[發明專利]一種絕對重力加速度的補償方法和設備

在審

• 申請號: 202010563942.6
• 申請日: 2020-06-19
• 公開（公告）號: CN111679334A
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發明（設計）人: 張兵;薛兵
• 申請（專利權）人: 中國地震局地震預測研究所
• 主分類號: G01V7/00
• 分類號: G01V7/00;G01V7/04
• 代理公司: 北京睿博行遠知識產權代理有限公司 11297
• 代理人: 龔家驊

本發明公開了一種絕對重力加速度的補償方法和設備，所述方法包括：記錄激光干涉絕對重力儀中落體在自由下落過程中產生的干涉條紋采樣序列和地震儀同步觀測的第一振動干擾速度序列，根據所述干涉條紋采樣序列確定第一重力加速度序列，基于預設低通濾波器和預設采樣率分別對所述第一重力加速度序列和所述第一振動干擾速度序列進行調整，確定第二重力加速度序列和第二振動干擾速度序列，根據所述第二重力加速度序列和所述第二振動干擾速度序列對所述落體的重力加速度進行補償，從而有效地對地震儀觀測頻帶之外的高頻段噪聲進行抑制，提高絕對重力加速度測量準確度。

技術領域

本申請涉及重力測量技術領域，更具體地，涉及一種絕對重力加速度的補償方法和設備。

背景技術

高精度絕對重力儀的研發中，地面振動抑制是解算絕對重力值的核心過程，也是提高絕對重力儀測量精度的關鍵技術。對振動干擾的抑制作為重力儀的子系統具有相對的獨立性，國內外學者主要從參考棱鏡硬件隔振和振動補償算法兩方面開展提高儀器的抗噪聲能力的研究工作。

參考棱鏡硬件隔振系統是垂直向的，必須在隔振的同時支撐被隔振物體的重量，因此系統復雜，研發難度大。抑制振動干擾對絕對重力測量影響的另一個技術途徑不是直接抑制自由落體重力儀中參考棱鏡的振動幅度，而是精確測量參考棱鏡振動的時間序列，計算出落體瞬間參考棱鏡的振動數據，并從測量結果中減去以實現振動補償。與隔振系統相比，該方法適用于更惡劣的環境，甚至是動態平臺。現有技術在進行絕對重力加速度測量時，通常基于寬頻帶地震儀進行同步振動觀測。

現有技術中有利用放置在參考棱鏡旁邊的30s～70Hz的測振儀同步測量地面振動位移，將該位移信號變換到頻域后在每個頻點上運用傳遞函數進行校正，然后變換到時域信號進行波形拼接和基線修正得到反演后的位移信號，通過判斷與自由落體相對于參考棱鏡的下落位移信號的方向相同或者相反進行扣除，得到自由落體在下落時間內的實際下落位移，對三組以上下落時間及其對應實際下落位移的數據組進行最小二乘法擬合，得到重力加速度g的數值，然而，該方法存在以下問題：(1)寬頻帶地震儀的高頻帶寬不足(一般為50Hz，個別產品可達到100Hz)，不能有效用于校正高頻振動導致的測量誤差；(2)寬頻帶地震儀高頻端頻率特性的校正及校正誤差的影響；(3)在處理干涉條紋采集數據時，較高頻率的振動干擾在解算過程中可能以頻率混疊的形式出現。

現有技術中還有將參考棱鏡放置在自主研發的慣性懸掛系統上，該系統是一個單級彈簧減振系統，在隔離高頻振動干擾的同時，采集低頻振動干擾信號運用“劃線選點”算法進行振動抑制。背景噪聲對參考棱鏡的影響分為線性干擾和非線性干擾兩種。而重力加速度是對落體位移相對于時間的二次微分，其中，線性干擾的二次微分為零，而非線性干擾的二次微分后仍然存在，“劃線選點”算法利用一簇斜率相同的平行直線與記錄到的參考棱鏡振動曲線相交，通過提取這些交點的時間信息，選取自由落體下落軌跡上相對應的時間-位移數據對，利用最小二乘擬合法計算重力加速度，實現振動干擾抑制。該方法理論上為改進的干涉條紋過零點檢測算法，在基本過零點檢測算法基礎上丟棄了更多的觀測數據，并且利用單級彈簧減振系統隔離高頻振動干擾增加了測量設備的成本和測量參數的復雜性。

因此，如何更加有效地對地震儀觀測頻帶之外的高頻段噪聲進行抑制，提高絕對重力加速度測量準確度，是目前有待解決的技術問題。

發明內容

本發明公開了一種絕對重力加速度的補償方法，用以解決現有技術中不能有效地對地震儀觀測頻帶之外的高頻段噪聲進行抑制，重力加速度測量準確度低的技術問題，包括：

記錄激光干涉絕對重力儀中落體在自由下落過程中產生的干涉條紋采樣序列和地震儀同步觀測的第一振動干擾速度序列；

根據所述干涉條紋采樣序列確定第一重力加速度序列；

基于預設低通濾波器和預設采樣率分別對所述第一重力加速度序列和所述第一振動干擾速度序列進行調整，確定第二重力加速度序列和第二振動干擾速度序列；