CN116184616B - 一种重力仪棱镜位姿控制的方法以及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种重力仪棱镜位姿控制的方法以及系统，包括以下步骤：主控器控制激励器输出第一作用力，并通过第一作用力将装有重力仪棱镜的浮子悬浮在半空，将浮子悬浮的位置作为悬浮位置；若悬浮位置在预设区域以外，则主控器控制激励器输出第二作用力，以通过所述第二作用力使所述浮子悬浮在所述预设区域内；当悬浮位置在预设区域内时，主控器控制重力仪利用重力仪棱镜进行重力测试，解决了现有重力仪棱镜在使用时由于环境振动噪声以及结构变形等因素导致其位姿不正确，影响测量精度的问题。

Description

一种重力仪棱镜位姿控制的方法以及系统

技术领域

本发明涉及重力检测技术领域，尤其涉及一种重力仪棱镜位姿控制的方法以及系统。

背景技术

地面重力测量的应用非常广泛，意义重大。重力加速度数据在地球物理学、计量科学、天文学、资源勘探、惯性导航等领域都有重要作用。为测量地表某点重力加速度值，最初使用的仪器是摆仪。随着自由落体重力仪的发展，摆仪逐步退出绝对重力测量领域。自由落体重力仪分为两种，初速度向上的上抛下落型重力仪和释放初速度为零的自由落体型重力仪。上抛下落型重力仪又称为对称自由落体型重力仪，与相同高度的自由落体型重力仪相比，其具有获得更长的测量时间，可减小地面噪声对测量结果的干扰。但是这种方案在发射时可能引入较大的水平方向速度分量。

自由落体重力仪中最具代表性的是激光干涉重力仪。在真空条件下，通过释放角锥棱镜，来获得干涉数据，通过干涉数据得到重力加速度水平。随着原子干涉技术逐渐成熟，原子重力仪的研究也在进行。原子重力仪也是通过测量敏感元件在重力场中的自由落体运动来测量当地重力加速度值。原子重力仪中的敏感元件是微观的原子团，相对于角锥棱镜构成的下落物体，原子重力仪的敏感元件不会磨损。

原子干涉重力仪会用到拉曼光反射镜(即重力仪棱镜)，其振动对原子干涉重力仪的测量精度影响较大，因此高精度的原子干涉重力仪需要隔绝振动来提升测量精度。激光干涉重力仪的测量光路一般用到下落棱镜和参考棱镜。在重力仪长时间使用过程中，由于结构变形等因素，原本合束的激光束有可能不再合束，此时需要调整参考棱镜的位姿(即重力仪棱镜的悬浮位置与姿态)，使激光重新合束。

由此，现有技术中的问题是：重力仪棱镜在使用时由于环境振动噪声以及结构变形等因素导致其位姿不正确，影响测量精度的问题。

发明内容

为了克服现有重力仪棱镜在使用时由于环境振动噪声以及结构变形等因素导致其位姿不正确，影响测量精度的问题，本发明提供了一种重力仪棱镜位姿控制的方法以及系统。

第一方面，为了解决上述技术问题，本发明提供了一种重力仪棱镜位姿控制的方法，包括以下步骤：

主控器控制激励器输出第一作用力，并通过第一作用力将装有重力仪棱镜的浮子悬浮在半空，将浮子悬浮的位置作为悬浮位置；

若悬浮位置在预设区域以外，则主控器控制激励器输出第二作用力，以通过所述第二作用力使所述浮子悬浮在所述预设区域内，预设区域为浮子在第二作用力作用下实现电磁力与重力平衡的稳定悬浮的位置；

当悬浮位置在预设区域内时，主控器控制重力仪利用重力仪棱镜进行重力测试。

本发明提供的一种重力仪棱镜位姿控制的方法的有益效果是：当装有重力仪棱镜的浮子悬浮在预设区域以外时，可以通过主控器控制激励器输出第二作用力，用第二作用力替代第一作用力，保证浮子能够稳定的悬浮在预设区域以内，以准确的测量重力，解决了重力仪棱镜在使用时由于环境振动噪声以及结构变形等因素导致其位姿不正确，影响测量精度的问题。

在上述技术方案的基础上，本发明的一种重力仪棱镜位姿控制的方法还可以做如下改进。

进一步，上述方法中若悬浮位置在预设区域以外，则主控器控制激励器输出第二作用力，以通过所述第二作用力使所述浮子悬浮在所述预设区域内，包括：

若悬浮位置在预设区域以外，主控器获取浮子在预设区域的第一位置信息，将第一位置信息输入预设的前馈环节模型，并通过前馈环节模型输出第二作用力，以通过所述第二作用力使所述浮子悬浮在所述预设区域内，第一位置信息为浮子在预设区域的坐标值，前馈环节模型是基于各个第一位置信息和各个第二作用力训练得到的。

采用上述进一步方案的有益效果是：主控器通过预设的前馈环节模型，可以得到第二作用力，并通过第二用力替换原第一作用力，使得浮子能够悬浮在预设区域以内。

进一步，上述方法中前馈环节模型是通过如下步骤得到，其中，如下步骤包括：

主控器获取N组浮子在预设区域的第二位置信息，以及各个第二位置信息对应的真实作用力，对于每个第二位置信息，第二位置信息为浮子在预设区域的坐标值，真实作用力为真实情况下浮子悬浮在预设区域时受到的作用力；

主控器获取每组浮子在预设区域内时受到的等效磁场强度；

主控器将各个第二位置信息和各个等效磁场强度作为训练集；

主控器将训练集输入初始模型中，预测得到第三作用力，第三作用力为浮子在预设区域悬浮时受到的作用力；

根据各个第三作用力和各个真实作用力，确定初始模型的损失值，损失值表征了各个第三作用力和各个真实作用力之间的差异；

若损失值满足预设结束条件，将满足预设结束条件时的初始模型作为前馈环节模型，若损失值不满足预设结束条件，调整初始网络的网络参数，并根据调整后的网络参数重新对初始模型进行训练，直到初始模型的损失值满足预设结束条件。

采用上述进一步方案的有益效果是：主控器使用第二位置信息和等效磁场强度作为训练集，并通过第三作用力和真实作用力构建损失值，从而训练初始模型得到前馈环节模型。

进一步，上述方法中主控器将训练集输入初始模型中，预测得到第三作用力，包括：

主控器将训练集输入初始模型中，通过第一公式，预测得到第三作用力，其中，第一公式为：

其中，F_*表示第三作用力，P_* ^T表示对浮子未在预设区域时对应的位置信息进行转置矩阵，F_NN＝[F₁,F₂,F₃,…,F_N]^T为N组等效磁场力，P_NN＝[P₁,P₂,P₃,…,P_N]^T为N组第二位置的多项式集合，为将P_NN进行转置矩阵得到的在空间上的映射结果。

采用上述进一步方案的有益效果是：第一公式为多项式拟合公式，通过多项式拟合公式建立前馈环节模型，拟合了作用力与位置信息之间的关系，从而使得前馈环节模型能够预测得到预设区域对应的第二作用力。

进一步，该方法还包括：

主控器获取浮子的位姿信息，位姿信息为浮子在预设定子坐标系上X、Y、Z三个方向上的映射位置；

主控器根据位姿信息，确定浮子的悬浮位置。

采用上述进一步方案的有益效果是：主控器通过浮子在预设定子坐标系上X、Y、Z三个方向上的映射位置，确定浮子的悬浮位置，以此来确定浮子是否悬浮在预设区域以内。

进一步，上述方法中主控器获取浮子的位姿信息，包括：

主控器通过传感器模组获取浮子的位姿信息，传感器模组包括第一传感器组、第二传感器组和第三传感器组；

其中，第一传感器组用于获取浮子在定子坐标系上Y方向的位姿信息；第二传感器组用于获取浮子在定子坐标系上X方向的位姿信息；第三传感器组用于获取浮子在定子坐标系上Z方向的位姿信息。

采用上述进一步方案的有益效果是：主控器通过传感器模组获取浮子在预设定子坐标系上X、Y、Z三个方向上的映射位置，确定浮子的悬浮位置，以此来确定浮子是否悬浮在预设区域以内。

第二方面，本发明提供了一种重力仪棱镜位姿控制的系统，包括：

第一作用力模块，用于主控器控制激励器输出第一作用力，并通过第一作用力将装有重力仪棱镜的浮子悬浮在半空，将浮子悬浮的位置作为悬浮位置；

第二作用力模块，用于若悬浮位置在预设区域以外，则主控器控制激励器输出第二作用力，以通过所述第二作用力使所述浮子悬浮在所述预设区域内，预设区域为浮子在第二作用力作用下能实现电磁力与重力平衡的稳定悬浮的位置；

测试模块，用于当悬浮位置在预设区域内时，主控器控制重力仪对重力仪棱镜进行重力测试。

第三方面，本发明还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并在处理器上运行的程序，处理器执行程序时实现如上述的一种重力仪棱镜位姿控制的方法的步骤。

第四方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其特征在于，计算机可读存储介质中存储有指令，当指令在终端设备上运行时，使得终端设备执行一种重力仪棱镜位姿控制的方法的步骤。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为本发明实施例的一种重力仪棱镜位姿控制的方法的流程示意图；

图2为传感器模组获取位姿信息的结构示意图；

图3为重力测量装置的结构示意图；

图4为浮子、支架和激励器的结构示意图；

图5激励器的结构示意图；

图6为浮子正面的结构示意图；

图7为浮子反面的结构示意图；

图8为PCB板的结构示意图；

图9为线圈的结构示意图；

图10为激励器和PCB板的结构示意图；

图11为线圈布局图；

图12为一种重力仪棱镜位姿控制的方法对应的装置的平面视图；

图13为本发明实施例的一种重力仪棱镜位姿控制的系统的结构示意图。

具体实施方式

下列实施例是对本发明的进一步解释和补充，对本发明不构成任何限制。

以下结合附图描述本发明实施例的一种重力仪棱镜位姿控制的方法以及系统。

如图1所示，本发明实施例的一种重力仪棱镜位姿控制的方法，包括以下步骤：

S1，主控器控制激励器输出第一作用力，并通过第一作用力将装有重力仪棱镜的浮子悬浮在半空，将浮子悬浮的位置作为悬浮位置；

S2，若悬浮位置在预设区域以外，则主控器控制激励器输出第二作用力，以通过所述第二作用力使所述浮子悬浮在所述预设区域内，预设区域为浮子在第二作用力作用下实现电磁力与重力平衡的稳定悬浮的位置；

S3，当悬浮位置在预设区域内时，主控器控制重力仪对重力仪棱镜进行重力测试。

可选的，本实施例中，主控器可采用XILINX的ZYNQ 7000系列主控电路板，型号为AX7020，该主控电路板集成了双核ARM cortex-A9处理器和FPGA可编辑逻辑块。

可选的，上述预设区域是指在测试重力时，需要将重力仪棱镜通悬浮在一定高度，设置预设区域的目的是重力仪棱镜从预设区域进行自由下落时，能够测量重力仪棱镜在自由下落期间的运动时间与位移，构建下落轨迹，从而拟合计算当地重力加速度。

可选的，上述悬浮位置在预设区域之外是指重力仪棱镜在过程中由于结构变形等因素，导致受力不均，从而使得浮子的部分结构位于预设区域之外。

可选的，上述S2中，若悬浮位置在预设区域以外，则主控器控制激励器输出第二作用力，以通过所述第二作用力使所述浮子悬浮在所述预设区域内，包括：

若悬浮位置在预设区域以外，主控器获取浮子在预设区域的第一位置信息，将第一位置信息输入预设的前馈环节模型，并通过前馈环节模型输出第二作用力，第一位置信息为浮子在预设区域的坐标值，前馈环节模型是基于各个第一位置信息和各个第二作用力训练得到的。

可选的，上述前馈环节模型是通过如下步骤得到，其中，如下步骤包括：

主控器获取N组浮子在预设区域的第二位置信息，以及各个第二位置信息对应的真实作用力，对于每个第二位置信息，第二位置信息为浮子在预设区域的坐标值，真实作用力为真实情况下浮子悬浮在预设区域时受到的作用力；

主控器获取每组浮子在预设区域内时受到的等效磁场强度；

主控器将各个第二位置信息和各个等效磁场强度作为训练集；

主控器将训练集输入初始模型中，预测得到第三作用力，第三作用力为浮子在预设区域悬浮时受到的作用力；

根据各个第三作用力和各个真实作用力，确定初始模型的损失值，损失值表征了各个第三作用力和各个真实作用力之间的差异；

若损失值满足预设结束条件，将满足预设结束条件时的初始模型作为前馈环节模型，若损失值不满足预设结束条件，调整初始网络的网络参数，并根据调整后的网络参数重新对初始模型进行训练，直到初始模型的损失值满足预设结束条件。

可选的，上述第二位置信息是历史重力测试过程中，主控器获取到的浮子在预设区域的坐标值，真实作用力是历史重力测试过程中，主控器获取到的浮子在预设区域时受到的激励器输出的作用力。其中，历史重力测试过程指的是在历史时间段内通过重力仪对重力进行测试。

可选的，由于本实施例中浮子悬浮原理主要是利用激励器产生磁场从而产生洛仑磁力方向的作用力，即产生的磁场强度越大，其作用力越大，因此，需要将磁场强度的影响考虑在内。

可选的，前馈环节模型在构建损失时，将各个第三作用力和各个真实作用力之间的差异考虑进去，让初始模型能够学习预测结果与真实结果之间的差异。

可选的，上述主控器将训练集输入初始模型中，预测得到第三作用力，包括：

主控器将训练集输入初始模型中，通过第一公式，预测得到第三作用力，其中，第一公式为：

其中，F_*表示第三作用力，P_* ^T表示对浮子未在预设区域时对应的位置信息进行转置矩阵，F_NN＝[F₁,F₂,F₃,…,F_N]^T为N组等效磁场力，P_NN＝[P₁,P₂,P₃,…,P_N]^T为N组第二位置的多项式集合，为将P_NN进行转置矩阵得到的在空间上的映射结果。

可选的，构建第一公式的方法如下所示：

通过N组实验测得浮子悬浮在预设区域的位置信息，并将N组实验测得的位置信息代入多项式公式中(其中多项式阶次为3阶)，得到第二公式，并通过第二公式求得等效磁场强度，其中，多项式公式为：

其中，F_x为多项式公式的输出，x、y为多项式公式的输入，为多项式公式系数，O(rⁿ⁺¹)为多项式公式输入的高阶项，v表示误差。

其中，第二公式为：

F_NN＝P_NN·C_n+O_NN(rⁿ⁺¹)+v_NN；

其中，P_NN＝[P₁,P₂,P₃,…,P_N]^T为N组实验测得的位置的多项式集合，C_n＝[C₀₀,C₁₀,C₀₁,…,C_0n]^T为多项式公式的系数，O_NN(rⁿ⁺¹)为N组实验测得的位置信息的高阶项，v_NN为N组实验测量位置信息的测量误差，F_NN＝[F₁,F₂,F₃,…,F_N]^T为N组实验得到的等效磁场力；

对于第二公式，忽略n+1次高阶项误差和位置信息的测量误差，采用最小二乘法可得到第三公式，通过第三公式求得多项式公式系数的表达式，其中，第三公式为：

其中，C_n表示多项式公式系数，为将P_NN进行转置矩阵得到的在空间上的映射结果；

联立第三公式和第四公式，即可得到第一公式，基于此，第一公式即可拟合位置信息与位置信息对应的作用力之间的线性关系。

可选的，该方法还包括：

主控器获取浮子的位姿信息，位姿信息为浮子在预设定子坐标系上X、Y、Z三个方向上的映射位置；

主控器根据位姿信息，确定浮子的悬浮位置。

可选的，上述主控器获取浮子的位姿信息，包括：

主控器通过传感器模组获取浮子的位姿信息，传感器模组包括第一传感器组、第二传感器组和第三传感器组；

其中，第一传感器组用于获取浮子在定子坐标系上Y方向的位姿信息；第二传感器组用于获取浮子在定子坐标系上X方向的位姿信息；第三传感器组用于获取浮子在定子坐标系上Z方向的位姿信息。

可选的，如图2所示，第一传感器组、第二传感器组和第三传感器组可均为激光测距传感器，同时，第一传感器组可包括2个激光测距传感器，分别为L11和L12，第二传感器组可包括2个激光测距传感器，分别为L21和L22，第三传感器组可包括2个激光测距传感器，分别为L31和L32；

Os为定子坐标系，O_F为浮子，在获取浮子的位姿信息时，L11、L12、L21、L22、L31、L32，6个激光测距传感器测量的测量距离分别为D11、D12、D21、D22、D31、D32，将6个测量距离通过多自由度位姿解算算法进行计算即可得到浮子的位姿信息，其中，多自由度位姿解算算法为现有技术，在此不做赘述。

可选的，上述S1-S3中，通过重力测量装置进行重力测试，其中，如图3所示，重力测量装置包括支架1、主控器2、浮子3、第一传感器组4、第二传感器组5、第三传感器组6、激励器7和测试台8，主控器2分别与第一传感器组4、第二传感器组5、第三传感器组6和激励器7连接，主控器2、第一传感器组4、第二传感器组5和第三传感器组6均连接在测试台8上，激励器7与支架1连接。

如图4所示，支架1，用于承接浮子3和激励器7，支架1可使用聚酰亚胺材料制成且呈圆环形，支架1上均匀分布了12个挖孔，用于减轻整个支架1的重量。

如图4-图5所示，激励器7包括磁轭7-1、安装架7-2、安装托7-3和永磁体7-4，其中：

磁轭7-1可为DT4纯铁，尺寸为30mm×30mm(长*宽)，厚度为6mm，主要用于约束永磁体磁场；

安装架7-2可采用聚酰亚胺制成，主要用于磁轭7-1与支架1的固定；

永磁体7-4可采用钕铁硼N50M制成，尺寸为7mm×6mm×6mm，主要用于提供磁场；

安装托7-3可采用聚酰亚胺，主要用于永磁体7-4与磁轭7-1的紧密相连。

如图6-图7所示，浮子3可为矩形体，其中，浮子3的顶部开设有圆柱形孔3-1，其圆柱形孔3-1的侧壁上设置有螺纹3-2，圆柱形孔3-1和螺纹3-2用于安装重力仪棱镜，浮子3的底部设置有方形盖板3-3，方形盖板3-3可采用聚酰亚胺制成，尺寸为30mm×30mm×2mm，主要用于为各个激光测距传感器提供平整的反射面。

如图8所示，还包括PCB板9，PCB板9上设置有线圈10，磁轭7-1和永磁体7-4加通电的线圈10，为浮子3提供悬浮所需的作用力，需特别说明的是，浮子上由于不能带有电源，因此，将磁轭7-1和永磁体7-4连接在与浮子3一体化的支架1上，将线圈10设置在PCB板9上。

本实施例中，为保证在单位体积内能尽可能提供大的洛伦兹力，需要在PCB板9上有提供尽可能多的匝数，因此，可将PCB板9选用为8层板，每层绕线25匝，线宽0.5mm，铜厚2盎，PCB板9的尺寸为38mm×38mm，单板厚度为1.1mm。每层导线布线如图9所示，其中，标识方框11大小15mm×15mm，标识方框11内导线平行，该走线方式能保证标识方框内的平行导线电流方向一致，当外界有振动扰动时，浮子相对线圈10上下运动。当运动范围在标识方框11内且较小时，受两个永磁体7-4中心连线处磁场作用的平行导线数基本一致，忽略小范围运动切割磁力线产生的动生电动势的影响，则在这种情况下，由洛伦兹力公式可知，激励器7输出的作用力基本不变，当永磁体7-4运动接近标识方框11边界时，需要通过控制，使其回到线圈中心处，然后再进行重力测量。

本实施例中，考虑到磁轭7-1的材料为DT4纯铁，永磁体7-4的材料为钕铁硼N50M，均为密度较大的材料，为尽量减轻浮子3的重量，同时又要保证提供浮子多自由度运动所需的作用力和力矩，对于激励器的布局作为如下改进：

(1)将激励器7设置为四组，即支架1上按照“十”字形安装四组激励器7，大程度上减轻浮子重量；同时，为保证提供浮子3多自由度运动所需的作用力和力矩，如图10所示，每个激励器7中间正交放置两块PCB板，其中一块板子中部的平行导线为水平方向，另一块板子中部的平行导线为竖直方向，该布局可使一组激励器7产生两个方向的作用力，4组激励器产生8个作用力，满足多自由度控制。

(2)四组安装在PCB板9上的线圈11图11布局，图11中较粗的长方形代表一组线圈11，由左手定则可知，激励器产生的洛伦兹力方向M都是沿着线圈11的方向，所以如此布局可为浮子3提供绕竖直轴旋转的力矩，当然也能提供浮子其他两个自由度的转矩。

综上所述，一种重力仪棱镜位姿控制的方法对应的装置转换为平面视图后如图12所示。

如图13所示，本发明实施例的一种重力仪棱镜位姿控制的系统，包括：

第一作用力模块201，用于主控器控制激励器输出第一作用力，并通过第一作用力将装有重力仪棱镜的浮子悬浮在半空，将浮子悬浮的位置作为悬浮位置；

第二作用力模块202，用于若悬浮位置在预设区域以外，则主控器控制激励器输出第二作用力，以通过所述第二作用力使所述浮子悬浮在所述预设区域内，预设区域为浮子在第二作用力作用下实现电磁力与重力平衡的稳定悬浮的位置；

测试模块203，用于当悬浮位置在预设区域内时，主控器控制重力仪对重力仪棱镜进行重力测试。

可选的，上述第二作用力模块202具体用于：

若悬浮位置在预设区域以外，主控器获取浮子在预设区域的第一位置信息，将第一位置信息输入预设的前馈环节模型，并通过前馈环节模型输出第二作用力，第一位置信息为浮子在预设区域的坐标值，前馈环节模型是基于各个第一位置信息和各个第二作用力训练得到的。

可选的，第二作用力模块202通过第一单元对初始模型进行训练，得到前馈环节模型，其中，第一单元，具体用于：

主控器获取N组浮子在预设区域的第二位置信息，以及各个第二位置信息对应的真实作用力，对于每个第二位置信息，第二位置信息为浮子在预设区域的坐标值，真实作用力为真实情况下浮子悬浮在预设区域时受到的作用力；

主控器获取每组浮子在预设区域内时受到的等效磁场强度；

主控器将各个第二位置信息和各个等效磁场强度作为训练集；

主控器将训练集输入初始模型中，预测得到第三作用力，第三作用力为浮子在预设区域悬浮时受到的作用力；

根据各个第三作用力和各个真实作用力，确定初始模型的损失值，损失值表征了各个第三作用力和各个真实作用力之间的差异；

若损失值满足预设结束条件，将满足预设结束条件时的初始模型作为前馈环节模型，若损失值不满足预设结束条件，调整初始网络的网络参数，并根据调整后的网络参数重新对初始模型进行训练，直到初始模型的损失值满足预设结束条件。

可选的，第一单元还用于：

主控器将训练集输入初始模型中，通过第一公式，预测得到第三作用力，其中，第一公式为：

其中，F_*表示第三作用力，P_* ^T表示对浮子未在预设区域时对应的位置信息进行转置矩阵，F_NN＝[F₁,F₂,F₃,…,F_N]^T为N组等效磁场力，P_NN＝[P₁,P₂,P₃,…,P_N]^T为N组第二位置的多项式集合，为将P_NN进行转置矩阵得到的在空间上的映射结果。

可选的，该系统还包括：

位姿信息模块，用于主控器获取浮子的位姿信息，位姿信息为浮子在预设定子坐标系上X、Y、Z三个方向上的映射位置；

悬浮位置模块，用于主控器根据位姿信息，确定浮子的悬浮位置。

可选的，上述位姿信息模块，具体用于：

主控器通过传感器模组获取浮子的位姿信息，传感器模组包括第一传感器组、第二传感器组和第三传感器组；

其中，第一传感器组用于获取浮子在定子坐标系上Y方向的位姿信息；第二传感器组用于获取浮子在定子坐标系上X方向的位姿信息；第三传感器组用于获取浮子在定子坐标系上Z方向的位姿信息。

本发明实施例的一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并在所述处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现上述一种重力仪棱镜位姿控制的方法的部分或全部步骤。

其中，电子设备可以选用电脑，相对应地，其程序为电脑软件，且上述关于本发明的一种电子设备中的各参数和步骤，可参考上文中一种重力仪棱镜位姿控制的方法的实施例中的各参数和步骤，在此不做赘述。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种重力仪棱镜位姿控制的方法，其特征在于，包括以下步骤：

主控器控制激励器输出第一作用力，并通过所述第一作用力将装有重力仪棱镜的浮子悬浮在半空，将所述浮子悬浮的位置作为悬浮位置；

若所述悬浮位置在预设区域以外，则所述主控器控制所述激励器输出第二作用力，以通过所述第二作用力使所述浮子悬浮在所述预设区域内，所述预设区域为浮子在所述第二作用力作用下实现电磁力与重力平衡的稳定悬浮的位置；

当所述悬浮位置在所述预设区域内时，所述主控器控制重力仪利用所述重力仪棱镜进行重力测试；

所述若所述悬浮位置在预设区域以外，则所述主控器控制所述激励器输出第二作用力，以通过所述第二作用力使所述浮子悬浮在所述预设区域内，包括：

若所述悬浮位置在预设区域以外，所述主控器获取所述浮子在所述预设区域的第一位置信息，将所述第一位置信息输入预设的前馈环节模型，并通过所述前馈环节模型输出所述第二作用力，所述第一位置信息为所述浮子在所述预设区域的坐标值，所述前馈环节模型是基于各个第一位置信息和各个第二作用力训练得到的。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述前馈环节模型是通过如下步骤得到，其中，所述如下步骤包括：

所述主控器获取N组所述浮子在所述预设区域的第二位置信息，以及各个第二位置信息对应的真实作用力，对于每个所述第二位置信息，所述第二位置信息为所述浮子在所述预设区域的坐标值，所述真实作用力为真实情况下所述浮子悬浮在预设区域时受到的作用力；

所述主控器获取每组所述浮子在所述预设区域内时受到的等效磁场强度；

所述主控器将各个所述第二位置信息和各个所述等效磁场强度作为训练集；

所述主控器将所述训练集输入初始模型中，预测得到第三作用力，所述第三作用力为所述浮子在所述预设区域悬浮时受到的作用力；

根据各个所述第三作用力和各个所述真实作用力，确定所述初始模型的损失值，所述损失值表征了各个所述第三作用力和各个所述真实作用力之间的差异；

若所述损失值满足预设结束条件，将满足所述预设结束条件时的初始模型作为前馈环节模型，若所述损失值不满足预设结束条件，调整初始网络的网络参数，并根据调整后的网络参数重新对所述初始模型进行训练，直到所述初始模型的损失值满足所述预设结束条件。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述主控器将所述训练集输入初始模型中，预测得到第三作用力，包括：

所述主控器将所述训练集输入初始模型中，通过第一公式，预测得到第三作用力，其中，所述第一公式为：

其中，F_*表示第三作用力，表示对浮子未在所述预设区域时对应的位置信息进行转置矩阵，F_NN＝[F₁,F₂,F₃,…,F_N]^T为N组测试数据的等效磁场力，P_NN＝[P₁,P₂,P₃,…,P_N]^T为N组第二位置的多项式集合，/>为将P_NN进行转置矩阵得到的在空间上的映射结果。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：

所述主控器获取所述浮子的位姿信息，所述位姿信息为所述浮子在预设定子坐标系上X、Y、Z三个方向上的映射位置；

所述主控器根据所述位姿信息，确定所述浮子的悬浮位置。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述主控器获取所述浮子的位姿信息，包括：

所述主控器通过传感器模组获取所述浮子的位姿信息，所述传感器模组包括第一传感器组、第二传感器组和第三传感器组；

其中，所述第一传感器组用于获取所述浮子在定子坐标系上Y方向的位姿信息；所述第二传感器组用于获取所述浮子在定子坐标系上X方向的位姿信息；所述第三传感器组用于获取所述浮子在定子坐标系上Z方向的位姿信息。

6.一种重力仪棱镜位姿控制的系统，其特征在于，包括：

第一作用力模块，用于主控器控制激励器输出第一作用力，并通过所述第一作用力将装有重力仪棱镜的浮子悬浮在半空，将所述浮子悬浮的位置作为悬浮位置；

第二作用力模块，用于若所述悬浮位置在预设区域以外，则所述主控器控制所述激励器输出第二作用力，以通过所述第二作用力使所述浮子悬浮在所述预设区域内，所述预设区域为浮子在所述第二作用力作用下实现电磁力与重力平衡的稳定悬浮的位置；

测试模块，用于当所述悬浮位置在所述预设区域内时，所述主控器控制重力仪对所述重力仪棱镜进行重力测试；

上述第二作用力模块具体用于：

若悬浮位置在预设区域以外，主控器获取浮子在预设区域的第一位置信息，将第一位置信息输入预设的前馈环节模型，并通过前馈环节模型输出第二作用力，第一位置信息为浮子在预设区域的坐标值，前馈环节模型是基于各个第一位置信息和各个第二作用力训练得到的。

7.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并在所述处理器上运行的程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至5任一项所述的一种重力仪棱镜位姿控制的方法的步骤。

8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有指令，当所述指令在终端设备上运行时，使得所述终端设备执行如权利要求1至5任一项所述的一种重力仪棱镜位姿控制的方法的步骤。