海空重力仪的技术现状及新应用

海洋/航空重力测量是基于移动平台的动态相对重力测量,是指用有人测量船或飞机搭载重力仪或加速度计,来测定海面或近地空中重力加速度的重力测量方法。介绍了重力仪的应用领域,针对移动海洋/航空重力仪、海空重力仪车载试验,综合阐述了其国外、国内发展现状,指出了无人重力测量技术和深远海动态重力测量技术亟待解决的问题,分析了我国在海空重力测量领域中的发展方向。     

一种采用“捷联+平台”方案的新型航空重力仪

针对资源勘探等高精度应用对航空重力仪测量精度和分辨率的更高要求,在前期研究基础之上,研发了新一代采用"捷联+平台"方案的新型航空重力仪。设计了采用石英挠性加速度计和光纤陀螺的捷联式重力仪,采用了新型温度控制方案,提高了重力仪的环境适应能力。设计了稳定平台,将捷联式重力仪保持在垂直方向,隔离载机的角运动干扰,减小了重力传感器的动态误差。飞行试验表明,该方案是有效的,将航空重力仪的精度和分辨率提升到优于1mGal/3km。     

航空/海洋重力测量仪器发展综述

简要介绍了航空/海洋重力测量仪器的基本概念和分类,全面分析了其应用领域。针对航空/海洋(标量)重力仪、航空/海洋矢量重力仪和航空/海洋重力梯度仪三种类型,综合阐述了其国际、国内发展现状,指出了我国航空/海洋重力测量仪器的后续发展方向。     

捷联式移动平台重力仪地面测试结果

自主研制移动平台重力仪对我国矿产资源勘探及测绘等领域具有重要意义。研制了一种基于激光捷联惯导的移动平台重力仪,根据移动平台重力测量应用需求及激光捷联惯导系统特点,采用高精度石英挠性加速度计作为重力测量传感器,安装于系统垂向通道,既可作为导航用垂向加速度计,又用于实现标量重力测量。介绍了工程样机系统的组成。利用重力场随高度升高衰减的原理,以相邻楼层间的重力测量差值评价了系统的静态精度;通过地面跑车试验,获得了系统动态测量内符合精度。     

石英挠性加速度计参数长期重复性技术研究

石英挠性加速计作为敏感载体加速度的关键器件,其参数的长期重复性直接决定着惯导系统的精度和性能。为了清楚石英挠性加速度计长期重复性机理,从胶粘剂性能变化和焊接应力变化两个方面分析了石英挠性加速度计偏值长期重复性机理;从胶粘剂性能变化和永磁材料稳定性两个方面分析了石英挠性加速度计标度因数重复性机理。在此基础上,提出了从结构优化、新型材料研究、稳定化处理和加速试验四个方面提高石英挠性加速度计参数长期重复性的建议,为开展高精度石英挠性加速计的研制提供了支撑。     

基于相关向量机的加速度计参数变化规律研究

针对温度、振动等多种影响因素影响石英挠性加速度计内部参数变化,使石英挠性加速度计参数随着时间发生漂移,从而难以准确描述其变化规律的问题,基于相关向量机具有稀疏的模型结构,适合进行不确定系统建模的优点,提出了一种采用相关向量机进行石英挠性加速度计参数规律研究的方法。为了验证方法的有效性,针对2.5年自然贮存条件的石英挠性加速度计的参数标定值进行了时间序列建模,计算结果表明相关向量机具有很好的效果。     

基于AFSA的加速度计温度误差建模及参数辨识技术研究

减小温度变化对石英挠性加速度计输出的稳定性的影响,对提高惯性导航系统的精度有十分重要的意义。在建立石英挠性加速度计静态温度模型的基础上,采用AFSA对模型参数进行寻优,并给出了详细的建模步骤。结果分析表明,人工鱼群算法能够准确,快速的寻到模型参数。根据所建立的温度模型对加速度计输出进行补偿,加速度计的温度特性有了明显的改善。     

提高石英挠性加速度计标度因数稳定性的磁路设计

文章分析了影响石英挠性加速度计标度因数（K1）的长期稳定性的原因,讨论了一种将磁极片和磁钢的尺寸及磁钢材料进行改进的方法。并通过ANSYS大型有限元分析软件对改进的石英挠性加速度计的磁路进行了计算,获得了满意的结果。通过对结果的分析获得了对有关现象的直观深入的认识,为所计算加速度计的改进设计提供了线索。     

一种手自一体石英挠性加速度计温控仪的设计

为满足惯性导航系统中石英挠性加速度计精确测试要求,设计了一种以模拟电路和功率放大为核心的高精度加速度计温度控制仪器,温控精度达到0.02℃.该温控仪除具有精密温度控制外,还具有手动模拟量测量、自动模拟量测量及多通道I/F输出测试于一体的特点.为满足多只加速度计测试一致性要求,采用单一温度受控的采样电阻方法,提高了石英挠性加速度计性能指标如4小时稳定性、模拟量长期重复性测试的准确性和稳定性.     

平台式航空/海洋重力仪精密温度控制研究

以平台式航空/海洋重力仪为基础,为降低温度变化对其惯性器件尤其是重力敏感器的影响,保证重力测量的精度,设计了一种三级五路结构的高精度温度控制系统。以包含核心惯性器件的第三级温控为例,重点分析了温控对象的建模、非线性PI控制器的设计等问题,并进行了仿真分析和高低温环境下的试验验证,结果表明,在-10℃~+45℃温度范围内3个温控通道的温度变化量和温度稳定性均小于0.01℃,达到了重力仪的温度控制精度要求,为重力仪实现高精度重力测量提供了有利的温度条件。     

石英摆片激光切割技术研究

针对激光切割技术在典型石英结构——加速度计摆片加工成形中的应用,探讨了激光与石英材料的作用机理,进行了激光切割成形以及消应力试验。在此基础上详细分析了激光切割工艺参数和后处理对石英摆片成形质量的影响,对精密石英结构的制造具有普遍的意义。     

High acceleration, high performance solid state accelerometerdevelopment

This paper presents current accomplishments in the development of a high performance, high g, tactical accelerometer for use in the Advanced Kinetic Energy Missile (AdKEM) development program being conducted by the US Army Missile Command. The design goals of the accelerometer are to provide strapdown tactical navigation quality acceleration information throughout a 20 g soft launch phase, 1200 g boost phase, and low-g coast phase environment. The accelerometers must be able to provide acceleration measurements accurate enough to provide a navigational accuracy of 0.5 meter CEP at 500 meters. This translates to an accelerometer capable of measuring a 1200 g acceleration with a resolution of 1 milli-g. The AdKEM missile accelerometer and gyro outputs are used for control stability and midcourse guidance. The successful demonstration of this device offers a myriad of opportunities in both the commercial and military arenas. The operational environment and performance characteristics of the AdKEM accelerometer are presented. Crystalline quartz vibrating beam technology has been chosen for this accelerometer application to take advantage of solid state device characteristics. A solid state device with inherently digital output characteristics is desirable for strapdown navigation applications because of interface circuitry simplification, potential lower cost, inherent stability and longer storage life     

量子重力梯度仪研究进展

重力梯度是重力位的二阶微分,对地球密度扰动具有更高的分辨率,能够更加精细、全面地反映重力位在空间上的变化。高精度重力梯度测量在地质调查、地球重力场测绘、惯性导航以及基础科学研究等方面发挥着重要作用。量子重力梯度仪是近年来快速发展的一种基于激光操控原子技术的新型高精度重力梯度测量设备,具有测量精度高、长期稳定性好等特点,尤其是对振动噪声具有良好的抑制效果。目前,量子重力梯度仪的最佳灵敏度可达4E/√Hz,与最先进的旋转加速度计式重力梯度仪灵敏度3E/√Hz的水平相当。本文介绍了量子重力梯度仪的基本原理和应用,并分析了其国内外研究现状,最后讨论了目前限制量子重力梯度仪灵敏度的主要因素以及未来发展方向。     

Model QA3000 Q-Flex accelerometer high performance test results

Q-Flex quartz flexure suspension technology has evolved to produce a world class accelerometer with thousands of units delivered in 1991. The Sundstrand Model QA3000 Q-Flex design achieves a new level of inertial grade performance while maintaining a competitive market price. The specification for the QA3000, supported by actual performance data, depicts performance characteristics superior in both bias and scale factor. Long term measurements display bias and scale factor repeatability obtained across temperature over a period of three years. These data exhibit improved thermal behavior with reduced errors. Reaction time and radiation data highlight the performance of the hybrid position detector circuit     

一种弹性胶粘剂在石英加速度计中的应用

针对石英加速度计偏值问题,提出了摆片组粘接胶粘剂的选用原则,并应用有限元软件进行了仿真研究.分析结果表明,固化后弹性模量小的胶粘剂粘接面产生的应力较小,有利于提高石英加速度计偏值的稳定性.进一步对选用的弹性胶粘剂进行了强度检测,测试结果表明石英加速度计的偏值稳定性得到了明显改善.     

超导重力仪器:机遇与挑战

超导重力仪器是利用超导电性构建的精密相对重力测量仪器，其工作于4.2K液氦温度，具有仪器固有噪声低、稳定性好的特点。阐述了超导重力仪和超导重力梯度仪两种仪器的工作原理与技术特征，简要介绍了作者所在课题组超导重力仪器研制的进展情况。分析了我国资源勘查用航空超导重力梯度仪研制所面临的机遇与挑战，提出了应对技术挑战的策略方法。     

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。     

Microscope Instrument Development,Lessons for GOCE

Two space missions are presently under development with payload based on ultra-sensitive electrostatic accelerometers. The GOCE mission takes advantage of a three axis gradiometer accommodated in a very stable thermal case on board a drag-free satellite orbiting at a very low altitude of 250 km. This ESA mission will perform the very highly accurate mapping of the Earth gravity field with a geographical resolution of 100 km. The MICROSCOPE mission is devoted to the test of the “Universality of free fall” in view of the verification of the Einstein Equivalence Principle (EP) and of the search of a new interaction. The MICROSCOPE instrument is composed of two pairs of differential electrostatic accelerometers and the accelerometer proof-masses are the bodies of the EP test. The satellite is also a drag-free satellite exhibiting a fine attitude control and in a certain way, each differential accelerometer is a one axis gradiometer with an arm of quite null length. The development of this instrument much interests the definition and the evaluation of the sensor cores of the gradiometer. The in flight calibration process of both instruments is also very similar. Lessons form these parallel developments are presented. This revised version was published online in August 2006 with corrections to the Cover Date.