一種重力梯度儀重力梯度測(cè)量信號(hào)的解調(diào)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于重力梯度儀領(lǐng)域，尤其是一種重力梯度儀重力梯度測(cè)量信號(hào)的解調(diào)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]重力梯度儀可以用來(lái)測(cè)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(gè)獨(dú)立項(xiàng)，即完全確定空間任意點(diǎn)的重力梯度張量需要五個(gè)獨(dú)立量的測(cè)量。旋轉(zhuǎn)加速度計(jì)重力梯度儀由安裝在慣性穩(wěn)定平臺(tái)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(gè)單軸旋轉(zhuǎn)裝置，其旋轉(zhuǎn)臺(tái)體上安裝一組(四個(gè))加速度計(jì)，四個(gè)加速度計(jì)Al、A2、A3、A4在臺(tái)體上的安裝方式如圖1所示，四個(gè)加速度計(jì)均布安裝在以旋轉(zhuǎn)軸為中心的圓周上，加速度計(jì)敏感軸方向沿圓周切向，通過(guò)對(duì)加速度計(jì)組件輸出信號(hào)(A1+A3-A2-A4)解調(diào)可得到旋轉(zhuǎn)臺(tái)體所在平面的重力梯度張量分量信號(hào)。重力梯度敏感器旋轉(zhuǎn)臺(tái)體旋轉(zhuǎn)方式為均速旋轉(zhuǎn)疊加小幅正弦抖動(dòng)，即轉(zhuǎn)速ω = oC+oBsin2JifBt，其中ω(:、ωΒ、fB均為預(yù)設(shè)的常值，t為時(shí)間。重力梯度敏感器進(jìn)行重力梯度測(cè)量時(shí)，加速度計(jì)組件測(cè)量輸出信號(hào)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(jī)械參數(shù)決定的常數(shù)，Txx、Tyy、Txy為旋轉(zhuǎn)臺(tái)體所在平臺(tái)內(nèi)的三個(gè)重力梯度張量分量。(A1+A3-A2-A4)信號(hào)中包含多個(gè)有效頻率成分:轉(zhuǎn)速一倍頻幅值A(chǔ)、B和轉(zhuǎn)速抖動(dòng)頻率幅值C中包含四個(gè)加速度計(jì)之間標(biāo)度因數(shù)不一致信息，用作加速度計(jì)標(biāo)度因數(shù)調(diào)整回路的反饋信號(hào)；轉(zhuǎn)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(cè)量信號(hào)?？紤]帶入轉(zhuǎn)速ω = oC+oBsin2 3ifBt，加速度計(jì)組件測(cè)量輸出信號(hào)變?yōu)?
[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(duì)應(yīng)某個(gè)頻率的幅值，獲取這些信息將變得十分復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種設(shè)計(jì)合理且能夠方便獲得加速度計(jì)組件測(cè)量信息的重力梯度儀重力梯度測(cè)量信號(hào)的解調(diào)方法，解決了獲取A、B、el (Txx-Tyy)、e2Txy等加速度計(jì)組件測(cè)量信息不便的問(wèn)題。
[0013]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題是采取以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0014]一種重力梯度儀重力梯度測(cè)量信號(hào)的解調(diào)方法，包括以下步驟:
[0015]步驟1、獲取轉(zhuǎn)速測(cè)量信號(hào)和等角位置脈沖序列；
[0016]步驟2、將轉(zhuǎn)速測(cè)量信號(hào)去除常值并轉(zhuǎn)化為同周期相位超前90°的方波信號(hào)，同時(shí)，該方波信號(hào)發(fā)出觸發(fā)脈沖觸發(fā)時(shí)間脈沖序列；
[0017]步驟3、將等角位置脈沖序列通過(guò)計(jì)數(shù)方式產(chǎn)生周期為2 Ji的二個(gè)方波信號(hào)和周期為:π的二個(gè)方波信號(hào)；
[0018]步驟4、將加速度計(jì)組件輸出信號(hào)分為兩路，一路信號(hào)以時(shí)間脈沖信號(hào)為采樣基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，得到第一路數(shù)字信號(hào)，該數(shù)字信號(hào)以步驟2得到的同周期相位超前90°的方波信號(hào)為解調(diào)基準(zhǔn)信號(hào)解調(diào)得到信息C ;另一路信號(hào)以角位置脈沖信號(hào)為采樣基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，得到第二路數(shù)字信號(hào)，該數(shù)字信號(hào)分別以步驟3得到的四個(gè)方波信號(hào)為解調(diào)基準(zhǔn)信號(hào)解調(diào)得到信息Α、B、el (Txx-Tyy)、e2Txy ；
[0019]所述信息A、B分別為轉(zhuǎn)速一倍頻幅值，所述信息C為轉(zhuǎn)速抖動(dòng)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(shù)，所述的e2Txy為重力梯度張量分量Txy的常數(shù)。
[0020]而且，所述步驟I的具體方法為:旋轉(zhuǎn)臺(tái)體采用光柵測(cè)角模塊，經(jīng)過(guò)電子細(xì)分線路輸出信號(hào)到軸運(yùn)動(dòng)控制器，由軸運(yùn)動(dòng)控制器輸出轉(zhuǎn)速測(cè)量信號(hào)和等角位置脈沖序列
[0021]而且，所述本步驟I軸運(yùn)動(dòng)控制器輸出的等角位置脈沖序列的周期被4整除。
[0022]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:
[0023]本發(fā)明采用等角位置間隔輸出脈沖序列和等時(shí)間間隔脈沖系列的雙重基準(zhǔn)解調(diào)方法，對(duì)重力梯度敏感器加速度計(jì)組件輸出信號(hào)進(jìn)行解調(diào)從而獲得有用信息A、B、C、el (Txx-Tyy)、e2Txy，并采用DSP進(jìn)行自動(dòng)處理，具有精度高、易于實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1是加速度計(jì)組件在旋轉(zhuǎn)臺(tái)體上的布置圖；
[0025]圖2是時(shí)間解調(diào)基準(zhǔn)信號(hào)的生成示意圖；
[0026]圖3是位置解調(diào)基準(zhǔn)信號(hào)的生成示意圖；
[0027]圖4是本發(fā)明的原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例做進(jìn)一步詳述:
[0029]一種重力梯度儀重力梯度測(cè)量信號(hào)的解調(diào)方法，是基于等角位置間隔輸出脈沖序列和等時(shí)間間隔脈沖系列的雙重基準(zhǔn)解調(diào)方案用于對(duì)重力梯度敏感器加速度計(jì)組件輸出?目號(hào)進(jìn)行解調(diào)從而獲得有用?目息Α、B、C、el (Txx-Tyy)、e2Txy。其實(shí)現(xiàn)原理為:
[0030]設(shè):重力梯度敏感器旋轉(zhuǎn)臺(tái)體角位置為Θ，則
[0031]Θ = ω t = ω C+ω Bsin2 π fBtt
[0032]則加速度計(jì)組件輸出模擬信號(hào)(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(jì)組件輸出模擬信號(hào)分為兩部分，Cc0S2 JifBt項(xiàng)視為時(shí)間t的函數(shù)，Asin Θ +Bcos θ +el (Txx-Tyy) sin2 θ +e2Txycos2 θ項(xiàng)則視為旋轉(zhuǎn)臺(tái)體角位置Θ的函數(shù)。因此，對(duì)加速度計(jì)組件輸出模擬信號(hào)同時(shí)以兩種方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集:第一種方式采用時(shí)間基準(zhǔn)采樣信號(hào)，即采樣信號(hào)為等時(shí)間間隔脈沖序列進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到數(shù)字信號(hào)I ;第二種方式采用位置基準(zhǔn)采樣信號(hào)，即采用旋轉(zhuǎn)臺(tái)體等角位置間隔脈沖序列進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，由測(cè)角模塊根據(jù)設(shè)定的位置間隔輸出等位置間隔的脈沖序列，實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到數(shù)字信號(hào)2。即加速度計(jì)組件輸出模擬信號(hào)(Α1+Α3-Α2-Α4)通過(guò)兩路基準(zhǔn)采樣信號(hào)轉(zhuǎn)換為兩路數(shù)字信號(hào)。
[0036]旋轉(zhuǎn)臺(tái)體轉(zhuǎn)速測(cè)量信號(hào)去除常值后的正弦周期信號(hào)轉(zhuǎn)換為同頻率的相位超前90°的方波信號(hào)E作為解調(diào)基準(zhǔn)信號(hào)，如圖2所示，對(duì)數(shù)字信號(hào)I解調(diào)得到Ccos2 π fBt項(xiàng)的幅值信息C。
[0037]由重力梯度敏感器測(cè)角模塊輸出的等位置間隔脈沖信號(hào)獲得四路方波信號(hào)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(xiàng)的解調(diào)基準(zhǔn)信號(hào)，對(duì)數(shù)字信號(hào)2進(jìn)行解調(diào)得到幅值信息Α、B、el (Txx-Tyy)、e2Txy。
[0038]本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)方法包括以下步驟:
[0039]步驟1、旋轉(zhuǎn)臺(tái)體采用光柵測(cè)角模塊，經(jīng)過(guò)電子細(xì)分線路輸出信號(hào)到軸運(yùn)動(dòng)控制器，由軸運(yùn)動(dòng)控制器輸出轉(zhuǎn)速測(cè)量信號(hào)和等角位置脈沖序列。
[0040]在本步驟中，軸運(yùn)動(dòng)控制器輸出的等角位置脈沖序列的周期應(yīng)可被4整除。
[0041]步驟2、將轉(zhuǎn)速測(cè)量信號(hào)去除常值并轉(zhuǎn)化為同周期相位超前90°的方波信號(hào)EjD圖2所示；同時(shí)方波信號(hào)E發(fā)出觸發(fā)脈沖觸發(fā)時(shí)間脈沖序列。
[0042]步驟3、將等角位置脈沖序列通過(guò)計(jì)數(shù)方式產(chǎn)生周期為2 Ji的方波信號(hào)Fl、F2和周期為π的方波信號(hào)F3、F4，如圖3所示。
[0043]步驟4、加速度計(jì)組件輸出信號(hào)(A1+A3-A2-A4)分為兩路，加速度計(jì)組件輸出的一路信號(hào)以時(shí)間脈沖信號(hào)為采樣基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行Α/D轉(zhuǎn)換，得到數(shù)字信號(hào)I，該數(shù)字信號(hào)以信號(hào)E為解調(diào)基準(zhǔn)信號(hào)解調(diào)得到信息C。加速度計(jì)組件輸出的另一路信號(hào)以角位置脈沖信號(hào)為采樣基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行Α/D轉(zhuǎn)換，得到數(shù)字信號(hào)2，數(shù)字信號(hào)2分別以信號(hào)F1、F2、F3、F4為解調(diào)基準(zhǔn)信號(hào)解調(diào)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(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)解調(diào)功能，但是數(shù)字信號(hào)解調(diào)功能并不僅限于DSP芯片實(shí)現(xiàn)，利用其他微處理器也可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)解調(diào)功能。
[0044]需要強(qiáng)調(diào)的是，本發(fā)明所述的實(shí)施例是說(shuō)明性的，而不是限定性的，因此本發(fā)明包括并不限于【具體實(shí)施方式】中所述的實(shí)施例，凡是由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案得出的其他實(shí)施方式，同樣屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種重力梯度儀重力梯度測(cè)量信號(hào)的解調(diào)方法，其特征在于包括以下步驟: 步驟1、獲取轉(zhuǎn)速測(cè)量信號(hào)和等角位置脈沖序列； 步驟2、將轉(zhuǎn)速測(cè)量信號(hào)去除常值并轉(zhuǎn)化為同周期相位超前90°的方波信號(hào)，同時(shí)，該方波信號(hào)發(fā)出觸發(fā)脈沖觸發(fā)時(shí)間脈沖序列； 步驟3、將等角位置脈沖序列通過(guò)計(jì)數(shù)方式產(chǎn)生周期為2 的二個(gè)方波信號(hào)和周期為π的二個(gè)方波信號(hào)； 步驟4、將加速度計(jì)組件輸出信號(hào)分為兩路，一路信號(hào)以時(shí)間脈沖信號(hào)為采樣基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，得到第一路數(shù)字信號(hào)，該數(shù)字信號(hào)以步驟2得到的同周期相位超前90°的方波信號(hào)為解調(diào)基準(zhǔn)信號(hào)解調(diào)得到信息C ;另一路信號(hào)以角位置脈沖信號(hào)為采樣基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，得到第二路數(shù)字信號(hào)，該數(shù)字信號(hào)分別以步驟3得到的四個(gè)方波信號(hào)為解調(diào)基準(zhǔn)信號(hào)解調(diào)得到信息Α、B、el (Txx-Tyy)、e2Txy ； 所述信息A、B分別為轉(zhuǎn)速一倍頻幅值，所述信息C為轉(zhuǎn)速抖動(dòng)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(shù)，所述的e2Txy為重力梯度張量分量Txy的常數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種重力梯度儀重力梯度測(cè)量信號(hào)的解調(diào)方法，其特征在于:所述步驟I的具體方法為:旋轉(zhuǎn)臺(tái)體采用光柵測(cè)角模塊，經(jīng)過(guò)電子細(xì)分線路輸出信號(hào)到軸運(yùn)動(dòng)控制器，由軸運(yùn)動(dòng)控制器輸出轉(zhuǎn)速測(cè)量信號(hào)和等角位置脈沖序列。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種重力梯度儀重力梯度測(cè)量信號(hào)的解調(diào)方法，其特征在于:所述本步驟I軸運(yùn)動(dòng)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(fā)明涉及一種重力梯度儀重力梯度測(cè)量信號(hào)的解調(diào)方法，其主要技術(shù)特點(diǎn)是：獲取轉(zhuǎn)速測(cè)量信號(hào)和等角位置脈沖序列；獲取同周期相位超前90°的方波信號(hào)和脈沖觸發(fā)時(shí)間脈沖序列；將等角位置脈沖序列通過(guò)計(jì)數(shù)方式產(chǎn)生周期為2π的二個(gè)方波信號(hào)和周期為π的二個(gè)方波信號(hào)；將加速度計(jì)組件輸出信號(hào)分為兩路，分別解調(diào)得到信息C、信息A、B、e1(Txx-Tyy)、e2Txy。本發(fā)明采用等角位置間隔輸出脈沖序列和等時(shí)間間隔脈沖系列的雙重基準(zhǔn)解調(diào)方法，對(duì)重力梯度敏感器加速度計(jì)組件輸出信號(hào)進(jìn)行解調(diào)從而獲得有用信息A、B、C、e1(Txx-Tyy)、e2Txy，并采用DSP進(jìn)行自動(dòng)處理，具有精度高、易于實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)。
【IPC分類(lèi)】G01V7-06
【公開(kāi)號(hào)】CN104570142
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510004728
【發(fā)明人】李曉平, 于浩, 馬林, 李中, 潘軍, 舒晴
【申請(qǐng)人】中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七0七研究所
【公開(kāi)日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2015年1月5日