海洋重力测量误差补偿技术

海洋重力场信息在勘探矿源和导航定位等方面都具有重要意义.进行海洋重力实时测量时,重力仪会受到各种外界扰动力的影响,再加上重力敏感器本身稳定性和惯性平台系统性能影响,重力敏感器的输出需要进行一系列数据处理和补偿后才能得到当地重力异常值,研究了重力敏感器安装角误差标定、零位漂移估计和格值修正等重力数据预处理方法.分析了海洋重力测量数据处理流程,主要包括零点漂移补偿、水平加速度误差补偿、厄特弗斯效应修正、高度修正和噪声滤波处理等.对每个数据处理过程都提出了具体补偿算法,并分析了补偿后的重力测量误差,将以上重力数据处理方法应用到实际重力测量,结果表明重力仪能够准确测量出当地重力值,其精度为1 mGa1.     

平台式重力仪测量数据的卡尔曼滤波处理

根据三轴惯性平台海空重力仪的特点,在重力测量数据处理中,把重力异常作为状态量,建立了扩展卡尔曼滤波状态方程和观测方程,并阐述了三轴惯性平台海空重力仪重力测量数据处理步骤。依据给出的卡尔曼滤波方程,应用平滑卡尔曼滤波方法,对三轴惯性平台海空重力仪的海洋重力测量数据进行了处理。海空重力仪测量结果为:南北重复测线内符合精度为0.2 mGal,东西重复测线内符合精度为0.4 mGal,空间分辨率为650 m。     

H∞滤波和自适应卡尔曼滤波在消除重力异常畸变中的对比研究

为了有效地消除重力异常畸变对海洋重力仪测量精度的影响，得到更高精度的重力异常测量值，根据随机过程理论，分析了重力异常状态方程，并对H∞滤波算法和自适应卡尔曼滤波算法进行了理论对比分析，将其应用到消除重力异常畸变系统中。为了避免滤波发散，自适应卡尔曼滤波采用降阶的Sage—Husa算法。理论分析和仿真实验表明：H∞滤波算法和自适应卡尔曼滤波算法都具有较好的滤波收敛特性，并能在一定程度上有效地消除重力异常畸变对重力异常测量精度的影响，但自适应卡尔曼滤波的性能优于H∞滤波。     

分形滤波在高精度海洋重力仪数据处理中的应用研究

为有效地消除各种外界干扰噪声对高精度海洋重力仪测量值的影响,提高重力异常测量值的精度,在分析基于分形理论的滤波算法基础上,首次将其应用到高精度海洋重力仪系统数据处理中,并与自适应卡尔曼滤波进行对比分析,以实际信号数据与处理后信号数据的均方差作为衡量两种数据处理方法好坏的依据。理论分析和仿真实验表明:分形滤波方法和自适应卡尔曼滤波都能在一定程度上消除干扰噪声对重力异常信号的影响,但在相同背景条件下,分形滤波的性能优于自适应卡尔曼滤波。     

自适应Kalman和零相移滤波算法在重力信号处理中的对比

为了有效消除海洋重力仪测量信号的噪声,提高重力数据的获取精度,根据随机过程理论,借助基于二阶高斯一马尔可夫异常位模型的重力异常协方差函数,得到海洋重力测量中重力异常信号的状态方程.对sage-husa滤波算法和零相移算法进行了理论分析,为了抑制零相移滤波器的首尾数据畸变,求解了滤波器的初始状态.根据实测重力数据,进行了去噪仿真试验.理论分析和仿真结果表明,sage-husa与零相移滤波算法均能较好地抑制采样重力数据中的噪声干扰,但零相移滤波算法的性能优于sage-husa滤波器.     

海洋重力测量畸变的消除方法

重力辅助导航进行匹配计算过程中,需要得到当前实时海洋重力数据,而海洋重力仪为了抑制垂直方向上干扰加速度,往往施加强阻尼对由垂直扰动加速度引起的采样质量的位移进行大幅度地压缩,但这同时引起测量得到的重力信号的畸变.因此,消除由于传感器强阻尼造成的重力数据畸变,获得高精度实时重力值,成为一个迫切的问题.为消除此畸变,采用反滤波方法对测量数据进行处理,达到实时获取当前重力异常数据的目的.通过仿真研究表明:反滤波技术可以恢复原始重力异常信号,减小由于强阻尼造成的幅值衰减和相位延迟,提高测量精度.     

小波多尺度分析在重力仪数据处理中的应用研究

为了有效地消除重力异常畸变对重力仪测量数据的影响，得到更高精度的重力异常测量值，在分析小波多尺度分析原理的基础上，首次将其应用到重力仪数据处理中，并与自适应卡尔曼滤波进行了对比分析，以实际数据与处理后数据偏差平方和的平均数作为衡量两种数据处理方法性能的指标。理论分析和仿真实验表明：小波多尺度分析和自适应卡尔曼滤波都能在一定程度上抑制重力异常畸变对重力仪测量数据的影响，但小波多尺度分析的性能优于自适应卡尔曼滤波。     

平稳小波在高精度重力仪信号处理中的应用

为有效地消除噪声对重力仪测量数据的影响,提高重力异常测量值的精度,在分析平稳小波多尺度分析原理的基础上,将平稳小波应用到重力仪数据处理中,并与传统小波多尺度分析进行了对比.理论分析和仿真实验表明,平稳小波和传统小波都能在一定程度上抑制噪声对高精度重力仪测量数据的影响,但平稳小波的性能优于传统小波.     

一种用于重力测量信号畸变校正的盲反卷积算法（英文）

强阻尼和大时间常数是海洋重力仪的共同特性,它们在抑制垂直方向上干扰加速度的同时也造成了重力仪测量信号的幅值衰减和相位滞后。为了校正重力测量信号的畸变,获得高精度的重力异常信号,在分析重力仪和重力测量信号畸变原理的基础上,提出了一种单通道Bussgang算法,并应用于重力测量信号的畸变校正。该方法首先将盲反卷积滤波器近似简化为FIR模型,然后采用常数恒模算法对Bussgang均衡器权系数进行更新,并在此基础上对反卷积滤波器进行了估计,最后基于实测重力信号将该方法与Kalman逆滤波进行了试验对比。理论分析和试验结果表明,该重力信号畸变校正方法能有效地消除重力测量信号的畸变,且校正效果明显优于Kalman逆滤波,其校正后信号相对于原始信号的标准差为0.328×10-5 m/s2,而Kalman逆滤波校正标准差为1.838×10-5 m/s2。     

冷原子干涉仪激光控制系统集成化设计及其在重力测量中的应用

为满足冷原子干涉仪工程化研制需求，推动其在重力测量等领域的实际应用，提出一种以现场可编程逻辑门阵列为集成微处理单元，以直接数字频率合成器为分布执行单元的单激光器激光控制方案，降低系统的尺寸重量功耗，提高控制的集成度，改善外场的适应能力。对基于该激光控制系统的性能进行了评估，并开展了87Rb自由下落式冷原子干涉重力测量实验验证。实验结果表明，所提出方案能够适用于冷原子重力仪激光系统的输出控制，基于所搭建的激光控制系统完成了41小时的连续重力测量实验，重力固体潮测量稳定性达到4.3μGal@1 h，与原有实验室样机的重力测量性能相当，且体积重量功耗之乘积降低至其1/11。     

速率方位惯性平台/GPS/计程仪组合导航系统仿真研究

根据科学发展和高精度导航的要求，提出了一个由GPS接收机、速率方位惯性平台和重力敏感器构成的精确重力测量组合导航系统，给出了该组合系统在速率方位地平坐标系下的误差方程和Kalman滤波方法以及计算机仿真结果。数字仿真表明：由中等精度的陀螺仪和加速度计以及GPS组成的组合导航系统平台水平误差角小，定位精度高，能够满足重力测量和导航要求。     

调宽控制平台稳定系统对陀螺漂移影响的研究

介绍了在平台式惯导系统中,由脉冲调宽加矩方式控制的惯性稳定平台的角振动对陀螺漂移的因素,通过对平台稳定系统的动态仿真,得出了它螺漂移与采用脉宽调制工作的稳定回路参数之间的关系,为惯性平台稳定回路的设计提供重要的数据依据。     

基于MATAB/Simulink的双电机速度跟踪伺服系统仿真

在分析直流无刷电机的数学模型的基础上,通过研究双电机速度跟踪伺服系统的结构与运行原理,对系统建立有效的仿真模型,完成了系统的计算机仿真.在MATLAB/Simulink环境下,采用基于位置的电控式跟踪控制策略,构建了双电机速度跟踪伺服系统仿真模型,主电机采用速度、电流双闭环控制,从电机在双闭环基础上外加位置环完成速度跟踪,并选择数字PID控制算法对系统进行仿真实验.仿真试验结果与系统设计要求一致,验证了数学模型的有效性及控制系统的合理性,有利于加快实际系统设计和调试的进程.     

向高精度发展的干涉型光纤陀螺仪技术

光纤陀螺仪是惯性系统中目前发展较快的全固态惯性敏感器.在光纤陀螺仪的发展过程中,先有开环式光纤陀螺仪用于战术级和大量民用,而后又发展成为全数字闭环干涉式光纤陀螺仪,逐渐用于导航级惯性系统.到20世纪90年代中期,人们看到了干涉型光纤陀螺仪的高精度发展潜力,开始了精密级光纤陀螺仪及其系统技术的研究工作.从发展角度看,高精度光纤陀螺仪将成为21世纪前期的发展重点.     

基于压力传感器的汽车重心实时监测力学模型

介绍了传统车辆重心测定的方法，提出了基于压力传感器的汽车重心实时监测机理的力学模型．利用该模型能实时监测汽车的整车重量、重心位置，提供安全装载和安全车速监测与报警，可为汽车安全系统提供可靠的重心计算力学模型，为研制汽车重心实时监测系统提供了必要参数与依据．     

Continuous servo-controlled alignment of specimens in materials testing

A universal testing machine having four degrees of freedom under servo control was successfully used to identify mechanical property degradation in ring and flat coupons exposed to simulated nuclear blast. Originally conceived as a method of obtaining a uniaxial tension test on a specimen with a curved center line (i.e., cut from a 9-in. ring), the device proved invaluable in the running of tests on standard (i.e., flat ‘dog-bone’) specimens in both tension and compression which were almost devoid of any bending stress. The ‘crosshead’ of the machine was able to pivot about two axes perpendicular to the primary tension-compression axis. These two axes coincided with the midpoint of the specimen, and rotation about the axes was servo controlled, based on a strain-gage-feedback signal from the specimen. Is addition, it was found necessary to provide the ability to servo control the horizontal movement of the ‘crosshead’ about one of these two axes, based on the shear sensed by a special shear sensor. Tests on beryllium and fiber-reinforced plastics with up to two percent axial strain showed a peak bending strain of only 30 microstrain, and this only momentarily. The servo systems were also used to good advantage during the ‘closing’ of the structural loop, making possible the testing of very brittle and delicate specimens.     

New-type of flying control for spinning TVC vehicle

A new kind of problem for TVC vehicle spinning in the boost stage had been researched. The study of non-linear flying dynamics modeling and dynamic properties of TVC vehicles reveal dominant coupled factors that affect the attitude stability and attitude precision of the pitch channel and yaw channel. The paper emphasizes the inertial delay coupled effects between vehicle＇s pitch servo system and yaw servo system, which have always been neglected. An uncoupled plan and control algorithm are put forward from the standpoint of engineering implementation to provide theoretical guidance and reference for further research on this complicated flying control.     

爆炸容器内小药量实验动态标定压力传感器

在爆炸容器中进行小药量空中爆炸实验, 利用传感器序列测量冲击波速度, 根据冲击波Rankine-Hugoniot关系获得测点近似理论峰值压力, 从而实现压力传感器的标定, 获得的灵敏度相对误差较小。同时测量了相应的冲击波参数, 并利用Modified-Friedlander公式进行数据后处理, 结果表明固定超压拟合更接近物理事实, 固定正相时间拟合也具有较高精度。最后进行了误差分析, 发现不同传感器特性及数据后处理方法都会带来一定误差。实验结果表明这种测量和后处理方法具有较高的精度, 可以同时标定传感器和测量冲击波参数。     

旋转加速度计重力梯度仪标度因子调整方法及误差补偿研究

在旋转加速度计重力梯度仪的重力梯度测量原理的基础上,本文提出了加速度计标度因子的在线调整方法。此方法对加速度计组合输出信号中的标度因子不平衡信息进行解调,通过反馈实现标度因子的调整,同时可实现对重力梯度仪系统误差的补偿。     

陀螺仪漂移测试小角度伺服法实验方案的改进

为了提高陀螺仪的使用精度,研究了陀螺仪漂移测试的伺服法实验技术.依托973项目,在国内首次完成了高精度单自由度静压液浮陀螺仪的伺服法实验.找到了影响小角度伺服法实验测试精度的主要误差源,即小角度伺服法实验的方法误差,通过对该误差的分析,提出了改进的小角度伺服实验方案.建立了小角度伺服法实验方法误差的仿真模型,用改进方案和原始方案分别进行了仿真和实验,结果表明改进方案同原始方案相比,陀螺仪漂移误差模型中的三项系数辨识精度均有提高.