CN114415262A - 一种基于等效零偏的重力仪测量误差补偿方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于等效零偏的相对重力仪测量误差补偿方法，该方法包括：S1，根据三轴加速度计输出比力、相对重力仪俯仰角及横滚角、三轴加速度计温度构建等效零偏误差模型；S2，多次调节相对重力仪所处环境温度以及相对重力仪俯仰角及横滚角，获取不同温度不同倾角下的三轴加速度计的输出数据；S3，以平均重力测量值作为参考基准，针对xy轴加速度计，利用最小二乘法拟合确定等效零偏误差模型参数；S4，根据所述等效零偏误差模型计算相对重力仪误差补偿，优化xy轴加速度计输出。通过本技术方案可以相对重力仪在完成基本标定的基础上，进一步提升设备的倾斜测量精度。

Description

一种基于等效零偏的重力仪测量误差补偿方法
技术领域
本发明涉及测绘技术领域，具体涉及一种基于等效零偏的重力仪测量误差补偿方法。
背景技术
重力场是地球天然物理场之一，可直接反应地理信息特征，在资源勘探、导航定位、海洋科学研究等方面具有非常重要的价值。便携式相对重力仪作为一种经典重力信息测量设备，可实现相对重力信息的高精度、高效率逐点静态测量，对于地质勘探、远程打击具有应用价值。
便携式相对重力仪经常因为安装限制，在设备基座存在一定倾角状态下进行测量。此时，标定残差将会引起测量误差。现阶段，为提升设备的倾斜测量能力，主要依靠提升标定精度的手段，这不仅提高了标定成本和复杂度，也降低了设备出厂效率。为此，有必要提出一种新的相对重力仪倾斜测量误差补偿技术。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种基于等效零偏的重力仪测量误差补偿方法，基于设备测量误差模型，引入等效漂移参数，补偿倾斜方向的加速度计数据，在完成基本标定的基础上，进一步提升设备的整体倾斜测量精度，该技术可用于以三轴加速度计为敏感核心的便携式相对重力仪。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种基于等效零偏的相对重力仪测量误差补偿方法，包括：
S1，根据三轴加速度计输出比力、相对重力仪俯仰角及横滚角、三轴加速度计温度构建等效零偏误差模型；
S2，多次调节相对重力仪所处环境温度以及相对重力仪俯仰角及横滚角，获取不同温度不同倾角下的三轴加速度计的输出数据；
S3，以平均重力测量值作为参考基准，针对xy轴加速度计，利用最小二乘法拟合确定等效零偏误差模型参数；
S4，根据所述等效零偏误差模型计算相对重力仪误差补偿，优化xy轴加速度计输出。
进一步的，所述等效零偏误差模型如下：
Δ＝Γ0+Γ1fx 2+Γ2fy 2+Γ3fz 2+Γ4fx
+Γ5fy+Γ6fz+Γ7θx+Γ8θy
+Γ9Cx+Γ10Cy+Γ11Cz
式中，Δ为某加速度计输出补偿量，Γi(i＝0,...,11)为待求未知的模型参数，fi(i＝x,y,z)为三轴加速度计输出比力，θx为相对重力仪俯仰角，θy为相对重力仪横滚角，Ci(i＝x,y,z)为三轴加速度计温度。
进一步的，所述的多次调节相对重力仪所处环境温度以及重力仪倾角，包括：环境温度选取-25℃、5℃、35℃、65℃；相对重力仪俯仰角及横滚角均选取0°、1°、2°、3°、4°、5°。
进一步的，所述平均重力测量值为：通过多次调节相对重力仪所处环境温度以及相对重力仪俯仰角及横滚角，得到多次重力测量值的平均值。
进一步的，步骤S4，还包括，迭代执行多次该步骤，使重力测量结果趋于稳定，完成等效零偏补偿参数的固化。
本发明的有益效果是：通过本技术方案可以相对重力仪在完成基本标定的基础上，进一步提升设备的倾斜测量精度。
附图说明
图1为本发明实施例提供一种基于等效零偏的重力仪测量误差补偿方法流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
便携式相对重力仪测量过程本质是三个加速度计的平方和开根号：
Figure BDA0003405373020000031
式中，x、y、z为三个加速度计输出的比力，其中x、y表示水平轴，z表示垂向轴。根据全误差分析规则，有：
Figure BDA0003405373020000032
式中，Δx、Δy、Δz为三个加速度计测量误差。而因为
Figure BDA0003405373020000033
有：
Δresult＝xΔx+yΔy+zΔz
可以看出，加速度计测量误差Δx、Δy、Δz是引起最终重力测量误差的主要因素。
设备倾角改变导致的垂向重力变化较小，导致z和Δz变化较小，其对最终测量结果的影响可忽略不计。而x、y取决于重力在基座平面的投影，其对设备倾角变化相对敏感，其因能激发Δx、Δy而成为引起设备倾斜测量误差的主要源头。
因此，为提高设备倾斜测量能力，需要对基座平面方向的加速度计输出值补偿确定的等效零偏。
本发明实施例一种基于等效零偏的相对重力仪测量误差补偿方法，包括：
S1，根据三轴加速度计输出比力、相对重力仪俯仰角及横滚角、三轴加速度计温度构建等效零偏误差模型。
所述等效零偏误差模型如下：
Δ＝Γ0+Γ1fx 2+Γ2fy 2+Γ3fz 2+Γ4fx
+Γ5fy+Γ6fz+Γ7θx+Γ8θy
+Γ9Cx+Γ10Cy+Γ11Cz
式中，Δ为某加速度计输出补偿量，Γi(i＝0,...,11)为待求未知的模型参数，fi(i＝x,y,z)为三轴加速度计输出比力，θx为相对重力仪俯仰角，θy为相对重力仪横滚角，Ci(i＝x,y,z)为三轴加速度计温度。
S2，多次调节相对重力仪所处环境温度以及相对重力仪俯仰角及横滚角，获取不同温度不同倾角下的三轴加速度计的输出数据。
令设备处于多种环境温度下，各种环境温度之间的差异要大，通常选取-25℃、5℃、35℃、65℃等。
在每一环境温度下，调节相对重力仪的倾角，通常选取0°、1°、2°、3°、4°、5°，进行重力测量，得到未经倾斜补偿的重力测量结果，并记录温度数据、三轴加速度计数据、基座倾角数据。
S3，以平均重力测量值作为参考基准，针对xy轴加速度计，利用最小二乘法拟合确定等效零偏误差模型参数。
这里的平均重力测量值为：通过多次调节相对重力仪所处环境温度以及相对重力仪俯仰角及横滚角，得到的未经倾斜补偿的重力测量结果的平均值。
S4，根据所述等效零偏误差模型计算相对重力仪误差补偿，优化xy轴加速度计输出。迭代执行多次该步骤，使重力测量结果趋于稳定，完成等效零偏补偿参数的固化。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于等效零偏的相对重力仪测量误差补偿方法，其特征在于，包括：
S1，根据三轴加速度计输出比力、相对重力仪俯仰角及横滚角、三轴加速度计温度构建等效零偏误差模型；
S2，多次调节相对重力仪所处环境温度以及相对重力仪俯仰角及横滚角，获取不同温度不同倾角下的三轴加速度计的输出数据；
S3，以平均重力测量值作为参考基准，针对xy轴加速度计，利用最小二乘法拟合确定等效零偏误差模型参数；
S4，根据所述等效零偏误差模型计算相对重力仪误差补偿，优化xy轴加速度计输出。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述等效零偏误差模型如下：
Δ＝Γ0+Γ1fx 2+Γ2fy 2+Γ3fz 2+Γ4fx+Γ5fy+Γ6fz+Γ7θx+Γ8θy+Γ9Cx+Γ10Cy+Γ11Cz
式中，Δ为某加速度计输出补偿量，Γi(i＝0,...,11)为待求未知的模型参数，fi(i＝x,y,z)为三轴加速度计输出比力，θx为相对重力仪俯仰角，θy为相对重力仪横滚角，Ci(i＝x,y,z)为三轴加速度计温度。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的多次调节相对重力仪所处环境温度以及重力仪倾角，包括：环境温度选取-25℃、5℃、35℃、65℃；相对重力仪俯仰角及横滚角均选取0°、1°、2°、3°、4°、5°。
4.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述平均重力测量值为：通过多次调节相对重力仪所处环境温度以及相对重力仪俯仰角及横滚角，得到多次重力测量值的平均值。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S4，还包括，迭代执行多次该步骤，使重力测量结果趋于稳定，完成等效零偏补偿参数的固化。
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