[发明专利]一种基于地球自转角速度的重力梯度仪标定方法

说明书

本发明公开一种基于地球自转角速度的重力梯度仪标定方法，利用重力梯度仪在不同姿态下，地球自转产生的离心梯度激励及环境物体产生的自梯度激励不同，标定重力梯度仪的标度系数及自梯度模型参数。标定时，使重力梯度仪经历不同的姿态角，并记录重力梯度仪及离心梯度检测单元在不同姿态下的输出，即可标定重力梯度仪的标度系数及自梯度模型参数。该标定方法，可由计算机自动运行，实现自标定，该方法仅依靠重力梯度仪本身，不需要依赖外部检测质量即可完成标定，该标定方法，操作简单易实施。

技术领域

本发明涉及一种基于地球自转角速度的重力梯度仪标定方法，属于精密测量技术领域。

背景技术

重力梯度仪是一种高精度万有引力梯度检测仪，能够测量仪器所在位置点的万有引力梯度值。航空重力梯度勘探能高精度、高效率的收集重力梯度信息，测量的重力梯度数据可直接用于分析勘探区域的地质密度、地质结构、重建重力场等。目前国外已经投入商业应用的重力梯度仪主要为旋转加速度计重力梯度仪，在研的具有应用前景的重力梯度仪有冷原子重力梯度仪、超导重力梯度仪、MEMS重力梯度仪等，我国的重力梯度仪样机正处于研制中。

从现有的文献来看，重力梯度仪的标度系数的标定方法主要有两类，基于万有引力梯度的标定方法和基于离心梯度的标定方法。基于万有梯度的标定方法，它通过施加外部检测质量利用万有引力场来激励重力梯度仪，标定重力梯度仪。这类标定方法，需要外部检测质量，且需要人为改变检测质量体的质量和位置，标定过程复杂，标定效率低。基于离心梯度的标定方法，它通过旋转重力梯度仪施加离心梯度，标定重力梯度仪的标度系数，它的优点是不需要施加外部检测质量。重力梯度仪对角运动、线运动敏感，旋转法标定重力梯度仪标度系数，如果转速过快，会给重力梯度仪引入测量误差，转速过慢会降低标定效率。现有的某些文献，在标定时忽略了自梯度对标度系数标定、零偏标定的影响，不符合实际情况。

发明内容

技术问题：本发明提供一种在标定时不需要旋转重力梯度仪，在静止状态进行标定，能同时标定重力梯度仪的标度系数和自梯度模型参数的基于地球自转角速度的重力梯度仪标定方法。

技术方案：本发明的基于地球自转角速度的重力梯度仪标定方法，包括以下步骤：

1)改变重力梯度仪的姿态，保持重力梯度仪静止，记录重力梯度仪的姿态及该姿态下重力梯度仪的输出及离心梯度检测单元的输出，重复M次上述操作，总共记录M组不同的姿态，及相应的重力梯度仪输出、离心梯度检测单元的输出，记录的第k个姿态表示为(θ_x(k),θ_y(k),θ_z(k))，该姿态下重力梯度仪的inline通道及cross通道的输出分别为F_in(k)，F_cs(k)，该姿态下离心梯度检测单元的inline通道输出为cross通道输出为

2)依次将M个姿态依次代入下式，计算M个姿态对应的M组姿态特征参数，重力梯度仪的每个姿态对应1组36个姿态特征参数，这36个姿态特征参数为a_1,1,…,a_1,18,b_1,1,…,b_1,18：

式中c,c²分别表示cos(),cos²()，s,s²分别表示sin(),sin²()，θ_x,θ_y,θ_z为姿态角，第k个姿态(θ_x(k),θ_y(k),θ_z(k))，计算得到的第k组姿态特征参数为a_1,1(k),…,a_1,18(k),b_1,1(k),…,b_1,18(k)；