[发明专利]一种重力敏感器低频频率响应误差在线建模及补偿方法

说明书

本发明涉及一种重力敏感器低频频率响应误差在线建模及补偿方法，步骤为：1、通过调整重力仪外框架，将重力敏感器敏感轴调整至与水平面呈一小夹角的位置；2、控制重力仪内框按照设定的旋转次序和周期匀速旋转，旋转过程，重力敏感器输出为正弦形式信号，记录敏感器输出的正弦形式比力测量数据；3、在一系列已知理论比力输入和对应采集的敏感器输出数据的基础上，辨识重力敏感器的频率响应，并求得系统低频传递函数；4、通过求逆系统和反卷积运算方法对重力敏感器实时输出测量数据进行处理，得到所求的精确的比力信息。本发明能够对重力敏感器的低频频率响应误差进行建模和实时补偿，从而保证了重力敏感器长期的高精度和高分辨率。

技术领域

本发明属于重力敏感器应用技术领域，具体涉及一种重力敏感器低频频率响应误差在线建模及补偿方法。

背景技术

地球重力场是地球的基本物理场，它反映了地球内部物质分布与地球的旋转运动，制约着地球表面和近地空间物体运动，地球重力场信息在地球科学中的地球物理、地质勘探、大地测量学、海洋学、地球动力学等基础学科和军事、国家安全等领域中有重大战略和基础性作用。平台式相对重力仪是获取地球重力场信息的主要仪器之一，主要由重力敏感器3和惯性稳定平台构成，惯性稳定平台包括底座6、外框架1和内框架，外框架通过外框轴2安装在底座上，内框架5通过内框轴4安装在外框架内，见图1所示。其中，重力敏感器为相对重力仪的核心敏感元件，具有高精度和高分辨率的特点，能够敏感地球微弱重力场变化。某种意义上，重力敏感器的精度水平决定了相对重力仪的精度水平。

重力敏感器可以被看作是依据牛顿力学定律而工作的高精度加速度计。通常，重力敏感器误差模型的建立主要考虑格值误差和零点漂移误差。与之相对应，误差补偿也主要针对格值和零点漂移进行。重力仪实际动态测量数据统计发现，重力仪动态测量精度与运载体机动特性相关。运载体平稳运行时段，重力仪测量数据质量高、测线光滑。相反地，运载体由于运动环境限制(海况差、大气湍流、路面颠簸等)动态大时，重力仪测量数据质量明显下降、测线出现噪声波动和“鼓包”现象，降低重力信息测量精度水平。长期和多次数据处理和分析的结果表明，除格值误差和零点漂移误差外，重力敏感器的频率响应误差是影响敏感器动态测量精度的主要因素。同时由于重力测量应用的特殊性，重力敏感器的低频(＜0.5Hz)响应误差是影响重力仪测量精度的关键。国内外针加速度计频率响应误差的研究的文献主要是利用振动测试的方法，且主要研究加速度计高频响应特性。还未检索到针对重力敏感器低频响应误差进行试验建模的方法。特别的，由于材料和电子元器件性能随时间的缓慢变化，重力敏感器的频率响应特性也随时间缓慢变化，因此，亟需一种能够在外场条件对重力敏感器低频响应特性进行在线建模和补偿的方法，保证重力敏感器长期的高精度和高分辨率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种平台式相对重力仪重力敏感器低频频率响应误差在线建模及补偿方法。该方法能够支撑重力仪在外场条件下在线建立敏感器误差模型，并在测量作业过程能实时对敏感器误差进行补偿，以提高重力仪动态测量精度。

本发明的上述目的通过如下技术方案来实现:

一种重力敏感器低频频率响应误差在线建模及补偿方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、通过调整重力仪外框架，将重力敏感器敏感轴调整至与水平面呈一小夹角的位置；

步骤2、控制重力仪内框按照设定的旋转次序和周期匀速旋转，旋转过程，重力敏感器输出为正弦形式信号，记录敏感器输出的正弦形式比力测量数据；

步骤3、在一系列已知理论比力输入和对应采集的敏感器输出数据的基础上，辨识重力敏感器的频率响应，并求得系统低频传递函数；

步骤4、通过求逆系统和反卷积运算方法对重力敏感器实时输出测量数据进行处理，得到所求的精确的比力信息。

进一步的：步骤1中，将重力敏感器敏感轴调整至与水平面呈5.5°夹角的位置。