[發明專利]旋轉加速度計重力梯度儀重力梯度解調相位角確定方法及裝置

有效

• 申請號: 202010612365.5
• 申請日: 2020-06-30
• 公開（公告）號: CN111624671B
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發明（設計）人: 錢學武;趙立業
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01V7/16
• 分類號: G01V7/16
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 李淑靜

1.一種旋轉加速度計重力梯度儀重力梯度解調相位角確定方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

對四只加速度計的輸出信號進行信號組合調理，得到重力梯度模擬信號；

A/D轉換器根據角度信息轉換器發出的同步脈沖信號對重力梯度模擬信號進行A/D轉換，得到重力梯度數字信號；

利用參考信號源對重力梯度數字信號進行相位角解調，得到重力梯度解調相位角；

其中所述利用參考信號源對重力梯度數字信號進行相位角解調包括：

產生數字正弦信號和數字余弦信號作為參考信號；

利用參考信號對A/D轉換器的輸出信號進行2倍頻幅值解調，通過改變參考信號的初始相角直到得到最大的幅值為止，此時的初始相角即為重力梯度解調相位角。

2.根據權利要求1所述的旋轉加速度計重力梯度儀重力梯度解調相位角確定方法，其特征在于，所述A/D轉換得到的重力梯度數字信號表達式為：

式中，A_k、B_k分別為2k+1次諧波正弦、余弦信號幅值，C_k為2k+2次諧波信號幅值，D為圓盤旋轉角加速度幅值，α為重力梯度解調相位角，為調理通路信號延遲導致的延時角，φ為第一加速度計A₁與重力梯度測量坐標系x軸之間的初始夾角，θ是環境物體引起的方位角，Δt為采樣時間，ω為重力梯度儀圓盤旋轉角頻率，為重力梯度儀圓盤旋轉角加速度，E_out(i)為第(i-1)Δt時刻數字信號。

3.根據權利要求1所述的旋轉加速度計重力梯度儀重力梯度解調相位角確定方法，其特征在于，所述重力梯度解調相位角的計算表達式為：

式中，N為圓盤每旋轉一圈角度信息轉換器輸出的脈沖數，ζ_i分別為正弦、余弦信號參考源的初始相角在第i次的修正角，等式右側|max表示尋找最大值對應的信號參考源的初始相角，S_s(k,i)為數字正弦信號，S_c(k,i)為數字余弦信號，ζ_q分別為第q次得到的重力梯度解調相位角。

4.根據權利要求1-3中任一項所述的旋轉加速度計重力梯度儀重力梯度解調相位角確定方法，其特征在于，所述方法還包括：對解調得到的重力梯度解調相位角進行零相位低通濾波處理，并對濾波后的數據均值處理，得到最終的重力梯度解調相位角。

5.一種旋轉加速度計重力梯度儀重力梯度解調相位角確定裝置，其特征在于，包括：

信號調理模塊，用于對四只加速度計輸出信號進行信號組合調理得到重力梯度模擬信號；

A/D轉換模塊，用于根據角度信息模塊發出的同步脈沖信號對重力梯度模擬信號進行A/D轉換，得到重力梯度數字信號；

角度信息模塊，用于發出同步脈沖信號；

相位角解調模塊，利用參考信號源對重力梯度數字信號進行相位角解調，得到重力梯度解調相位角；

其中所述相位角解調模塊包括：

參考信號發生單元，用于產生數字正弦信號和數字余弦信號作為參考信號；

計算單元，被配置為利用參考信號對A/D轉換器的輸出信號進行2倍頻幅值解調，通過改變參考信號的初始相角直到得到最大的幅值為止，此時的初始相角即為重力梯度解調相位角。

6.根據權利要求5所述的旋轉加速度計重力梯度儀重力梯度解調相位角確定裝置，其特征在于，所述A/D轉換模塊輸出的重力梯度數字信號表達式為：

式中，A_k、B_k分別為2k+1次諧波正弦、余弦信號幅值，C_k為2k+2次諧波信號幅值，D為圓盤旋轉角加速度幅值，α為重力梯度解調相位角，為調理通路信號延遲導致的延時角，φ為第一加速度計A₁與重力梯度測量坐標系x軸之間的初始夾角，θ是環境物體引起的方位角，Δt為采樣時間，ω為重力梯度儀圓盤旋轉角頻率，為重力梯度儀圓盤旋轉角加速度，E_out(i)為第(i-1)Δt時刻數字信號。