一種重力梯度儀重力梯度測量信號的解調方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于重力梯度儀領域，尤其是一種重力梯度儀重力梯度測量信號的解調方法。
【背景技術】
[0002]重力梯度儀可以用來測量重力梯度張量(重力加速度矢量的空間梯度)，重力梯度張量有五個獨立項，即完全確定空間任意點的重力梯度張量需要五個獨立量的測量。旋轉加速度計重力梯度儀由安裝在慣性穩定平臺上正交的三套重力梯度敏感器組成，重力梯度敏感器是一個單軸旋轉裝置，其旋轉臺體上安裝一組(四個)加速度計，四個加速度計Al、A2、A3、A4在臺體上的安裝方式如圖1所示，四個加速度計均布安裝在以旋轉軸為中心的圓周上，加速度計敏感軸方向沿圓周切向，通過對加速度計組件輸出信號(A1+A3-A2-A4)解調可得到旋轉臺體所在平面的重力梯度張量分量信號。重力梯度敏感器旋轉臺體旋轉方式為均速旋轉疊加小幅正弦抖動，即轉速ω = oC+oBsin2JifBt，其中ω(:、ωΒ、fB均為預設的常值，t為時間。重力梯度敏感器進行重力梯度測量時，加速度計組件測量輸出信號為:
[0003]A1-A2+A3-A4 = Asin ω t+Bcos ω t+Ccos2 π fBt
[0004]+el (Txx-Tyy)sin2ωt+e2Txycos2ωt
[0005]其中el、e2為由機械參數決定的常數，Txx、Tyy、Txy為旋轉臺體所在平臺內的三個重力梯度張量分量。(A1+A3-A2-A4)信號中包含多個有效頻率成分:轉速一倍頻幅值A、B和轉速抖動頻率幅值C中包含四個加速度計之間標度因數不一致信息，用作加速度計標度因數調整回路的反饋信號；轉速二倍頻幅值則包含重力梯度張量分量信息，即為所需的重力梯度測量信號。考慮帶入轉速ω = oC+oBsin2 3ifBt，加速度計組件測量輸出信號變為:
[0006]A1-A2+A3-A4 = Asin ω C+ ω Bsin2 π fBtt
[0007]+Bcos (ω C+ω Bsin2 JT fBt) t
[0008]+Ccos2 JT fBt
[0009]+el (Txx-Tyy)sin2(ω C+ ωBsin2π fBt)t
[0010]+e2Txycos2(ω C+ ωBsin2π fBt)t
[0011]其中有用信息Α、B、el (Txx-Tyy)、e2Txy不再對應某個頻率的幅值，獲取這些信息將變得十分復雜。
【發明內容】
[0012]本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種設計合理且能夠方便獲得加速度計組件測量信息的重力梯度儀重力梯度測量信號的解調方法，解決了獲取A、B、el (Txx-Tyy)、e2Txy等加速度計組件測量信息不便的問題。
[0013]本發明解決其技術問題是采取以下技術方案實現的:
[0014]一種重力梯度儀重力梯度測量信號的解調方法，包括以下步驟:
[0015]步驟1、獲取轉速測量信號和等角位置脈沖序列；
[0016]步驟2、將轉速測量信號去除常值并轉化為同周期相位超前90°的方波信號，同時，該方波信號發出觸發脈沖觸發時間脈沖序列；
[0017]步驟3、將等角位置脈沖序列通過計數方式產生周期為2 Ji的二個方波信號和周期為:π的二個方波信號；
[0018]步驟4、將加速度計組件輸出信號分為兩路，一路信號以時間脈沖信號為采樣基準信號進行A/D轉換，得到第一路數字信號，該數字信號以步驟2得到的同周期相位超前90°的方波信號為解調基準信號解調得到信息C ;另一路信號以角位置脈沖信號為采樣基準信號進行A/D轉換，得到第二路數字信號，該數字信號分別以步驟3得到的四個方波信號為解調基準信號解調得到信息Α、B、el (Txx-Tyy)、e2Txy ；
[0019]所述信息A、B分別為轉速一倍頻幅值，所述信息C為轉速抖動頻率幅值；所述el (Txx-Tyy)為重力梯度張量分量Txx、Tyy之差的常數，所述的e2Txy為重力梯度張量分量Txy的常數。
[0020]而且，所述步驟I的具體方法為:旋轉臺體采用光柵測角模塊，經過電子細分線路輸出信號到軸運動控制器，由軸運動控制器輸出轉速測量信號和等角位置脈沖序列
[0021]而且，所述本步驟I軸運動控制器輸出的等角位置脈沖序列的周期被4整除。
[0022]本發明的優點和積極效果是:
[0023]本發明采用等角位置間隔輸出脈沖序列和等時間間隔脈沖系列的雙重基準解調方法，對重力梯度敏感器加速度計組件輸出信號進行解調從而獲得有用信息A、B、C、el (Txx-Tyy)、e2Txy，并采用DSP進行自動處理，具有精度高、易于實現等特點。
【附圖說明】
[0024]圖1是加速度計組件在旋轉臺體上的布置圖；
[0025]圖2是時間解調基準信號的生成示意圖；
[0026]圖3是位置解調基準信號的生成示意圖；
[0027]圖4是本發明的原理圖。
【具體實施方式】
[0028]以下結合附圖對本發明實施例做進一步詳述:
[0029]一種重力梯度儀重力梯度測量信號的解調方法，是基于等角位置間隔輸出脈沖序列和等時間間隔脈沖系列的雙重基準解調方案用于對重力梯度敏感器加速度計組件輸出?目號進行解調從而獲得有用?目息Α、B、C、el (Txx-Tyy)、e2Txy。其實現原理為:
[0030]設:重力梯度敏感器旋轉臺體角位置為Θ，則
[0031]Θ = ω t = ω C+ω Bsin2 π fBtt
[0032]則加速度計組件輸出模擬信號(A1+A3-A2-A4)為
[0033]A1_A2+A3_A4 = Ccos2 fBt+
[0034]sin Θ +Bcosθ +el (Txx-Tyy)sin2θ +e2Txycos2θ
[0035]加速度計組件輸出模擬信號分為兩部分，Cc0S2 JifBt項視為時間t的函數，Asin Θ +Bcos θ +el (Txx-Tyy) sin2 θ +e2Txycos2 θ項則視為旋轉臺體角位置Θ的函數。因此，對加速度計組件輸出模擬信號同時以兩種方式進行數據采集:第一種方式采用時間基準采樣信號，即采樣信號為等時間間隔脈沖序列進行數據采集，實現模數轉換，得到數字信號I ;第二種方式采用位置基準采樣信號，即采用旋轉臺體等角位置間隔脈沖序列進行數據采集，由測角模塊根據設定的位置間隔輸出等位置間隔的脈沖序列，實現模數轉換，得到數字信號2。即加速度計組件輸出模擬信號(Α1+Α3-Α2-Α4)通過兩路基準采樣信號轉換為兩路數字信號。
[0036]旋轉臺體轉速測量信號去除常值后的正弦周期信號轉換為同頻率的相位超前90°的方波信號E作為解調基準信號，如圖2所示，對數字信號I解調得到Ccos2 π fBt項的幅值信息C。
[0037]由重力梯度敏感器測角模塊輸出的等位置間隔脈沖信號獲得四路方波信號F1、F2、F3、F4，如圖 3 所不，分別作為 Asin Θ、Bcos Θ、el (Txx-Tyy) sin2 θ、e2Txycos2 Θ 項的解調基準信號，對數字信號2進行解調得到幅值信息Α、B、el (Txx-Tyy)、e2Txy。
[0038]本發明的具體實現方法包括以下步驟:
[0039]步驟1、旋轉臺體采用光柵測角模塊，經過電子細分線路輸出信號到軸運動控制器，由軸運動控制器輸出轉速測量信號和等角位置脈沖序列。
[0040]在本步驟中，軸運動控制器輸出的等角位置脈沖序列的周期應可被4整除。
[0041]步驟2、將轉速測量信號去除常值并轉化為同周期相位超前90°的方波信號EjD圖2所示；同時方波信號E發出觸發脈沖觸發時間脈沖序列。
[0042]步驟3、將等角位置脈沖序列通過計數方式產生周期為2 Ji的方波信號Fl、F2和周期為π的方波信號F3、F4，如圖3所示。
[0043]步驟4、加速度計組件輸出信號(A1+A3-A2-A4)分為兩路，加速度計組件輸出的一路信號以時間脈沖信號為采樣基準信號進行Α/D轉換，得到數字信號I，該數字信號以信號E為解調基準信號解調得到信息C。加速度計組件輸出的另一路信號以角位置脈沖信號為采樣基準信號進行Α/D轉換，得到數字信號2，數字信號2分別以信號F1、F2、F3、F4為解調基準信號解調得到信息A、B、el (Txx-Tyy)、e2Txy。如圖4所示，該圖給出的是利用DSP芯片實現數字信號解調功能，但是數字信號解調功能并不僅限于DSP芯片實現，利用其他微處理器也可以實現數字信號解調功能。
[0044]需要強調的是，本發明所述的實施例是說明性的，而不是限定性的，因此本發明包括并不限于【具體實施方式】中所述的實施例，凡是由本領域技術人員根據本發明的技術方案得出的其他實施方式，同樣屬于本發明保護的范圍。
【主權項】
1.一種重力梯度儀重力梯度測量信號的解調方法，其特征在于包括以下步驟: 步驟1、獲取轉速測量信號和等角位置脈沖序列； 步驟2、將轉速測量信號去除常值并轉化為同周期相位超前90°的方波信號，同時，該方波信號發出觸發脈沖觸發時間脈沖序列； 步驟3、將等角位置脈沖序列通過計數方式產生周期為2 的二個方波信號和周期為π的二個方波信號； 步驟4、將加速度計組件輸出信號分為兩路，一路信號以時間脈沖信號為采樣基準信號進行A/D轉換，得到第一路數字信號，該數字信號以步驟2得到的同周期相位超前90°的方波信號為解調基準信號解調得到信息C ;另一路信號以角位置脈沖信號為采樣基準信號進行A/D轉換，得到第二路數字信號，該數字信號分別以步驟3得到的四個方波信號為解調基準信號解調得到信息Α、B、el (Txx-Tyy)、e2Txy ； 所述信息A、B分別為轉速一倍頻幅值，所述信息C為轉速抖動頻率幅值；所述el (Txx-Tyy)為重力梯度張量分量Txx、Tyy之差的常數，所述的e2Txy為重力梯度張量分量Txy的常數。
2.根據權利要求1所述的一種重力梯度儀重力梯度測量信號的解調方法，其特征在于:所述步驟I的具體方法為:旋轉臺體采用光柵測角模塊，經過電子細分線路輸出信號到軸運動控制器，由軸運動控制器輸出轉速測量信號和等角位置脈沖序列。
3.根據權利要求1所述的一種重力梯度儀重力梯度測量信號的解調方法，其特征在于:所述本步驟I軸運動控制器輸出的等角位置脈沖序列的周期被π 4整除。
【專利摘要】本發明涉及一種重力梯度儀重力梯度測量信號的解調方法，其主要技術特點是：獲取轉速測量信號和等角位置脈沖序列；獲取同周期相位超前90°的方波信號和脈沖觸發時間脈沖序列；將等角位置脈沖序列通過計數方式產生周期為2π的二個方波信號和周期為π的二個方波信號；將加速度計組件輸出信號分為兩路，分別解調得到信息C、信息A、B、e1(Txx-Tyy)、e2Txy。本發明采用等角位置間隔輸出脈沖序列和等時間間隔脈沖系列的雙重基準解調方法，對重力梯度敏感器加速度計組件輸出信號進行解調從而獲得有用信息A、B、C、e1(Txx-Tyy)、e2Txy，并采用DSP進行自動處理，具有精度高、易于實現等特點。
【IPC分類】G01V7-06
【公開號】CN104570142
【申請號】CN201510004728
【發明人】李曉平, 于浩, 馬林, 李中, 潘軍, 舒晴
【申請人】中國船舶重工集團公司第七0七研究所
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年1月5日