[发明专利]一种旋转加速度计式重力梯度敏感器动态测量解调方法

说明书

本发明涉及一种旋转加速度计式重力梯度敏感器动态测量解调方法，其技术特点在于：包括以下步骤：步骤1、对工作中的旋转加速度计式重力梯度敏感器中加速度计组合输出模拟信号进行离散采样；步骤2、通过解调参考信号sin2ωt和cos2ωt将敏感器原始输出信号进行频谱搬移；步骤3、对步骤2得到的信号进行降采样；步骤4、将m组不同相位的信号(Γ_xx‑Γ_yy)_gk和(Γ_xy)_gk分别进行低通滤波；步骤5、将m组信号(Γ_xx‑Γ_yy)_fk和(Γ_xy)_fk的每点数据进行等权重融合。本发明可有效抑制系统输出信号中与位置无关的噪声，提高系统动态测量精度。

技术领域

本发明属于重力梯度敏感器技术领域，涉及重力梯度敏感器动态测量解调方法，尤其是一种旋转加速度计式重力梯度敏感器动态测量解调方法。

背景技术

重力梯度仪是用于测量重力场分布梯度的精密设备，基于Bell Aerospace 公司提出的旋转加速度计测量原理的重力梯度仪是迄今唯一实用的近地表动态测量重力梯度仪。碍于重力梯度信号的微弱和加速度计性能的限制，梯度仪输出信号的信噪比极低，需通过解调、滤波等数据处理手段进一步提高测量精度。

如图2所示，旋转加速度计式重力梯度仪基于加速度计位置差分测量原理，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：

(a₁+a₃)-(a₂+a₄)＝2R[(Γ_xx-Γ_yy)sin(2ωt+θ)-2Γ_xycos(2ωt+θ)]

式中，ω为圆盘旋转速率；R为加速度计中心到圆盘中心的距离；θ为初始相位。最后，加速度计组合信号通过2ω频率解调得到最终的重力梯度张量测量信号Γ_xx-Γ_yy和Γ_xy。

传统的重力梯度敏感器解调方法基于整周期的正弦解调方法，在数字系统中其解调原理公式为：

式中A_out(i)是经位置同步的加速度计输出采样值，N是重力梯度仪圆盘旋转半周时采样数据个数，t_s是梯度仪的采样时间间隔，2是将解调值转化为幅值的比例系数。

上述方法虽可准确解调出重力梯度信号的零频成分，但其滚动平滑滤波的特性对重力梯度动态测量有效频段内会随着频率的增加会不同程度的衰减，滚动平滑滤波幅频响应如图3所示，在航空重力梯度测量关心的0.01-0.1Hz 有效频带内，可存在0.5dB的衰减，这在高精度动态重力梯度测量中是不可接受的。同时在有效测量频带外，该解调方式又无法满足重力梯度测量对动态噪声抑制比的要求，需在数据处理环节中增加低通滤波以满足系统要求。

因此，传统的解调方法并不适合重力梯度动态测量，需设计一种适应动态测量的旋转加速度计式重力梯度敏感器解调方法。

发明内容

本发明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敏感器动态测量的解调方法，在保证重力梯度有效测量频带内的信号不受衰减的前提下最大程度抑制系统原始输出信号重力梯度调制频率附近的不相关噪声，提高系统动态测量精度。

本发明解决其现实问题是采取以下技术方案实现的：

一种旋转加速度计式重力梯度敏感器动态测量解调方法，包括以下步骤：