旋转重力梯度仪中加速度计一致性匹配分析

摘要

重力梯度测量在大地测量、资源勘探、惯性导航和国防安全等领域都有极其重要的应用前景。国际上正在研究的重力梯度仪有许多种，其中旋转加速度计重力梯度仪是目前唯一一种在近地空间获得成功应用的重力梯度仪，它适合在多种移动平台上使用。
　　旋转加速度计重力梯度仪的基本原理是将四个(或八个)加速度计正交反对称地安装到一个低速转动的转台上，通过对四个加速度计的旋转调制将待测的梯度信号调制到转动频率的二倍频上，有效分离了转动噪声，从而实现对微弱重力梯度信号的测量。相对的两个加速度计的输出组合可以抑制移动平台的平动加速度噪声，两对正交的加速度计输出组合可以抑制移动平台的转动加速度噪声，两次组合同时将重力梯度信号放大4倍。要实现上述思想，要求所使用的加速度计具有极高的一致性，因此对多个加速度计的一致性匹配原理和方法进行分析就显得尤为重要。
　　本文围绕旋转加速度计重力梯度仪中各个加速度计的一致性匹配问题开展研究。针对目标分辨率为1E/√Hz的旋转重力梯度仪，对加速度计的各个参数进行匹配需求分析；接着对匹配需求相对较高的标度因子展开匹配方法的分析，理论上推导出通过采用正交解调的方式，可以实现相对的两个加速度计和四个加速度计之间的标度因子匹配，由匹配方法建立了仿真模型，进一步验证了理论的可行性；在进行标度因子匹配实验时，针对实验中出现的解调信号的相位问题，分析了一阶交叉因子 KO的调节方法，该方法的有效性得到了实验的验证。
　　在此基础上，本文详细推导了加速度计二阶项中匹配需求较高的K2I、K5I和 K6I对重力梯度信号的影响。通过引入两次反馈可以将二阶项调制到较高频率，然后经过两次解调可以消去K2I、K5I和K6I。将所提出的调节方法进行仿真分析，得出仿真结果与理论计算结果是一致的，验证了所提出的理论方法的可行性，为后续的二阶项的实验提供一些理论上的指导。

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1 绪 论

1.1 重力梯度测量概述

1.2 几种重力梯度仪的介绍

1.3 旋转重力梯度仪中加速度计匹配概述

1.4 本人研究内容

2 加速度计匹配需求分析

2.1 水平GGI原理推导

2.2 加速度计测量模型

2.3 加速度计各参数的匹配需求

2.4 本章小结

3 加速度计的标度因子匹配方法与仿真分析

3.1 加速度计输出简化

3.2 加速度计标度因子匹配方法

3.3 加速度计标度因子匹配仿真

3.4 加速度计一阶因子分析

3.5 本章小结

4 加速度计的二阶项匹配方法与仿真分析

4.1 加速度计的二阶项输出

4.2 加速度计二阶项匹配原理

4.3 加速度计二阶项匹配方法

4.4 加速度计二阶项匹配仿真

4.5 本章小结

5 总结与展望

致谢

参考文献

附录1 加速度计输出计算程序