞行器机身的天线，其安装在重力计上方。传统方法利用GPS来测量垂直惯性加速度。随后，可以从由重力计测量的总加速度减去来自GPS的惯性加速度，以给出由于重力引起的垂直加速度。

然而，传统方法具有几个缺点。例如，由于需要使用GPS，这限制了所得数据的分辨率，因为使用GPS需要长波长的滤波器(通常在60到100秒的范围内)，以生成所需精度的垂直加速度的测量值。因为飞行器通常在这段时间内移动相当大的距离，所以测量所得数据的分辨率是千米而不是米。

此外，如果数据被差分处理，GPS所得结果会更准确。即，如果在完成数据采集飞行之后，对来自飞行器上的GPS的数据与来自静态GPS接收器(即基站)的数据进行串联处理。虽然市场上可以获得实时差分GPS数据服务，但是其与后差分数据处理相比，这些服务导致重力数据准确性较低。这意味着不可能在接近实时的情况下生成高质量的重力数据。

最后，对GPS数据进行差分处理，安装在飞行器上的GPS接收器和基站GPS接收器之间需要公共卫星，以便提供最准确的结果。理想情况下，安装在飞行器上的GPS接收器和基站都应该可见相同的GPS卫星。然而，这很大程度上依赖于操作的纬度，以及在任何给定时间的可用GPS卫星，这会限制安装在飞行器中的重力计的有效范围。

本发明试图提出，至少部分地提出可能的解决方案，以改善本技术领域中的一些已知缺点。

发明内容