绝对重力仪研制中一种新的自由落体轨迹重建算法

真空系统中落体做自由下落运动的轨迹重建算法,是进行拟合求解绝对重力测量结果的关键步骤之一.在自主研制小型高精度激光干涉绝对重力仪的过程中,基于目前高速发展的数字测量技术,提出一种自由落体轨迹重建的算法.其基本原理是:首先通过高速采样,得到落体自由下落过程中产生的一系列数字化的激光干涉信号;其次通过数字处理算法提取干涉信...     

基于激光干涉的新型高精度绝对重力仪

本文介绍了一种自主研发的新型高精度绝对重力仪样机,它利用激光干涉原理测量落体自由下落时相对于参考棱镜的时间位移信息,通过振动误差补偿算法提取落体下落轨迹上的时间位移坐标,然后基于最小二乘拟合法计算测点的重力加速度.在白家疃国家地球物理观象台国家重力基准点进行的对比观测试验结果与误差分析确定,样机经误差修正后的系统偏差为(-27.46～-30.59)±3.06×10-8 ms-2,2小时测量精度优于10×10-8 ms-2.     

绝对重力仪研究的最新进展

经典绝对重力仪和原子干涉绝对重力仪是目前国际上研制用来直接测量重力加速度值的主要精密计量仪器．经典绝对重力仪测量的相对不确定度可达到2×10(-9);原子干涉绝对重力仪一分钟测量的相对不确定度可达到3×10(-9),两天测量的相对不确定度可达到1×10(-10)．本文分别介绍了经典绝对重力仪和原子干涉绝对重力仪的测量原理及方法,重点介绍了国际上新出现的凸轮式绝对重力仪．还简单介绍了中国计量科学研究院在这一方面研究的最新进展．     

激光干涉绝对重力仪参考棱镜隔振系统仿真

在激光干涉绝对重力仪中,参考棱镜在背景振动和系统自振的作用下呈现复杂的振动模式,严重影响了整机的测量准确度.针对此问题,本文基于磁悬浮原理设计了参考棱镜的反馈式两级振动隔离系统,建立了系统的动力学模型,在不同的反馈方式下推导了相应的传递函数,进行了Matlab仿真分析以确定最优的反馈方式.系统仿真结果表明绝对速度反馈方式的隔振效果可达100 dB,与自主研发的Age-110型激光干涉绝对重力仪的联合测试结果表明,该隔振系统可将Age-110的测量精度再提高1.5倍.     

绝对重力仪测量结果的振动划线处理方法初步研究

针对自主研发的高精度绝对重力仪样机测量结果中引入的振动误差, 提出了一种全新的振动抑制算法．本算法利用一簇斜率相同的平行直线与记录到的参考棱镜振动曲线相交, 通过提取这些交点的时间信息, 确定落体下落轨迹上进行重力加速度计算的时间和位移坐标． 然后, 利用最小二乘算法获取测点的绝对重力加速度值．对不同重力加速度值的适用性和不同类型振动干扰的抑制效果模拟计算发现, 对于优势频率大于0.2 Hz, 峰峰值小于500 counts的干扰, 算法可以有效提高测量结果的系统偏差和测量精度．最后, 实际实验样机的测量结果表明, 本算法使最终测量精度提高了一倍, 为绝对重力仪的小型化和流动测量提供了软件技术支持。      

基于高紧支性移动最小二乘法的骨密度能谱探测技术研究

双能X射线骨密度仪系统具有测量精度高、时间短、剂量低等独特优势,是目前X射线骨密度测定技术的“金标准”。本文采用半导体CdZnTe探测器模块搭建半导体光子计数骨密度能谱测量平台,针对CdZnTe半导体探测器信号特点,使用移动最小二乘算法进行不同材料高低能拟合校正。移动最小二乘算法通过权函数改变目标数据点周围节点对其影响程度,可以让数据点的拟合方向更具灵活性。研究分析移动最小二乘算法对双能X射线骨密度测量数值的数据处理流程,完成基于移动最小二乘高低能拟合校正算法的骨密度测量实验。实验结果表明,本文所设计实现的基于移动最小二乘算法的骨密度双能拟合技术在实际应用中能达到较好的拟合误差精度,其中探测器像素单元在高能条件下拟合平均误差为0.032%,低能条件下拟合平均误差为0.036%。进一步数据分析表明,边缘像素单元与中心像素单元在高低能条件下的拟合误差差异仅为0.012%和0.011%。该算法能够有效提高半导体光子计数探测器的骨密度测量精度,降低探测器边缘像素单元信号不均匀性差异带来的误差影响,对目前线阵或面阵光子计数半导体探测器像素差异对骨密度诊断的影响具有良好的改善作用。      

利用间接平差算法精密测定gPhone重力仪水平位置参数

本文介绍了利用二次多项式拟合方法获得gPhone重力仪粗略水平位置参数的流程,并提出一种基于最小二乘的间接平差算法,用以获得gPhone重力仪的精密水平位置参数.本文的研究成果不仅可以提高连续重力观测台网产出的观测数据的精度,同时也可用于精密潮汐分析中的倾斜改正.另外,该成果可为传统重力仪倾斜传感器的数字化改造提供借鉴.     

贝叶斯算法在拟合自由核章动参数中的应用

用高精度重力技术检测地球自由核章动(FCN)参数(包括周期和Q值等)的难点是资料观测信噪比低,传统的方法是使用最小二乘拟合,但是获得的FCN共振参数精度不理想.本文利用武汉国际潮汐基准站高精度超导重力仪和全球超导重力仪观测的时变重力资料,根据贝叶斯算法拟合地球自由核章动(FCN)参数.我们将贝叶斯拟合方法与传统最小二乘法实施了对比分析,研究了不同台站资料差异.讨论了潮波选择和不同海潮模型等因素对FCN参数的影响.结果表明用贝叶斯算法获得的FCN品质因子与空间大地测量VLBI结果吻合的更好,这说明贝叶斯算法可靠性高,为研究地球深内部构造参数(核幔边界粘滞系数等)提供了有效依据.     

面向绝对重力测量的振动补偿技术发展

绝对重力仪是用于直接测量重力加速度值的精密仪器,可以作为计量标准器对相对重力仪进行定期校准.现有绝对重力仪的测量精度可达微伽(1μGal=1×10-8m/s2)量级,测量精度主要受振动噪声的限制.垂直隔振和振动补偿技术是目前常用的两种处理振动噪声的方法.随着绝对重力仪在野外流动重力观测和海洋/航空重力测量中的应用需求日...     

激光干涉绝对重力仪干涉信号处理算法的动态适应性及其船载应用评估

激光干涉绝对重力仪干涉信号处理算法的动态适应性研究是进行动态绝对重力测量的基本前提。本文基于希尔伯特变换、直接正交法、过零点法三种瞬时相位处理算法,提出了基于背景振动物理量的合理动态约束条件,即反向的振动速度不能超过落体的下落速度。构建的单频振动信号仿真实验表明:在满足约束条件时,采样频率为60 MHz,希尔伯特变换算法的精度优于10^-13 m/s²,过零点算法的精度优于10^-9 m/s²,直接正交算法的精度为(-7.9±2.0)×10^-8 m/s²。基于海浪模拟平台的实测试验表明:满足约束条件时,这三类瞬时相位处理算法均适用于动态环境,并获得了标准差为4.6×10^-5 m/s²的绝对重力测量值。更进一步,基于本文动态适应性结论对系泊和海面船载动态环境进行评估,结果表明:测量船在3级以下海况可以进行10^-5 m/s²量级绝对重力的测量;在3—4级海况下,需根据振动信号对...     

拉科斯特G型重力仪的零漂特征及其处理方法

探讨了产生重力仪零点漂移的原因，指出了目前零漂改正的几种方法，根据大量流动重力实测资料，分别用统计和最小二乘方法求解了国家地震局系统所使用的７台Ｌａｃｏｓｔｅ－Ｇ型重力仪的零漂量级，不同漂移改正方法对比结果：利用最小二乘法求解的线性漂移率进行掉格改正效果最好，这对了解每台仪器性能，合理进行漂移改正，提高观测精度具有较高的实用性。     

原子干涉重力仪测量原理与发展现状

针对当前新型号导弹武器无依托发射时惯导参数标定及战略导弹核潜艇导航定位的现实需求,针对我国重力测量精度低、依赖进口的现状,介绍了原子干涉重力仪的基本原理和近年来国内外主要发展状况.分析了近年来国外仪器测量精度有所提升,但存在实用化、产品市场化不足的特点,国内主要存在测量精度低、技术体制单一及环境适应性差的主要差距,展望了原子干涉绝对重力仪的发展方向.     

重力测量国际进展

在大地测量、地球物理学、地质学、计量领域中,对精确且可溯源的绝对重力测量的需求不断增加.重力测量的国际组织相继建立,组织国际绝对重力仪比对和区域性比对,推动重力测量的不断发展.本文介绍了历届国际组织的联席会议和国际绝对重力仪比对情况.     

利用FG5绝对重力仪观测数据确定重力垂直梯度

本文建立了利用FG5实测数据求解重力垂直梯度的数据处理模型与算法.通过对多次自由落体实验的下落距离拟合残差叠加求均值,发现下落距离观测量中存在明显的有色噪声.通过对有色噪声的建模,并以剩余残差为依据选取可靠的下落时段,解算测站点的重力垂直梯度.利用本文所提出的数据处理方法分别对FG5-214绝对重力仪在两个测站上的观测数据进行处理,以相对重力仪测量的重力垂直梯度结果为参考值,本文处理得到的重力垂直梯度结果相比于未考虑有色噪声并依据经验选取下落时段的解算方法得到了显著改善.     

地壳形变分析的抗差最小二乘配置迭代解法

利用最小二乘配置进行地壳形变分析,其结果的合理性关键在于经验协方差函数的拟合.考虑到观测数据存在粗差的情况,提出基于观测值中位数初值的抗差最小二乘配置方法和基于中位参数法的抗差最小二乘配置方法.两种方法首先分别利用观测值中位数给出观测值初始权阵以及利用中位参数法给出最小二乘配置初始解,然后均在给定协方差函数参数初始值的情况下,应用合适的等价权进行抗差估计并通过迭代计算,最终获得稳健的协方差函数参数估值及最小二乘配置解.利用本文提出的两种方法以及传统方法分别对庐山地震的GPS垂直位移数据和意大利L'Aquila地震的InSAR同震位移数据进行处理分析.结果表明:相对传统方法,基于观测值中位数初值的抗差最小二乘配置方法效果更好,更具稳健性.     

地震计阻尼和自振频率的频域测定

利用地震观测系统中的阶跃标定响应记录 ,在频域基于阶跃信号的幅频特性确定地震计的阻尼常数和自振周期。介绍了该方法的原理 ,采用非线性最小二乘拟合方法和具体的实际应用     

基于Qt平台的绝对重力仪数据处理软件设计

基于Qt平台,结合第三方具有强大绘图功能的Qwt库,分析了绝对重力仪数据处理软件的功能需求,设计了系统框架和部分模块。该软件可实现的功能有通过网络采集下位机数据,通过定时设置自动采集数据,实时处理计时数据拟合得到绝对重力g值。针对国内还没有标准绝对重力仪数据处理软件,自主研发了绝对重力仪软件系统。     

地震序列较强余震最小二乘拟合预测的方法研究

本研究给出了针对地震序列较强余震发生时间进行快速预测的一种方法,即最小二乘拟合预测方法.该方法包括:最小二乘拟合预测模型的建立、预测模型的各种可信性检验及模型预测等内容.震例研究表明,该方法在大(强)地震现场震情分析中可望发挥积极作用.     

宽频带超导重力仪的研制进展

本文报道一种构建宽频带高分辨率超导重力仪（SG）的方法.与已商业化的GWR超导重力仪类似,新型超导重力仪同样使用磁悬浮超导检验质量来构建弹簧振子结构,不同的是弹簧振子的固有频率更高,可以有效覆盖地脉动频带.同时,利用基于超导量子干涉器件（SQUID）的位移传感技术,大幅提高了位移传感灵敏度,以保证仪器在测量带宽扩展之后仍具有与GWR仪器相当的测量分辨率,从而实现对时变重力信号与地球背景噪声信号的同时高分辨观测.宽频带超导重力仪核心部件垂向超导加速度计（VSA）的设计、组装和初步测试已经完成.结果表明,加速度计的噪声本底为8 μGal/Hz^1/2@0.1 Hz,实现了对地脉动信号的高分辨率测量.而为了将仪器噪声本底降低到GWR仪器水平,加速度计的固有频率需要进一步减小,该部分参数优化工作正在进行.本文将对垂向超导加速度计的工作原理、结构和测试结果进行详细介绍.     

考虑区域构造特征的最小二乘配置方法初步研究

引言在“九五”国家地震科技攻关中 ,笔者已对借助最小二乘配置获得地形变 (应变 )场动态图像的方法作了较系统的研究 (江在森等 ,1 999;张希等 ,1 998,1 999)。但以往的研究和文献 ,无论是最小二乘配置还是其他拟合方法 ,均是在假设被拟合量在空间连续变化的前提下所得 ,并不适用于事实上存在断裂及不同的活动块体构造分布的非连续介质。本文充分考虑区域的主干断裂构造与块体运动差异 ,提出一种新的最小二乘配置处理方法 ,并应用于一个空间域非连续分布、真实结果已知的模拟理论垂直形变场的内插拟合。1　建立空间域非连续分布的模拟理论…