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。     

激光捷联惯导车载重力测量试验

惯性导航系统中加速度计测量的比力是载体运动加速度与重力加速度的矢量和,当载体运动加速度能够被有效分离时,满足一定精度水平的惯性导航系统就可以成为动态重力仪。捷联式惯性导航系统体积小、重量轻、系统组成简单,可以在记录下惯性器件原始输出信息之后,通过离线处理过程进行数据处理和精度挖掘。本文通过对某高精度激光捷联惯导进行相应的软硬件更改,获得了兼具导航及重力测量功能的一体式动态重力仪。地面车载试验是验证动态重力仪的测量精度的有效手段之一,本文将一组高速公路重复测线的数据进行了处理和分析,结果表明在平均车速72km/hr的条件下,半波长分辨率2km,自由空间重力异常内符合精度优于1mGal。     

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。     

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.     

海洋重力仪采样质量悬挂系统分析

针对轴对称型海洋重力仪采样质量悬挂系统的刚度设计问题,运用材料力学和最小势能原理重点对水平和垂直方向的等效刚度进行理论分析,分析结果表明:系统在水平面内各方向的刚度相等,与拉丝材料的弹性模量和横截面积成正比,与拉丝的初始长度成反比;系统竖直方向等效刚度与绷紧弹簧的张力成正比,与拉丝的初始长度成反比.对仪器工程应用中,因拉丝弯曲而产生的干扰阻力进行了评估分析,结果表明在正确选择拉丝的材料和几何尺寸的条件下,由干扰阻力所引起的误差可以忽略不计.     

事件时间测量系统及其在绝对重力仪中的应用

绝对重力仪通常采用真空腔中自由落体的方法,通过测量激光干涉条纹信号的过零时间来计算绝对重力加速度(g)。针对绝对重力仪的使用,依托电子计数法的基本原理,基于数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)设计实现了事件时间测量系统,精确测量干涉条纹过零时间。首先介绍了事件时间测量的基本原理,然后具体介绍在以DSP为核心的硬件上的实现方法。根据理论计算和MATLAB~?数值仿真实验,评价系统测时误差以及对重力加速度测值的影响。最后分别通过硬件模拟实验和FG5X型高精度绝对重力仪上的对比实验进行验证。实验证明,该系统对重力加速度测量真值影响小于1μGal(1μGal=1×10~(-8) m/s~2),标准差影响小于5μGal。该系统体积小、成本低,尤其对于小型化、野外使用的绝对重力仪,完全符合其使用需求。     

面向地球物理应用的高精度MEMS惯性传感器

微机电系统(Micro Electro Mechanical System,MEMS）惯性传感器具有体积小、质量小、成本低等优势,已经在消费电子、工业、医疗、军事、航空航天等领域得到广泛应用。随着精度的不断提高,近年来MEMS惯性传感器在地球物理领域已经开始崭露头角,但是其在该领域中的具体应用需求还不太明确。因此,系统地分析了地球物理领域对高精度惯性传感器的应用需求,主要包括：自然灾害监测中的地震监测、固体潮和火山活动监测。高精度惯性传感器在自然资源勘探领域中的应用主要涉及地球物理勘探方法(重、磁、电、震）中的重力和地震物探方法,以及在钻井工程监测等领域的重力辅助导航中用于局部重力场的精密测量等。针对上述的应用领域需求,总结了已经应用于和未来可用于地球物理领域的高精度MEMS惯性传感器的国内外研究现状,并得出了如下结论：高精度MEMS惯性传感器在极端环境、低成本、高密度的地球物理应用环境下具有极大的优势,并有逐渐替代现有传统地球物理仪器的趋势。     

原子干涉技术在惯性领域中的应用

惯性技术因其强自主性、不依赖外界信号、适应全天候等特性在导航领域备受关注,为了提升惯性导航的精度,数十年来人们在如何提高惯性传感器性能方面进行了大量的攻关工作并研制出了多种基于不同原理的惯性传感器。得益于量子效应,原子传感器能在诸如时间、加速度、转动、磁场等领域提供比现有技术更高的测量灵敏度、精度和速度。通过研制基于原子干涉技术的高精度原子惯性器件,实现重力/重力梯度数据实时补偿匹配的量子导航将是新一代高精准军用惯性导航的首选。本文简要介绍了以物质波干涉为基础的原子干涉惯性器件的原理,回顾了以原子重力仪、原子干涉陀螺为主的技术发展历程及现状,并结合我国目前在该领域的发展态势,表达了对我国原子惯性设备实装应用的迫切性。     

主动制冷型温控系统在捷联式重力仪上的应用

针对惯性导航系统内部惯性器件工作温度偏高的问题,以捷联式重力仪为研究对象,基于热电制冷器设计了一套主动制冷型温控系统.它可显著降低惯性器件工作环境温度及其变化率,有利于提升加速度计工作的温度稳定性和长期稳定性.根据系统仿真与实验验证,直接控制对象的温度能够稳定在30℃±0.05℃.与加热型温控系统相比,温差达到了-21.00℃,加速度计的工作环境温度从56.00℃降低到了43.59℃.主动制冷型温控系统能够提升重力仪在高温环境下的环境适应性,且其温度分布更加有利于提升加速度计的输出稳定性.     

CHZ型重力仪控制系统的数字化设计与实现

为提高CHZ型海洋重力仪控制系统的自动化程度及抗干扰能力,提出了基于FPGA的数字化控制系统实现方案.该方案集成机械零偏补偿、数据处理、系统监测与报警等功能为一体,还可灵活切换不同控制参数,满足不同海况环境,提高了系统集成度和故障定位能力,增加了控制系统的可靠性.