动基座重力梯度仪技术及其应用

本文首先阐明了动基座重力梯度测量的重要意义，在分析了当前国内外动基座重力梯度仪研究现状的基础上，重点阐述了旋转加速度计重力梯度仪的测量机理，探讨了其中的一些关键技术和解决设想，同时就其自身特点提出了可能的应用领域。     

旋转式重力梯度仪自身梯度补偿研究

重力梯度仪安装在惯性稳定平台上,忽略载体姿态角改变等条件下的影响,在空间上保持方向不变,因此载体相对于重力梯度仪的旋转会改变其周围空间的质量分布,从而引起自身梯度的变化.这种自身梯度变化影响了重力梯度仪的测量精度,是动基座重力梯度测量误差的重要来源.由于周围环境物体到重力梯度仪的距离很近,采用基于中心引力梯度的方法计算自身梯度具有较大误差.推导了基于加速度计输出的重力梯度仪自身梯度补偿方法.仿真结果表明通过基于中心引力梯度的方法和基于加速度计输出的方法分别计算单位质量的质量点产生的自身梯度时,0.3m位置处自身梯度补偿的偏差超过5E,采用基于加速度计输出的方法进行自身梯度补偿更加精确.     

旋转加速度计式重力梯度仪动态测量适应性能试验与效果分析

基于旋转加速度计测量原理的重力梯度动态测量技术,仪器自身动态适应性能是该研究工作的重要内容。首先,从重力梯度动态测量误差机理出发,梳理出实现动态测量的关键技术;其次,以国内航空遥感作业常用的Y-12固定翼飞机为例,分析了典型测量作业工况;最后,开展了基于载体动态参数的地面模拟试验,初步达到了论证的技术要求,为开展真实动态条件下的重力梯度测量奠定基础。     

基于动基座重力梯度仪的导弹主动段飞行状态估计

弹道导弹主动段由于惯导系统工具误差和扰动引力的影响,使得导弹关机点状态参数偏离标准关机状态参数,大大影响了导弹的命中精度.为此,提出了基于动基座重力梯度仪的导弹主动段飞行状态估计方案,利用动基座重力梯度仪测得的导弹实际位置引力梯度信息,采用卡尔曼滤波方法,修正导弹当前的飞行状态.通过初步仿真,证明该方法理论上是可行的.     

用于重力梯度仪标校的引力产生装置轨迹优化方法

本文主要讨论一种利用引力产生装置轨迹的移动进行引力梯度测试、标定和校准的方法。首先研究了引力产生装置对重力梯度测量系统的作用力影响,给出旋转式重力梯度仪的测量原理,推导了引力产生装置在重力梯度仪测量系统中的引力梯度信号输出表达式。文中设定了引力梯度测试参数,比较引力产生装置在空间中的不同位置移动区域产生的引力梯度信号的输出变化范围,确定引力产生装置的最佳轨迹。最后对重力梯度的测试标校方法作进一步分析。     

重力测量技术与惯性技术之间的关系

以加速度计为代表的惯性器件技术和以惯性稳定平台为代表的惯性系统技术,极大地推动了重力仪和重力梯度仪的发展。重力测量技术的不断进步,也有效支撑惯性导航系统性能的不断提升,并牵引了惯性技术研究的不断深入。国内惯性技术领域应将重力测量仪器研制作为一项长期而重要的主题,研制过程中应充分发掘现有技术潜力加快研制进度,并注重产品小型化和轻量化设计,推进重力/重力梯度测量技术协同发展,不断提高技术水平,拓展产品应用领域,推进惯性技术的可持续发展。     

基于旋转加速度计原理的重力梯度测量技术研究与试验

旋转加速度计式重力梯度测量方法通过旋转调制的方式提取微弱的重力梯度信息。首先从测量原理出发,指出实现该方案的主要难点及对策,提炼出关键技术;其次,以多种方式开展引力梯度效应试验,验证了理论的正确性;最后,尝试了面向载体应用的动态适应性试验,达到地面低动态条件下的技术要求,为开展高动态条件下的重力梯度测量奠定基础。     

航空重力仪/梯度仪惯性稳定平台研制现状

惯性稳定平台可以隔离外部扰动对重力仪或重力梯度仪的影响,改善重力测量环境、提高重力测量精度,在航空重力测量领域意义重大,应用前景广阔.本文针对国内外多个国家的航空重力仪惯性稳定平台研制情况,以及承载不同类型重力梯度仪的惯性稳定平台研制现状进行了评述,并讨论了平台研制中的一些关键技术,最后进行了前景展望.     

用双自准直仪测量静态测角分度误差

介绍一种用双自准直仪和多齿分度强组合测量静态测角分度误差的测量方法。     

重力梯度传感器结构误差建模

机械精度设计在重力梯度传感器的结构设计过程中占有举足轻重的地位,因为结构误差对重力梯度仪输出结果的精度有很大影响。为此,采用建立数学模型的方法,根据测量原理分析加速度计输入输出关系,对理论输出结果和含有结构误差时的实际输出结果求差,得到结构误差方程。为保证重力梯度仪的测量精度,对主要结构误差方程中信号与结构误差的耦合项进行逐项分析,则可给出在不影响精度条件下,推导安装极限误差,为提出重力梯度传感器的结构所必须达到的机械精度以及载体平台稳定性的设计要求打下基础。     

单轴旋转捷联惯导系统重力扰动补偿方法研究

随着惯性器件精度的提升以及系统级补偿技术的应用,惯性导航系统精度得到不断提升。原先忽略的一些误差源如重力扰动,成为制约惯导精度进一步提升的关键。针对该问题,研究了单轴旋转捷联惯导系统重力扰动补偿,补偿所需重力扰动信息通过德国波尔茨坦GFZ研制的EIGEN-6C4计算得到。仿真结果表明,经重力扰动补偿后,单轴旋转捷联惯导系统精度有显著提升。     

重力插值重构在重力匹配导航中的应用研究

重力匹配导航的定位精度与重力基准图分辨率紧密相关,重力基准图可以通过插值算法细化重构,提高分辨率.为了验证重力基准图的细化重构是否可以有效提高定位精度,对多面函数插值法、Shepard插值法及综合Shepard插值法的插值效果进行了比较分析,并采用这3种插值算法对重力基准图进行细化重构,选用地形轮廓匹配(TERCOM)算法和迭代最近等值线点(ICCP)算法作为重力匹配算法,通过海上船测数据的离线仿真验证了插值处理后重力基准图的重力匹配导航效果.试验结果表明,使用3种插值算法将重力图分辨率由1'×1'提高到0.5'×0.5'后,TERCOM算法和ICCP算法的定位精度分别提升了约30％和20％,但分辨率提高到0.25'×0.25'后,定位精度不再有明显提升.此外,3种插值算法的插值效果虽不尽相同,但导航结果却具有一致性,试验结果也表明,当基准图分辨率提升仅为1倍时,插值算法的选择对导航结果影响甚微.     

Gravity modeling in aerospace applications

The science of inertial navigation has evolved to the point that the traditional gravity model is a principal error source in advanced, precise systems. Specifically, the unmodeled vertical deflections of the earth's gravitational field are a major contributor to CEP (circular error probable) divergence in precise terrestrial inertial navigation systems (INS). Over the years, several studies have been undertaken to the development of advanced techniques for accurate, real-time compensation of gravity disturbance vectors. More complex on-board gravity models which compute vertical deflection components will reduce the CEP divergence rate, but imperfect modeling due to on-board processing limitations will still cause residual vertical deflection errors. In order to eliminate or reduce gravity-induced errors in the INS requires measurement of gravity disturbance values and in-flight compensation to the inertial navigator. It is assumed in this paper that gravity disturbance values have been measured prior to the airborne mission and various techniques for compensation are to be considered. As part of a screening process in this study, several gravity compensation techniques (both deterministic and stochastic models) were investigated. The screening process involved identification of gravity models and algorithms, and developments of selection criteria for subsequent screening of the candidates.     

金刚石氮－空位色心惯性测量技术发展与展望

金刚石内嵌负电荷氮—空位(NV-)色心,因其结构性质稳定、常压室温下自旋弛豫时间长、易于操控和检测等特点,已广泛应用于磁场、电场、温度等物理量的测量.基于金刚石NV-色心的惯性测量技术是基于量子效应的原子自旋惯性测量领域的新兴方向之一.首先介绍了金刚石NV-色心的结构与性质,其次阐述了量子体系几何相的基本原理以及NV-...     

2022年国外惯性技术发展与回顾

惯性技术广泛应用于海、陆、空、天各种载体的导航、定位与控制。通过对2022年的IEEE惯性传感器与系统会议、DGON惯性传感器系统会议、MEMS国际会议和圣彼得堡组合导航会议等惯性技术相关会议文献以及惯性技术领域相关机构披露的动态信息进行的详细梳理,总结了光学陀螺、微机电(MEMS)陀螺、半球谐振陀螺(HRG)、加速度计以及新兴的量子惯性传感器等惯性仪表及惯性导航系统(INS)的发展现状,并对惯性技术领域的发展趋势进行了分析与展望。当前,惯性技术领域相关研究主要侧重于小型化、提高精度和降低成本等方面。其中,光学陀螺较为成熟,更为侧重于小型化相关研究;微机电陀螺正在致力于向导航级性能突破和发展;半球谐振陀螺主要着力于探索降低高端产品的制造成本。