[發明專利]一種多頻率重力梯度激勵信號產生方法

有效

• 申請號: 201710790472.5
• 申請日: 2017-09-04
• 公開（公告）號: CN107643548B
• 公開（公告）日: 2019-03-12
• 發明（設計）人: 蔡體菁;喻名彪
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01V7/00
• 分類號: G01V7/00;G01V13/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開一種多頻率重力梯度激勵信號產生方法，通過多個檢測質量，同時繞重力梯度儀以不同的角速度、不同的環形軌道旋轉，疊加產生多頻率重力梯度激勵信號。改變旋轉檢測質量的質量、個數、軌道半徑、軌道平面和梯度儀輸入平面的角度、旋轉角速度等參數可以靈活的控制多頻率重力梯度激勵信號的頻率成分和大小。通過該方法產生的多頻率重力梯度激勵信號的理論值是可知的，根據理論的多頻率重力梯度激勵信號和重力梯度儀實際輸出的信號，能對重力梯度儀的標度系數進行標定，對重力梯度儀的性能進行測試和評價。

技術領域

本發明涉及一種多頻率重力梯度激勵信號產生方法，屬于精密測量技術領域。

背景技術

重力梯度是重力場場強(重力加速度)的一階導數，重力勢能的二階導數，重力梯度相比重力加速度矢量，它能更豐富地描述重力場的信息，反映重力場場源的空間變化，建模地球重力場。它目前已成功應用于礦藏勘探，輔助高精度導航，地質分析，重力場建模等領域。目前國外已經投入商業應用的重力梯度儀主要有旋轉加速度計重力梯度儀，在研的具有應用前景的重力梯度儀有冷原子重力梯度儀、超導重力梯度儀、MEMS重力梯度儀等，我國的重力梯度儀樣機正處于研制中。

重力梯度儀具有一定的信號帶寬，在進行測試時，如果采取檢測質量靜態激勵法，該方法產生的重力梯度激勵信號為0頻率常值信號，不能滿足0頻率外重力梯度儀設計帶寬內的各項性能指標的測試需求。

發明內容

技術問題：本發明提供一種能夠提高重力梯度儀的測試效率，縮短研發時間、降低科研成本的多頻率重力梯度激勵信號產生方法。

技術方案：本發明的多頻率重力梯度激勵信號產生方法，包括以下步驟：

1)建立旋轉檢測質量固連坐標系b：檢測質量旋轉的圓形軌道平面和重力梯度儀的輸入平面的夾角為(θ_x,θ_y)，將重力梯度儀測量坐標系p分別繞該坐標系的x軸旋轉θ_x，y軸旋轉θ_y，將得到的坐標系b定義為旋轉檢測質量固連坐標系；

2)N個檢測質量分別在不同的軌道、以不同的角速度同時繞重力梯度儀旋轉，其中第j個檢測質量的圓形軌道半徑為R_j，第j個檢測質量的圓形軌道平面和重力梯度儀輸入平面的夾角為第j個檢測質量的旋轉角速度為ω_j，根據下式計算第j個檢測質量在旋轉檢測質量固連坐標系b的原點處產生的梯度張量：

其中為的元素；

計算第j個檢測質量產生的重力梯度激勵信號為其中，表示第j個檢測質量體產生的重力梯度儀的inline通道激勵信號，表示第j個檢測質量體產生的重力梯度儀的cross通道激勵信號；

根據下式計算N個檢測質量產生的總的重力梯度激勵信號Γ：

其中，表示求和運算，[ ]^T表示轉置運算。

本發明的步驟2)中第j個檢測質量在旋轉檢測質量固連坐標系b的原點處產生的梯度張量可以根據下式進行計算：

式中ρ表示第j個檢測質量的密度，Ω表示第j個檢測質量的體積。

進一步的，本發明方法中，步驟2)中根據下式計算第j個檢測質量產生的重力梯度激勵信號Γ^j：

式中矩陣元素根據下式計算得到：

式中c,c²分別表示cos(),cos²()，s,s²分別表示sin(),sin²()。