旋转加速度计重力梯度仪重力梯度信号仿真

在介绍旋转加速度计重力梯度仪仿真系统构成的基础上,依据旋转加速度计重力梯度仪测量原理,给出重力梯度信号仿真方法。信号仿真流程为:由计算机产生加速度计数字输出,经数模转换、模拟信号运算、放大、模数转换和数字解调,得到重力梯度数值。采用这种重力梯度信号仿真方法,可以详细研究旋转加速度计重力梯度仪的信号特征、参数调整、误差补偿以及信号处理方法,为重力梯度仪系统设计研发提供方法指导。     

重力梯度测量对加速度计温度系数的需求分析

加速度计的零位偏置、标度系数对温度很敏感,从而影响重力梯度测量系统的精度,将加速度计零位偏置、标度系数的温度系数代入重力梯度测量方程中,并给定重力梯度测量系统的精度、测量范围和温度变化范围,经过仿真计算得到系统对加速度计温度系数的要求。最后,选取某典型加速度计,通过优化组合,温度系数两正、两负配对使用,使得4只加速度计标度系数的温度系数和从15.255 ppm/℃降低到1.075 ppm/℃,满足系统要求。     

全张量重力梯度数据误差分析及补偿

针对用于航空移动平台的高精度全张量重力梯度测量系统,深入研究了梯度仪12个加速度计按3个不同旋转轴圆盘形成差分组合的结构。在确认该结构具有有效抑制运动共模加速度、减少外界环境干扰、实现高精度探测优点的同时,着重分析了重力梯度仪测量误差的来源和影响。研究表明,主要影响包括仪器固有随机噪声和外界确定性噪声。为定量描述影响程度,推导了在航空动态环境下的测量方程,并分离出加速度计的性能不匹配、平台不稳定、圆盘转速不稳定3个主要固有因素,从时间域和频率域角度定量分析固有影响因素的噪声水平。试验分析表明,通过利用Simulink仿真系统可以获得固有因素产生的噪声水平,并提出抑制方案。针对搭载环境测量误差,还分析了实测飞行中姿态和质量的改变对重力梯度测量值造成的环境影响,提出了基于点质量源的自身梯度校正方法。     

世界重力梯度仪的研究现状

在对地下结构的探测过程中,重力梯度仪器的研制及其科学的布设方式已经成了一个世界关注的研究课题。笔者介绍了目前世界上存在的基于扭矩和差分加速度计两种测量原理的重力梯度仪,并对其测量原理进行简要描述。然后对基于光学和原子干涉重力梯度测量仪器进行描述,最后介绍了作者提出的重力梯度测量光路,为自主研发绝对重力梯度仪提供技术参考。     

基于深度学习的重力梯度事后误差补偿方法

旋转式重力梯度仪动态测量的误差补偿是航空重力梯度测量的关键技术。因深度学习直接提取数据特征,有望补偿以往通过建模难以补偿的误差,从而进一步提高误差补偿效果,笔者提出了基于深度学习的航空重力梯度测量事后误差补偿方法,利用航空试验实测数据建立数据集,搭建并训练由梯度仪运动参数映射到梯度仪输出噪声的神经网络,利用该网络预测梯度仪输出噪声,以此对其他实测数据进行误差补偿。结果表明,利用深度学习预测的梯度仪输出噪声与实际输出噪声非常接近,补偿后梯度仪输出噪声下降超过一个数量级,补偿的误差水平与梯度仪样机指标接近。     

移动平台全张量重力梯度数据的噪声抑制

全张量重力梯度仪器测量数据中包含了大量的白噪声和有色噪声。传统的数字滤波器只能滤除某一频段外的噪声,对于混叠在重力梯度有用信号频段范围内的有色噪声不能很好的对其进行分离。为了同时滤除白噪声和有色噪声,笔者利用卡尔曼滤波器采用增广矩阵法将全张量重力梯度数据中的有色噪声进行估计,在抑制白噪声的同时将有用信号和有色噪声分离,并利用数字滤波器与卡尔曼滤波器的优点,将其结合生了更好的滤波效果,得到了更高质量的梯度信号。通过模型试验验证了本方法对噪声的滤波能力,并满足高精度重力梯度数据处理要求。     

平台式航空重力勘查系统国产化研究

针对深地资源勘探等应用对航空重力测量精度的要求,在前期研究基础上,研制并集成了平台式航空重力勘查系统。该系统为"三轴稳定平台+石英挠性摆式加速度计"的平台式航空重力仪,重力仪采用自标定技术和平台姿态误差实时估计和修正技术,并配备了导航定位系统、减振系统、无人值守系统和数据处理软件等。飞行测量数据表明:平台式航空重力勘查系统多架次重复线飞行数据的内符合精度优于0.6×10~(-5) m/s~2(100 s),测量精度达到国际先进水平,可以实现航空重力测量技术装备国产化。     

低刚度石英加速度计摆片加工工艺

针对高精度石英挠性加速度计对石英摆片性能改进的需求,梳理出在加工制造过程中应克服的工艺难点,对其中的研磨、刻蚀、激光切割、镀膜四个关键工序开展研究,提出各工序具体的工艺实现及采取的工艺措施,最终概括了各工序工艺要领,提出工序融合,互相兼顾的工艺思想。     

现代高速铁路对大地电磁测深的影响规律研究

为研究高速铁路对大地电磁数据的影响规律,笔者以京广高速铁路为例,在距铁路不同距离进行长周期大地电磁观测试验,对高铁干扰信号进行研究。结果表明,高铁主要干扰信号为脉冲噪声、阶跃噪声及周期噪声,对大地电磁100 Hz以下频段的数据均会产生影响, 10 Hz的干扰信号影响范围不超过0.5 km; 5～10 Hz的干扰信号影响范围不超过3 km; 1～5 Hz的干扰信号影响范围不超过5km;1 Hz的干扰信号影响范围超过5 km。     

高精度空间加速度计在轨引力标定方案

高精度静电悬浮加速度计是地球重力卫星的关键载荷之一，其灵敏度参数直接关系到非保守力的精确测量，最终将影响地球重力场反演精度。文中，讨论了精度静电悬浮加速度计在轨灵敏度引力标定方案的可行性。理论分析结果表明，通过回转台旋转一个球体吸引质量，可以对分辨率达到10^-10m／s^2的GRACE卫星SuperSTAR静电悬浮加速度计的2个高灵敏轴进行在轨标定。     

重力梯度测量的现状及复兴

评述重力梯度测量的发展史,介绍重力梯度的各种应用,预测重力梯度测量的前景.由于重力梯度值或重力高次导数具有比重力本身高的分辨率,特别适合于探测或研究局部的小地质体及其细节;由于美国海军秘密重力梯度仪技术的公开,并投入工业应用,以及多种新型重力梯度仪正在加速研究,重力梯度测量在石油、金属矿勘探和小地质体探测以及研究方面必将起更重要的作用.     

航空重力梯度仪实时重力梯度解调方法

为了进一步提高重力梯度测量精度,提出了一种实时解调相位角补偿和重力梯度实时处理方法。首先根据重力梯度仪样机结构特性给出了重力梯度解调相位角的求解过程和求解算式,然后研究了实时重力梯度解调方法并给出了重力梯度解调算式,最后在重力梯度信号半物理仿真平台上进行了仿真实验测试。测试结果表明,所提方法可以明显提高重力梯度测量精度,具有较高的工程应用价值,可以为航空重力梯度仪的研制提供技术参考。     

基于有限单元法的重力梯度张量正演计算与分析

由于重力梯度张量测量相对于重力异常测量有许多优点,因此对重力梯度的研究十分必要。在重力梯度各张量的正演计算中,复杂地质体的计算式难以直接推导,而利用有限元技术在复杂形体体积积分的优势,可以较为快速和简便地进行复杂模型的重力梯度全张量正演计算。通过模型的建立和正演计算,分析了球体模型梯度张量异常的平面和剖面特征,以及重力梯度张量与球体模型位置的规律;最后进一步利用复杂模型的重力梯度正演模拟,说明了重力梯度识别地下地质体位置的优势和不足。     

基于Sage-Husa算法的拖曳式Overhauser海洋磁场传感器海浪磁场噪声实时抑制方法

利用Weaver海浪模型,对拖曳式Overhauser海洋磁场传感器海浪磁噪声与深度、波幅等之间的关系进行了理论分析,证明了在极端海况条件下对海浪磁噪声进行抑制的必要性.为提高海洋磁测灵敏度,提出了一种基于改进的Sage-Husa自适应Kalman算法的海浪磁场噪声抑制方法.仿真结果表明,该方法能在不需要先验的噪声统计或实时参考噪声的情况下,实现磁场噪声协方差的快速收敛;且与常规的Sage-Husa算法相比,改进后的Sage-Husa算法降低了对初始参数的依赖性.另外,设计了一种拖曳式Overhauser海洋磁场传感器测试仪来测试上述算法.对比结果表明该方法不仅实现了磁场噪声统计参数的自适应估计,而且比经典Kalman滤波具有更好的滤波效果;此外,海浪磁噪声的功率谱密度由50 pT/Hz1/2@1Hz下降到6 pT/Hz1/2@1Hz.      

激光干涉重力梯度仪设计方案

介绍两类自由下落式重力梯度测量方法:激光干涉法和原子干涉法,分析对比后发现虽然两种干涉的测量方法不同,但具有相同的潜在精度。通过笔者的自由下落重力梯度测量的初步实验,提出了两种激光重力梯度仪的设计思路,并对其进行了分析和对比。结果表明,双干涉测量法在实现重力梯度仪精度要求的前提下,可以不增大整套设备的体积,并较好地保持双落体自由下落环境条件及运动状态的一致性。     

基于频谱分析的地铁列车运行隧道振动加速度研究

依托上海市轨道交通某运营线路,利用加速度计对不同结构区间列车运行时隧道内道床以及管片上螺杆的振动进行了测试,采用频谱分析方法取得相关参数,并对处理结果进行了比较分析。     

二维簧片重力梯度仪的研制

利用簧片悬挂二维扭摆,并结合二维电容微位移传感器技术,开展了重力梯度测量装置的研制,这种设计使整个悬挂系统在2个方向上扭转灵敏,增强了系统的稳定性,确保了整个系统的灵敏度。初步实验结果表明,该簧片重力梯度仪的梯度分量W_xx-W_zz和W_xz的分辨率分别达到了47 E和37 E,它主要受到系统检测电路噪声的限制。     

断层电子自旋共振定年中石英信号强度的影响因素分析

电子自旋共振(ESR)是一种利用矿物在地质环境中的累计辐射能进行测年的技术方法,它采用的测年矿物石英广泛分布,并具有记录断层作用良好的计时零点,是同位素测年的重要补充。ESR信号强度是决定ESR年龄精确度的关键因素,但是各种参数条件对测量结果的影响方式及其程度缺乏系统研究。本文以取自断层带石英的一种顺磁中心——E’心为研究对象,运用单因素重复性实验方法,分析石英ESR定年中5种影响因素与ESR信号强度的相关关系。结果表明,微波功率、调制幅度、扫描宽度是影响ESR信号强度的主控因素,样品管方位及直径对测量结果影响不大。微波功率0.02~0.1 m W、调制幅度0.25~0.4 Gs可作为精确测量断层泥石英E’心普适性的参数区间,过大或过小的扫描宽度均不利于ESR测量,可利用在大扫描宽度条件下先预扫描再精细扫描的方法确定合适的扫描宽度,重复测量后求取平均值可有效降低测量误差。利用本文提出的参数区间及其确定的方法测量断层泥石英的E’心信号强度,能显著提高ESR测量精度。     

基坑测斜观测数据误差分析方法研究

测斜是基坑监测的必要项目,针对测斜观测数据存在各种误差影响因素的情况,该文通过间接观测值探讨了伺服加速度计式测斜仪观测数据误差分析的统计检验方法,以期具有实际应用价值。     

超小型AMT三分量感应式磁场传感器研制

在地球物理电磁法勘探中感应式磁场传感器已广泛应用,该类磁场传感器的灵敏度、噪声与其长度和体积成正比,受物理原理制约,长度通常为800 mm～1 440 mm,重量在3 kg～6 kg。这里采用一种磁通聚集技术,突破了传统感应式磁场传感器的设计瓶颈,能大幅度降低传感器的长度,研制用于AMT方法的超小型感应式磁场传感器单个分量长度230 mm,长度约为传统AMT磁场传感器的30%,直径110 mm,重量约3 kg,工作频率范围为0.1 Hz～10 000 Hz,噪声水平在1 000 Hz处为■。将三个参数相同的磁场传感器相互垂直安装到一块底板上,构成三分量感应式磁场传感器,其体积为253 mm×253 mm×253 mm,重量约10 kg。野外实验表明:该三分量磁场传感器在地形复杂的地区开展AMT工作,极大地提高野外施工效率,具有广阔的应用前景。