本發明公開一種重力梯度儀自標定方法及離心梯度補償方法，其中重力梯度儀自標定方法通過改變重力梯度儀的水平傾斜角或慣性穩定平臺的旋轉角速度改變重力梯度儀敏感的離心梯度，記錄不同離心梯度激勵下重力梯度儀的輸出及檢測的離心梯度數據完成重力梯度儀標度系數、零偏的標定；根據標定模型及重力梯度儀的輸出得到含有離心梯度的重力梯度數據，將其減去檢測的離心梯度，實現離心梯度補償。本發明提供的標定方法可由計算機自動運行，實現自標定，該方法僅依靠重力梯度儀本身，不需要依賴外部檢測質量即可完成標定，該標定方法，方便、簡潔、容易實施。

技術領域

本發明涉及一種旋轉加速度計重力梯度儀自標定和離心梯度補償方法，屬于精密測量技術領域。

背景技術

重力梯度是重力場場強(重力加速度)的一階導數，重力勢能的二階導數，重力梯度相比重力加速度矢量，它能更豐富地描述重力場的信息，反映重力場場源的空間變化，建模地球重力場。它目前已成功應用于礦藏勘探，輔助高精度導航，地質分析，重力場建模等領域。目前國外已經投入商業應用的重力梯度儀主要有旋轉加速度計重力梯度儀，在研的具有應用前景的重力梯度儀有冷原子重力梯度儀、超導重力梯度儀、MEMS重力梯度儀等，我國的重力梯度儀樣機正處于研制中。

目前，有關重力梯度儀標定的專利和文獻，采用施加外部檢測質量利用萬有引力場來激勵重力梯度儀，標定重力梯度儀。這類標定方法，需要外部檢測質量，且需要人為改變檢測質量體的質量和位置，標定過程復雜，標定效率低。

發明內容

技術問題：本發明提供一種僅依靠重力梯度儀本身，不需要依賴外部檢測質，準確、高效的重力梯度儀自標定的方法，同時能夠對重力梯度儀輸出數據中含有的離心梯度進行補償。

技術方案：本發明的重力梯度儀自標定方法及離心梯度補償方法，其實施的硬件裝置，包括旋轉加速度計重力梯度儀、慣性穩定平臺、離心梯度檢測單元和內設有重力梯度儀自標定程序、離心梯度補償程序的計算機設備；所述的旋轉加速度計重力梯度儀安裝在慣性穩定平臺上；所述的重力梯度儀、慣性穩定平臺、離心梯度檢測單元都通過數據線連接到計算機設備；所述的計算機設備安裝有重力梯度儀自標定程序及離心梯度補償程序。

上述離心梯度檢測單元它由陀螺儀及離心梯度信號處理模塊組成；陀螺儀安裝在重力梯度儀測量坐標系的x軸和y軸，測量x軸，y軸的角速度。離心梯度信號處理模塊，將根據陀螺儀采集的角速度數據，計算出離心梯度，由于陀螺數據的采樣率較高，計算得到的離心梯度數據的數據采樣率會高于重力梯度儀輸出的數據采樣率，因此需要對陀螺數據計算的離心梯度數據進行抗混疊濾波及降采樣，使輸出的數據采樣率等于重力梯度儀輸出數據的采樣率；離心梯度信號處理模塊，根據下式計算離心梯度：

式中ω_x，ω_y分別為GGI測量坐標系x軸，y軸陀螺輸出的數據。

本發明的重力梯度儀自標定方法，包括以下步驟：

1)建立重力梯度儀測量坐標系Oxyz如下：原點O為重力梯度儀旋轉圓周中心，x軸指向加速度計A1的初始位置，y軸指向加速度計A3的初始位置；

2)分別在重力梯度儀傾斜和不傾斜時改變重力梯度儀離心梯度激勵的大小，并記錄用于標定的數據，其中在重力梯度儀傾斜時的處理方法為：

將重力梯度儀傾斜水平角度(θ_x，θ_y)，然后慣性穩定平臺繞外框軸Z以角速度ω旋轉N周，計算該過程中重力梯度儀輸出數據的平均值和離心梯度數據的平均值，將這兩個平均值作為用于標定的數據；

每改變一次重力梯度儀的水平傾斜角或慣性穩定平臺繞Z軸的旋轉角速度，則按照上述方式計算并記錄一組用于標定的數據，記錄的第k組數據表示為其中分別表示記錄的重力梯度儀第1通道輸出和第2通道輸出，分別表示記錄的離心梯度檢測單元第1通道輸出和第2通道輸出，總共記錄m組數據，其中m≥2，k為數據的序號；